Derivații de eter de celuloză sunt o clasă de polimeri naturali de celuloză modificați chimic. Datorită solubilității lor excelente în apă, a performanței de ajustare a vâscozității și a sensibilității la afecțiuni externe, cum ar fi temperatura și pH -ul, acestea sunt utilizate pe scară largă în materiale de construcție, acoperiri, medicamente, alimente și produse cosmetice. Funcția de control a vâscozității eterului de celuloză este una dintre caracteristicile de bază ale aplicării sale largi în multe aplicații industriale și zilnice.
1. Structura și clasificarea eterilor celulozei
Derivații de eter de celuloză sunt preparați din celuloză naturală prin reacția de eterizare. Celuloza este un compus polimer format de monomeri de glucoză conectați prin legături β-1,4-glicozidice. Procesul de preparare a eterului de celuloză implică de obicei reacționarea părții hidroxil (-OH) a celulozei cu un agent de eterizare pentru a genera derivați de celuloză cu diferiți substituenți (cum ar fi metoxi, hidroxietil, hidroxipropil etc.).
În funcție de derivații de eter de celuloză comuni, de celuloză, includ metil celuloză (MC), hidroxietil celuloză (HEC), hidroxipropil metil celuloză (HPMC), carboximetil celuloză (CMC), etc. Aceste tipuri diferite de eteri de celuloză au proprietăți diferite de ajustare a solubilității și a vizcozității. Numărul și poziția substituenilor nu afectează numai solubilitatea în apă a eterilor celulozei, dar, de asemenea, se raportează direct la capacitatea lor de formare a vâscozității în soluții apoase.
2. Mecanismul de formare a vâscozității
Efectul de reglare a vâscozității eterilor celulozei provine în principal din dizolvarea lor în apă și din comportamentul de extindere a lanțurilor moleculare. Atunci când eterii celulozei sunt dizolvate în apă, grupurile polare formează legături de hidrogen cu molecule de apă, ceea ce determină desfășurarea lanțurilor moleculare de celuloză în apă, ceea ce duce la „moleculele de apă” în jurul moleculelor de celuloză, crescând frecarea internă a apei și, astfel, creșterea vâscozității soluției.
Mărimea vâscozității este strâns legată de greutatea moleculară, tipul substituent, gradul de substituție (DS) și gradul de polimerizare (DP) al eterilor celulozei. În general, cu cât este mai mare greutatea moleculară a eterilor celulozei și cu cât lanțul molecular este mai lung, cu atât vâscozitatea soluției este mai mare. În același timp, diferiți substituenți afectează hidrofilicitatea moleculelor de eter de celuloză și astfel afectează solubilitatea și vâscozitatea lor în apă. De exemplu, HPMC are o solubilitate bună a apei și stabilitatea vâscozității datorită substituenilor săi hidroxipropil și metil. Cu toate acestea, CMC are o vâscozitate mai mare, deoarece introduce grupări carboxil încărcate negativ, care pot interacționa mai puternic cu moleculele de apă în soluție apoasă.
3. Efectul factorilor externi asupra vâscozității
Vâscozitatea eterului de celuloză depinde nu numai de propria structură, ci și de factori de mediu externi, inclusiv temperatura, valoarea pH -ului, concentrația de ioni etc.
3.1 Temperatură
Temperatura este un factor important care afectează vâscozitatea soluției de eter de celuloză. În general, vâscozitatea soluției de eter de celuloză scade odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că creșterea temperaturii accelerează mișcarea moleculară, slăbește interacțiunea dintre molecule și determină gradul de curling al lanțurilor moleculare de celuloză din apă să crească, reducând efectul de legare asupra moleculelor de apă, reducând astfel vâscozitatea. Cu toate acestea, unele eteri de celuloză (cum ar fi HPMC) prezintă caracteristici de gelare termică într -un interval de temperatură specific, adică pe măsură ce temperatura crește, vâscozitatea soluției crește și, în cele din urmă, formează un gel.
