Kaj so nadomeščeni etri celuloze?

Substituirani etri celuloze so skupina vsestranskih in industrijsko pomembnih spojin, ki izhajajo iz celuloze, enega najpogostejših biopolimerov na Zemlji. Ti etri nastajajo s kemično spreminjanjem hidroksilnih skupin (-OH) celulozne hrbtenice, kar ima za posledico različne izdelke z različnimi lastnostmi in aplikacijami. Aplikacije segajo od farmacevtskih izdelkov, hrane, izdelkov za osebno nego, gradbenih materialov, tekstila in še več.

Struktura celuloze:
Celuloza je linearni polisaharid, sestavljen iz ponavljajočih se glukoznih enot, povezanih z β-1,4-glikozidnimi vezmi. Ponavljajoče se enote so sestavljene iz treh hidroksilnih skupin na enoto glukoze, zaradi česar je celuloza zelo hidrofilna in dovzetna za različne kemijske spremembe.

Sinteza substituiranih celuloznih etrov:
Sinteza substituiranih celuloznih etrov vključuje vnos različnih funkcionalnih skupin na hidroksilne skupine celulozne hrbtenice. Skupne metode za sintezo teh etrov vključujejo eterifikacijo in esterifikacijo.

Reakcije eterifikacije vključujejo nadomeščanje hidroksilnih skupin z alkilnimi ali arilnimi skupinami, da tvorijo eterske vezi. To je mogoče doseči z reakcijo z alkilnimi halogenidi, alkil sulfati ali alkilnimi etri v ustreznih pogojih. V teh reakcijah se običajno uporabljajo alkilirajoča sredstva vključujejo metil klorid, etil klorid in benzil klorid.

Po drugi strani esterifikacija vključuje zamenjavo hidroksilne skupine z acilno skupino, da tvori ester vez. To je mogoče doseči z reakcijo s kislimi kloridi, anhidridi ali kislinami v prisotnosti katalizatorjev. V teh reakcijah se pogosto uporabljajo acilirajoča sredstva, ki vključujejo ocetni anhidrid, acetil klorid in maščobne kisline.

Vrste substituiranih celuloznih etrov:
Metilna celuloza (MC):

Metilceluloza nastane z eterifikacijo celuloze z metil kloridom.
V različnih panogah se široko uporablja kot zgoščevalec, stabilizator in emulgator, vključno s hrano, farmacevtskimi izdelki in izdelki za osebno nego.
MC tvori jasen gel, ko hidrira in ima psevdoplastično vedenje, zaradi česar je primeren za aplikacije, ki zahtevajo nadzor viskoznosti.
Hidroksietilceluloza (HEC):

Hidroksietilna celuloza se sintetizira z eterifikacijo celuloznega in etilen oksida.
Običajno se uporablja kot zgoščevalna, lepilna in filmska sredstva v premazih, kozmetiki, medicini in drugih panogah.
HEC raztopini daje psevdoplastično vedenje in zagotavlja odlične lastnosti zadrževanja vode.
Hidroksipropilceluloza (HPC):

Hidroksipropil celuloza nastane z eterifikacijo celuloze s propilen oksidom.
Uporablja se kot zgoščevalec, stabilizator in vezivo v farmacevtskih formulacijah, zlasti v tablicah in sistemih za dostavo zdravil z nadzorovanim sproščanjem.
HPC ima lastnosti termogeliranja, ki tvorijo gele pri visokih temperaturah.
Karboksimetilceluloza (CMC):

Karboksimetilceluloza se sintetizira z eterifikacijo celuloze in natrijevega monokloroacetata v alkalnih pogojih.
Široko se uporablja kot zgoščevalec, stabilizator in emulgator v hrani, farmacevtskih in industrijskih aplikacijah.
CMC daje viskoznost in vedenje striženja za rešitve in tvori stabilne koloidne disperzije.
Etil hidroksietil celuloza (EHEC):

