Derivati celuloznega etra so razred kemično spremenjenih naravnih celuloznih polimerov. Zaradi odlične topnosti vode, učinkovitosti prilagajanja viskoznosti in občutljivosti na zunanje pogoje, kot sta temperatura in pH, se pogosto uporabljajo v gradbenih materialih, premazah, zdravilih, živilih in kozmetiki. Funkcija nadzora viskoznosti celuloznega etra je ena glavnih značilnosti njegove široke uporabe v številnih industrijskih in dnevnih aplikacijah.
1. Struktura in razvrstitev celuloznih etrov
Celulozni derivati eter se pripravijo iz naravne celuloze z reakcijo eterifikacije. Celuloza je polimerna spojina, ki jo tvorijo glukozni monomeri, povezani z β-1,4-glikozidnimi vezmi. Proces priprave celuloznega etra običajno vključuje reagiranje hidroksilnega (-OH) dela celuloze z eterifikacijskim sredstvom za ustvarjanje celuloznih derivatov z različnimi substituenti (kot so metoksi, hidroksietil, hidroksipropil itd.).
Odvisno od substituentnega derivatov eterja celuloznega etra vključujejo metil celulozo (MC), hidroksietil celulozo (HEC), hidroksipropil metil celuloze (HPMC), karboksimetil celuloze (CMC) itd. Število in položaj substituentov ne vplivata le na topnost vode celuloznih etrov, ampak se tudi neposredno nanašata na njihovo sposobnost oblikovanja viskoznosti v vodnih raztopinah.
2. Mehanizem za oblikovanje viskoznosti
Učinek viskoznosti, ki uravnava učinek celuloznih etrov, izhaja predvsem iz njihovega raztapljanja v vodi in podaljšanja molekularnih verig. Kadar se celulozni etri raztopijo v vodi, polarne skupine tvorijo vodikove vezi z molekulami vode, kar povzroči, da se molekularne verige celuloze odvijajo v vodi, kar ima za posledico, da se molekule vode "zapletejo" okoli celuloznih molekul, povečajo notranje trenje vode in s tem povečajo viskoznost rešitve.
Obseg viskoznosti je tesno povezan z molekulsko maso, substituentnim tipom, stopnjo substitucije (DS) in stopnjo polimerizacije (DP) celuloznih etrov. Na splošno je večja molekulska masa celuloznih etrov in daljša molekularna veriga, večja je viskoznost raztopine. Hkrati različni substituenti vplivajo na hidrofilnost molekul celuloznega etra in tako vplivajo na njihovo topnost in viskoznost v vodi. Na primer, HPMC ima dobro topnost vode in stabilnost viskoznosti zaradi hidroksipropil in metil substituentov. CMC pa ima večjo viskoznost, ker uvaja negativno nabitih karboksilnih skupin, ki lahko močneje vplivajo na molekule vode v vodni raztopini.
3. Vpliv zunanjih dejavnikov na viskoznost
Viskoznost celuloznega etra ni odvisna samo od lastne strukture, ampak tudi od zunanjih okoljskih dejavnikov, vključno s temperaturo, vrednostjo pH, koncentracijo ionov itd.
3.1 Temperatura
Temperatura je pomemben dejavnik, ki vpliva na viskoznost raztopine celuloznega etra. Na splošno se viskoznost raztopine celuloznega etra z naraščanjem temperature zmanjšuje. To je zato, ker zvišanje temperature pospešuje molekularno gibanje, oslabi interakcijo med molekulami in povzroči povečanje stopnje kodranja celuloznih molekulskih verig v vodi, kar zmanjša vezalni učinek na molekule vode in s tem zmanjša viskoznost. Vendar pa nekateri celulozni etri (na primer HPMC) kažejo značilnosti toplotnega gelacije v določenem temperaturnem območju, torej s povečanjem temperature se viskoznost raztopine poveča in sčasoma tvori gel.
3.2 PH vrednost
PH vrednost pomembno vpliva tudi na viskoznost celuloznega etra. Pri celuloznih etrih z ionskimi substituenti (na primer CMC) vrednost pH vpliva na stanje naboja substituentov v raztopini in s tem vpliva na interakcijo med molekulami in viskoznostjo raztopine. Pri višjih vrednostih pH je karboksilna skupina bolj ionizirana, kar ima za posledico močnejšo elektrostatično odbojnost, kar omogoča lažje razvijanje molekulske verige in povečanje viskoznosti; Medtem ko pri nižjih vrednostih pH, karboksilna skupina ni enostavno ionizirana, se elektrostatična odbojnost zmanjša, molekularni verižni kodri in viskoznost se zmanjšuje.
3.3 Koncentracija ionov
Vpliv koncentracije ionov na viskoznost celuloznega etra je še posebej očiten. Na celulozni eter z ionskimi substituenti bo vplival zaščitni učinek zunanjih ionov v raztopini. Ko se koncentracija ionov v raztopini povečuje, bodo zunanji ioni oslabili elektrostatično odbojnost med molekulami etra celuloze, zaradi česar se molekularna veriga bolj tesno, s čimer zmanjša viskoznost raztopine. Zlasti v okolju z visoko soljo se bo viskoznost CMC znatno zmanjšala, kar je velik pomen za oblikovanje aplikacij.
4. nadzor viskoznosti v poljih aplikacij
Celulozni eter se zaradi odlične učinkovitosti prilagoditve viskoznosti pogosto uporablja na številnih področjih.
4.1 Gradbeni materiali
V gradbenih materialih se celulozni eter (kot je HPMC) pogosto uporablja pri suhih mešanici, kiti v prahu, lepilu ploščic in drugih produktih, da se prilagodi viskoznost mešanice in poveča lastnosti fluidnosti in proti saranju med gradnjo. Hkrati lahko tudi odloži izhlapevanje vode, izboljša zadrževanje vode materialov in s tem izboljša moč in trajnost končnega izdelka.
4.2 prevleke in črnila
Celulozni etri delujejo kot zgoščevalci in stabilizatorji v vodnih premazah in črnilih. S prilagoditvijo viskoznosti zagotavljajo izravnavo in oprijem premaza med gradnjo. Poleg tega lahko izboljša tudi protipotapljanje prevleke, zmanjša povečanje in naredi konstrukcijo bolj enakomerno.
4.3 Zdravilo in hrana
Na področju medicine in hrane se celulozni etri (kot so HPMC, CMC) pogosto uporabljajo kot zgoščevalci, emulgatorji ali stabilizatorji. Na primer, HPMC kot prevlečen material za tablete lahko z nadzorom hitrosti raztapljanja doseže trajno sproščanje zdravil. V hrani se CMC uporablja za povečanje viskoznosti, izboljšanje okusa in podaljšanje rok trajanja hrane.
4.4 Kozmetika
Uporaba celuloznih etrov v kozmetiki je koncentrirana predvsem v izdelkih, kot so emulzije, geli in maske za obraz. S prilagoditvijo viskoznosti lahko celulozni etri izdelku dajo ustrezno fluidnost in teksturo ter na koži tvorijo vlažilni film, da se med uporabo poveča udobje.
Celulozni derivati eter lahko učinkovito nadzirajo viskoznost rešitev s svojo edinstveno molekularno strukturo in odzivnostjo na zunanje okolje. To je privedlo do njihove široke uporabe na številnih področjih, kot so gradnja, medicina, hrana in kozmetika. Z nenehnim razvojem znanosti in tehnologije bodo funkcije celuloznih etrov nadalje razširjene, da bi zagotovile natančnejše rešitve za nadzor viskoznosti za več polj.
Čas objave: februar-17-2025