Deriváty celulózy sú triedou chemicky modifikovaných prírodných polymérov celulózy. Vďaka svojej vynikajúcej rozpustnosti vody, výkonu úpravy viskozity a citlivosti na vonkajšie podmienky, ako je teplota a pH, sa bežne používajú v stavebných materiáloch, povlakoch, liekoch, potravinách a kozmetike. Funkcia regulácie viskozity celulózového éteru je jednou z hlavných charakteristík jeho širokého uplatňovania v mnohých priemyselných a denných aplikáciách.
1. Štruktúra a klasifikácia éter celulózy
Deriváty celulózy étera sa pripravujú z prírodnej celulózy prostredníctvom éterifikačnej reakcie. Cellulóza je polymérna zlúčenina tvorená glukózovými monomérmi spojenými p-1,4-glykozidickými väzbami. Proces prípravy celulózového éteru zvyčajne zahŕňa reagovanie hydroxylovej (-OH) časti celulózy s étefikačným činidlom na generovanie derivátov celulózy s rôznymi substituentmi (ako je metoxy, hydroxyetyl, hydroxypropyl atď.).
V závislosti od substituentových derivátov celululózy zahŕňajú metylcelulózu (MC), hydroxyetylcelulózu (HEC), hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC), karboxymetylcelulóza (CMC) atď. Počet a poloha substituentov ovplyvňuje nielen rozpustnosť vo vode éterov celulózy, ale priamo súvisí s ich schopnosťou tvoriacou viskozitu vo vodných roztokoch.
2. Mechanizmus tvorby viskozity
Viskozita regulujúca účinok éterov celulózy pochádza hlavne z ich rozpustenia vo vode a predlžovacie správanie molekulárnych reťazcov. Keď sa celulózové étery rozpustia vo vode, polárne skupiny tvoria vodíkové väzby s molekulami vody, čo spôsobuje rozvoj molekulárnych reťazcov celulózy vo vode, čo vedie k tomu, že molekuly vody sa „zalievajú“ okolo molekúl celulózy, čím sa zvyšujú vnútorné trenie vody, a tým zvyšujú viskozitu roztoku.
Rozsah viskozity úzko súvisí s molekulovou hmotnosťou, substituentným typom, stupňom substitúcie (DS) a stupňom polymerizácie (DP) celulózových éterov. Všeobecne platí, že čím väčšia je molekulová hmotnosť celulózových éterov a čím dlhšie je molekulárny reťaz, tým vyššia je viskozita roztoku. Zároveň rôzne substituenty ovplyvňujú hydrofilnosť molekúl celulózy éteru, a tak ovplyvňujú ich rozpustnosť a viskozitu vo vode. Napríklad HPMC má dobrú rozpustnosť vody a stabilitu viskozity v dôsledku jej hydroxypropylového a metylového substituentov. CMC má však vyššiu viskozitu, pretože zavádza negatívne nabité karboxylové skupiny, ktoré môžu vo vodnom roztoku silnejšie interagovať s molekulami vody.
3. Vplyv vonkajších faktorov na viskozitu
Viskozita celulózového éteru závisí nielen od jeho vlastnej štruktúry, ale aj od vonkajších faktorov prostredia vrátane teploty, hodnoty pH, koncentrácie iónov atď.
3,1 teplota
Teplota je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim viskozitu roztoku celulózového éteru. Všeobecne sa viskozita roztoku celulózového éteru znižuje so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že zvyšujúca sa teplota urýchľuje molekulárny pohyb, oslabuje interakciu medzi molekulami a spôsobuje zvýšenie stupňa molekulárnych reťazcov celulózy vo vode, čím sa znižuje väzbový účinok na molekuly vody, čím sa znižuje viskozita. Niektoré étery celulózy (ako napríklad HPMC) však vykazujú charakteristiky tepelnej gelácie v špecifickom teplotnom rozsahu, to znamená, keď sa teplota zvyšuje, viskozita roztoku sa zvyšuje a nakoniec tvorí gél.