3,2 valoare pH
Valoarea pH -ului are, de asemenea, un efect semnificativ asupra vâscozității eterului de celuloză. Pentru eterii celulozei cu substituenți ionici (cum ar fi CMC), valoarea pH -ului afectează starea de încărcare a substituenților din soluție, afectând astfel interacțiunea dintre molecule și vâscozitatea soluției. La valori mai mari de pH, grupa carboxil este mai ionizată, ceea ce duce la o repulsie electrostatică mai puternică, ceea ce face ca lanțul molecular să fie mai ușor de desfășurat și creșterea vâscozității; În timp ce la valori mai mici ale pH -ului, grupa carboxil nu este ușor ionizată, repulsia electrostatică este redusă, se bucură lanțul molecular și vâscozitatea scade.
3.3 Concentrația ionilor
Efectul concentrației de ioni asupra vâscozității eterului de celuloză este deosebit de evident. Eterul de celuloză cu substituenți ionici va fi afectat de efectul de ecranare al ionilor externi în soluție. Pe măsură ce concentrația de ioni în soluție crește, ionii externi vor slăbi repulsia electrostatică între moleculele de eter de celuloză, ceea ce face ca lanțul molecular să se onduleze mai strâns, reducând astfel vâscozitatea soluției. Mai ales într-un mediu cu sare ridicat, vâscozitatea CMC va scădea semnificativ, ceea ce are o semnificație mare pentru proiectarea aplicației.
4. Controlul vâscozității în câmpurile de aplicație
Eterul de celuloză a fost utilizat pe scară largă în multe câmpuri, datorită performanței sale excelente de ajustare a vâscozității.
4.1 Materiale de construcție
În materialele de construcție, eterul de celuloză (cum ar fi HPMC) este adesea utilizat în mortarul amestecat uscat, pulberea de chit, adezivul de țiglă și alte produse pentru a regla vâscozitatea amestecului și pentru a îmbunătăți fluiditatea și proprietățile anti-sigging în timpul construcției. În același timp, poate întârzia, de asemenea, evaporarea apei, să îmbunătățească retenția de apă a materialelor și, astfel, să îmbunătățească rezistența și durabilitatea produsului final.
4.2 Acoperiri și cerneluri
Eterii celulozei acționează ca îngroșători și stabilizatori în acoperiri și cerneluri pe bază de apă. Prin reglarea vâscozității, acestea asigură nivelarea și adeziunea acoperirii în timpul construcției. În plus, poate îmbunătăți, de asemenea, anti-stropirea acoperirii, poate reduce scăderea și poate face ca construcția să fie mai uniformă.
4.3 Medicină și alimente
În domeniile medicamentului și alimentelor, eterii celulozei (cum ar fi HPMC, CMC) sunt adesea utilizate ca îngroșători, emulgatori sau stabilizatori. De exemplu, HPMC, ca material de acoperire pentru tablete, poate obține un efect de eliberare susținut al medicamentelor prin controlul ratei de dizolvare. În alimente, CMC este utilizat pentru a crește vâscozitatea, pentru a îmbunătăți gustul și pentru a extinde durata de valabilitate a alimentelor.
4.4 Cosmetice
Aplicarea eterilor de celuloză în produse cosmetice este concentrată în principal în produse precum emulsii, geluri și măști faciale. Prin reglarea vâscozității, eterii celulozei pot oferi produsului fluiditatea și textura adecvată și pot forma o peliculă hidratantă pe piele pentru a crește confortul în timpul utilizării.
Derivații de eter de celuloză pot controla eficient vâscozitatea soluțiilor prin structura lor moleculară unică și receptivitatea la mediul extern. Acest lucru a dus la aplicarea lor largă în multe domenii precum construcții, medicamente, alimente și produse cosmetice. Odată cu dezvoltarea continuă a științei și tehnologiei, funcțiile eterilor celulozei vor fi extinse în continuare pentru a oferi soluții de control mai precise a vâscozității pentru mai multe domenii.
Timpul post: Feb-17-2025