Похідні ефіру целюлози - це клас хімічно модифікованих природних целюлозних полімерів. Завдяки їхній відмінній розчинності з водою, продуктивністю регулювання в'язкості та чутливістю до зовнішніх умов, таких як температура та рН, вони широко використовуються в будівельних матеріалах, покритті, лікарських засобах, продуктах харчування та косметиці. Функція контролю в'язкості ефіру целюлози є однією з основних характеристик його широкого застосування у багатьох промислових та щоденних програмах.
1. Структура та класифікація ефірів целюлози
Похідні ефіру целюлози готуються з природної целюлози за допомогою реакції ефірності. Целюлоза-це полімерна сполука, утворена мономерами глюкози, з'єднаними β-1,4-глікозидними зв’язками. Процес препарату ефіру целюлози зазвичай передбачає реагування гідроксильної (-OH) частини целюлози з ефірним агентом для генерування похідних целюлози з різними заступниками (наприклад, метокси, гідроксиетил, гідроксипропіл тощо).
Залежно від заступниць, загальними похідними ефіру целюлози включають метил -целюлозу (МС), гідроксиетил целюлозу (HEC), гідроксипропіл -метил целюлозу (HPMC), вуглецетил целюлозу (CMC) тощо. Кількість та положення замінників не тільки впливають на розчинність води ефірів целюлози, але й безпосередньо стосуються їх здатності до формування в'язкості у водних розчинах.
2. Механізм формування в'язкості
В'язкість, що регулює ефект ефірів целюлози, в основному випливає з їх розчинення у воді та поведінки молекулярних ланцюгів. Коли целюлозні ефіри розчиняються у воді, полярні групи утворюють водневі зв’язки з молекулами води, внаслідок чого молекулярні ланцюги целюлози розгортаються у воді, внаслідок чого молекули води "заплутуються" навколо молекул целюлози, збільшуючи внутрішнє тертя води, і, таким чином, збільшуючи в'язкість розчину.
Величина в'язкості тісно пов'язана з молекулярною масою, типом заступника, ступенем заміщення (DS) та ступенем полімеризації (DP) ефірів целюлози. Як правило, чим більша молекулярна маса целюлозних ефірів і чим довше молекулярний ланцюг, тим вище в'язкість розчину. У той же час різні замінники впливають на гідрофільність молекул ефіру целюлози, і, таким чином, впливають на їх розчинність та в'язкість у воді. Наприклад, HPMC має хорошу розчинність води та стійкість в'язкості завдяки його гідроксипропіл -та метиловим заступникам. CMC, однак, має більш високу в'язкість, оскільки він вводить негативно заряджені карбоксильні групи, які можуть сильніше взаємодіяти з молекулами води у водному розчині.
3. Вплив зовнішніх факторів на в'язкість
В'язкість ефіру целюлози залежить не лише від власної структури, але і від зовнішніх факторів навколишнього середовища, включаючи температуру, значення рН, концентрацію іонів тощо.
3.1 Температура
Температура є важливим фактором, що впливає на в'язкість розчину ефіру целюлози. Як правило, в'язкість розчину ефіру целюлози зменшується зі збільшенням температури. Це пояснюється тим, що підвищення температури прискорює молекулярний рух, послаблює взаємодію між молекулами і призводить до збільшення ступеня завитки молекулярних ланцюгів целюлози у воді, зменшуючи вплив зв'язування на молекули води, тим самим зменшуючи в'язкість. Однак деякі ефіри целюлози (наприклад, HPMC) виявляють характеристики теплової гелеутворення в певному діапазоні температури, тобто в міру підвищення температури в'язкість розчину збільшується і врешті -решт утворює гель.
3,2 значення pH
Значення рН також має значний вплив на в'язкість ефіру целюлози. Для ефірів целюлози з іонними заступниками (наприклад, CMC) значення рН впливає на стан заряду заступників у розчині, тим самим впливаючи на взаємодію між молекулами та в'язкості розчину. При більш високих значеннях рН карбоксильна група є більш іонізованою, що призводить до більш сильного електростатичного відштовхування, що полегшує розгортання молекулярного ланцюга та збільшення в'язкості; Хоча при нижчих значеннях рН карбоксильна група не легко іонізується, електростатичне відштовхування зменшується, молекулярні ланцюги локони та в'язкість зменшуються.
3,3 Іонна концентрація
Вплив концентрації іонів на в'язкість ефіру целюлози є особливо очевидним. Целюлозний ефір з іонними заступниками впливатиме екрануючий ефект зовнішніх іонів у розчині. Зі збільшенням концентрації іонів у розчині зовнішні іони послабить електростатичне відштовхування між молекулами ефіру целюлози, що робить молекулярний ланцюг більш щільно, тим самим зменшуючи в'язкість розчину. Особливо в умовах високої солі, в'язкість CMC значно зменшиться, що має велике значення для розробки застосування.
4. Контроль в'язкості в полях застосування
Целюлозний ефір широко застосовується у багатьох полях завдяки його відмінній ефективності коригування в'язкості.
4.1 Будівельні матеріали
У будівельних матеріалах целюлозний ефір (наприклад, HPMC) часто використовується в сухому змішаному моменті, порошку шпаклівки, клею з плиткою та інших продуктах для регулювання в'язкості суміші та підвищення властивостей плинності та антисагування під час будівництва. У той же час він також може затримати випаровування води, покращити утримання води матеріалів і, таким чином, покращити міцність та довговічність кінцевого продукту.
4.2 Покриття та чорнила
Целюлозні ефіри діють як загущувачі та стабілізатори у покриттів на водній основі та чорнилах. Регулюючи в'язкість, вони забезпечують вирівнювання та адгезію покриття під час будівництва. Крім того, це також може покращити антиплачування покриття, зменшити провисання та зробити конструкцію більш рівномірною.
4.3 Медицина та їжа
У галузях медицини та їжі ефіри целюлози (наприклад, HPMC, CMC) часто використовуються як потовщення, емульгатори або стабілізатори. Наприклад, HPMC, як покриття для таблетів, може досягти стійкого ефекту вивільнення препаратів, контролюючи швидкість розчинення. У їжі CMC використовується для підвищення в'язкості, поліпшення смаку та продовження терміну зберігання їжі.
4.4 Косметика
Застосування ефірів целюлози в косметиці в основному зосереджено на таких продуктах, як емульсії, гелі та маски для обличчя. Регулюючи в'язкість, ефіри целюлози можуть надати продукту відповідну плинність та текстуру та утворювати зволожуючу плівку на шкірі для збільшення комфорту під час використання.
Похідні ефіру целюлози можуть ефективно контролювати в'язкість розчинів через їх унікальну молекулярну структуру та чутливість до зовнішнього середовища. Це призвело до їх широкого застосування в багатьох галузях, таких як будівництво, медицина, їжа та косметика. Завдяки безперервному розвитку науки та технологій функції целюлозних ефірів будуть додатково розширені, щоб забезпечити більш точні рішення щодо контролю за в'язкістю для більшої кількості полів.
Час посади: 17 лютого-2025