3,2 Hodnota pH
Hodnota pH má tiež významný vplyv na viskozitu celulózového éteru. Pre celulózové étery s iónovými substituentmi (ako je CMC) hodnota pH ovplyvňuje stav náboja substituentov v roztoku, čím ovplyvňuje interakciu medzi molekulami a viskozitou roztoku. Pri vyšších hodnotách pH je karboxylová skupina viac ionizovaná, čo vedie k silnejšiemu elektrostatickému odporu, čím sa molekulárny reťazec ľahšie rozvíja a zvyšuje viskozitu; Zatiaľ čo pri nižších hodnotách pH nie je karboxylová skupina ľahko ionizovaná, zníži sa elektrostatický odpor, kučery molekulárneho reťazca a viskozita klesá.
3,3 koncentrácia iónov
Vplyv koncentrácie iónov na viskozitu celulózového éteru je obzvlášť zrejmý. Celulózový éter s iónovými substituentmi bude ovplyvnený tieniacim účinkom vonkajších iónov v roztoku. Keď sa koncentrácia iónov v roztoku zvyšuje, vonkajšie ióny oslabia elektrostatický odpor medzi molekulami éteru celulózy, čím sa molekulárny reťazec tesne znižuje, čím sa zníži viskozita roztoku. Najmä v prostredí s vysokým obsahom sa viskozita CMC výrazne zníži, čo má veľký význam pre návrh aplikácie.
4. Kontrola viskozity v poliach aplikácií
Celulózový éter sa široko používa v mnohých oblastiach kvôli vynikajúcemu výkonu viskozity.
4.1 stavebné materiály
V stavebných materiáloch sa celulózový éter (ako napríklad HPMC) často používa v suchej malty, tmelovom prášku, dlaždiciach a iných produktoch, aby sa upravila viskozita zmesi a zvýšila sa plynulosť a anti-sgring vlastnosti počas výstavby. Zároveň môže tiež oneskoriť odparovanie vody, zlepšiť zadržiavanie vody v materiáloch a zlepšiť silu a trvanlivosť konečného produktu.
4,2 povlaky a atramenty
Celulózové étery pôsobia ako zahusťovovače a stabilizátory vo vodných povlakoch a atramentoch. Úpravou viskozity zabezpečujú vyrovnávanie a priľnavosť povlaku počas výstavby. Okrem toho môže tiež vylepšiť anti-splashovanie povlaku, znížiť prepadnutie a zvýšiť rovnomernú konštrukciu.
4.3 lieky a jedlo
V oblasti medicíny a potravín sa celulózové étery (ako HPMC, CMC) často používajú ako zahusťovadlá, emulgátory alebo stabilizátory. Napríklad HPMC, ako materiál potiahnutia pre tablety, môže dosiahnuť účinok liekov s trvalým uvoľňovaním kontrolou rýchlosti rozpúšťania. V potravinách sa CMC používa na zvýšenie viskozity, zlepšenie chuti a predĺženie trvanlivosti potravín.
4.4 Kozmetika
Aplikácia éterov celulózy v kozmetike sa koncentruje hlavne v produktoch, ako sú emulzie, gély a masky tváre. Úpravou viskozity môžu étery celulózy poskytnúť produktu vhodnú plynulosť a textúru a na pokožke tvoriť zvlhčujúci film, aby sa počas používania zvýšilo pohodlie.
Deriváty celulózy étera môžu účinne kontrolovať viskozitu roztokov prostredníctvom svojej jedinečnej molekulárnej štruktúry a citlivosti na vonkajšie prostredie. To viedlo k ich širokej aplikácii v mnohých oblastiach, ako je výstavba, medicína, jedlo a kozmetika. S nepretržitým rozvojom vedy a technológie sa funkcie éterov celulózy ďalej rozširujú, aby poskytovali presnejšie riešenia kontroly viskozity pre viac oblastí.
Čas príspevku: február-17-2025