Etil hidroksietil celuloza je disubstituiran celulozni eter, ki ga nastajamo z zaporednim eterifikacijo celuloze z etilen oksidom in etil kloridom.
Uporablja se kot zgoščevalec, modifikator reologije in nekdanji film v različnih aplikacijah, vključno s prevlekami, lepili in izdelki za osebno nego.
EHEC ima večjo topnost vode in združljivost kot njeni posamični kolegi.
Značilnosti substituiranih celuloznih etrov:
Lastnosti substituiranih celuloznih etrov se razlikujejo glede na dejavnike, kot so stopnja substitucije, molekulske mase in kemična struktura. Vendar ponavadi kažejo naslednje značilnosti:

Hidrofilnost: substituirani celulozni etri so hidrofilni zaradi prisotnosti hidroksilnih skupin v njihovi strukturi, kar jim omogoča interakcijo z molekulami vode z vezanjem vodika.

Zgodovinanje in gelliranje: Številni substituirani etri celuloze imajo zgoščevanje in geliranje lastnosti, kar ima za posledico nastanek viskoznih raztopin ali gelov ob hidraciji. Viskoznost in trdnost gela sta odvisna od dejavnikov, kot sta koncentracija polimera in molekularna masa.

Filmski nastajanje: Nekateri substituirani etri celuloze so sposobni oblikovati jasne in fleksibilne filme, ko se igrajo iz raztopine. Ta lastnost ima prednosti v aplikacijah, kot so premazi, lepila in sistemi za dostavo zdravil z nadzorovanim sproščanjem.

Stabilnost: substituirani celulozni etri na splošno kažejo dobro stabilnost v širokem razponu pH in temperaturnih pogojev. Soočeni so na razgradnjo mikrobov in encimsko hidrolizo, zaradi česar so primerni za uporabo v različnih formulacijah.

Reološko vedenje: substituirani etri celuloze pogosto kažejo psevdoplastično ali strižno vedenje, kar pomeni, da se njihova viskoznost pod strižnim stresom zmanjšuje. Ta lastnost je zaželena v aplikacijah, ki zahtevajo enostavno obdelavo ali uporabo.

Uporaba substituiranih celuloznih etrov:
Substituirani celulozni etri se zaradi večfunkcionalnih lastnosti pogosto uporabljajo v številnih panogah. Nekatere ključne aplikacije vključujejo:

Živilska industrija: substituirani etri celuloze, kot je karboksimetilceluloza (CMC), se v živilih, kot so omake, prelivi in ​​mlečni izdelki, uporabljajo kot zgoščevalci, stabilizatorji in emulgatorji. Izboljšajo teksturo, stabilnost in občutek ust, medtem ko podaljšajo rok trajanja.

Farmacevtski izdelki: substituirani celulozni etri se v farmacevtskih formulacijah pogosto uporabljajo kot vezive, razpada in nadzorovana sredstva za sproščanje v tablicah, kapsulah in lokalnih formulacijah. Izboljšajo dajanje zdravil, biološko uporabnost in skladnost pacientov.

Izdelki za osebno nego: Nadomeščeni etri celuloze so pogoste sestavine v izdelkih za osebno nego, kot so šamponi, losjoni in kreme zaradi njihovih zgoščevanja, suspendiranja in filmskih lastnosti. Izboljšajo stabilnost, teksturo in senzorične atribute izdelka.

Gradbeni materiali: Alternativni etri celuloze se uporabljajo kot aditivi v gradbenih materialih, kot so izdelki na osnovi cementa, malte in mavca za izboljšanje obdelovanja, zadrževanja vode in oprijema. Izboljšajo zmogljivost in trajnost teh materialov.

Tekstil: nadomešča celulozne eterje v postopkih tekstilnega tiskanja in zaključkov, da zagotovi nadzor viskoznosti, oprijem in hitrost pranja. Pomagajo pri enakomernem odlaganju barvil in pigmentov na tekstilne podlage.

Naftna in plinska industrija: nadomestite celulozne ete kot viskozifikatorje in sredstva za izgubo tekočine v vrtalnih tekočinah, da izboljšate učinkovitost in varnost vrtanja nafte in plina.