Що таке заміщені ефіри целюлози?

Замінені ефіри целюлози - це група універсальних та промислово важливих сполук, отриманих з целюлози, однієї з найпоширеніших біополімерів на Землі. Ці ефіри виробляються хімічною модифікацією гідроксильних груп (-OH) основи целюлози, що призводить до різноманітних продуктів з різними властивостями та застосуваннями. Програми варіюються від фармацевтичних препаратів, продуктів харчування, засобів особистої гігієни, будівельних матеріалів, текстилю тощо.

Структура целюлози:
Целюлоза-це лінійний полісахарид, що складається з повторюваних одиниць глюкози, пов'язаних з β-1,4-глікозидними зв’язками. Повторювальні одиниці складаються з трьох гідроксильних груп на глюкозну одиницю, що робить целюлозу сильно гідрофільною та сприйнятливою до різних хімічних модифікацій.

Синтез заміщених ефірів целюлози:
Синтез заміщених ефірів целюлози передбачає введення різних функціональних груп на гідроксильні групи кістяки целюлози. Поширені методи синтезу цих ефірів включають ефірність та естерифікацію.

Реакції ефірифікації передбачають заміщення гідроксильних груп алкільними або арильними групами для утворення ефірних зв'язків. Цього можна досягти реакцією з алкільними галогенідами, алкіловим сульфатами або алкіловими ефірами в відповідних умовах. Зазвичай використовуються алкіллюючі засоби в цих реакціях, включають метилхлорид, етилхлорид та бензилхлорид.

З іншого боку, естерифікація передбачає заміну гідроксильної групи ацильною групою для утворення ефірного зв’язку. Цього можна досягти реакцією з кислотними хлоридами, ангідридами або кислотами в присутності каталізаторів. У цих реакціях зазвичай використовуються ацильтируючі засоби, що включають оцтовий ангідрид, ацетилхлорид та жирні кислоти.

Типи заміщених ефірів целюлози:
Метилова целюлоза (MC):

Метилцелюлоза виробляється шляхом ефірифікації целюлози метилхлоридом.
Він широко використовується як загусник, стабілізатор та емульгатор у різних галузях, включаючи продукти харчування, фармацевтичні препарати та засоби особистої гігієни.
MC утворює прозорий гель при гідратації та виявляє псевдопластичну поведінку, що робить його придатним для застосувань, що потребують контролю в'язкості.
Гідроксиетилцелюлоза (HEC):

Гідроксиетил целюлоза синтезується ефірами целюлози та етиленоксиду.
Він зазвичай використовується як загусник, клей і плівковий засіб у покриттів, косметиці, медицині та інших галузях.
HEC надає псевдопластичну поведінку розчину та забезпечує чудові властивості утримання води.
Гідроксипропілцелюлоза (HPC):

Гідроксипропіл целюлоза виробляється за допомогою ефірування целюлози з оксидом пропілену.
Він використовується як загусник, стабілізатор та в'яжучий у фармацевтичних препаратах, особливо в таблетних покриттів та системах доставки лікарських засобів з контрольованим вивільненням.
HPC має властивості термогелінгу, утворюючи гелі при високих температурах.
Карбоксиметилцелюлоза (CMC):

Карбоксиметилцелюлоза синтезується шляхом ефірифікації целюлози та монохлорацетату натрію в лужних умовах.
Він широко використовується як загусник, стабілізатор та емульгатор у харчових, фармацевтичних та промислових програмах.
CMC надає в'язкість та поведінку зсуву розчинам і формує стабільні колоїдні дисперсії.
Етил гідроксиетил целюлоза (EHEC):

Етил гідроксиетил целюлоза - це знешкоджене целюлозне ефір, який утворюється шляхом послідовної етифікації целюлози з оксидом етилену та етилхлориду.
Він використовується як загусник, модифікатор реології та плівку, колишні в різних додатках, включаючи покриття, клеї та засоби особистої гігієни.
EHEC має більш високу розчинність води та сумісність, ніж його одноразові замінені аналоги.
Характеристики заміщених ефірів целюлози:
Властивості заміщених ефірів целюлози змінюються залежно від таких факторів, як ступінь заміщення, молекулярної маси та хімічної структури. Однак вони зазвичай демонструють такі характеристики:

Гідрофільність: Замінені ефіри целюлози є гідрофільними завдяки наявності гідроксильних груп у їх структурі, що дозволяє їм взаємодіяти з молекулами води за допомогою водневого зв’язку.

Потовщення та гелінг: Багато заміщених ефірів целюлози мають потовщення та гелеві властивості, що призводить до утворення в'язких розчинів або гелів при гідратації. В'язкість та міцність гелю залежать від таких факторів, як концентрація полімеру та молекулярна маса.

Формування плівки: Деякі замінені ефіри целюлози здатні формувати чіткі та гнучкі плівки при складанні з розчину. Ця властивість має переваги в таких програмах, як покриття, клеї та системи доставки лікарських засобів з контрольованим вивільненням.

Стабільність: Замінені ефіри целюлози, як правило, виявляють хорошу стабільність у широкому діапазоні рН та температурних умов. Вони стійкі до деградації мікробів та ферментативного гідролізу, що робить їх придатними для використання у різних рецептурах.

Реологічна поведінка: Замінені ефіри целюлози часто виявляють псевдопластичну або зсувну поведінку, а це означає, що їх в'язкість зменшується під стрес зсуву. Ця властивість бажана в програмах, що вимагають простоти обробки чи застосування.

Застосування заміщених ефірів целюлози:
Замінені ефіри целюлози широко використовуються в численних галузях через їх багатофункціональні властивості. Деякі ключові програми включають:

Харчова промисловість: Замінені ефіри целюлози, такі як карбоксиметилцелюлоза (CMC), використовуються як загущувачі, стабілізатори та емульгатори в таких продуктах, як соуси, заправки та молочні продукти. Вони покращують текстуру, стабільність та відчуття рота, продовжуючи термін зберігання.

Фармацевтичні препарати: Замінені ефіри целюлози широко використовуються у фармацевтичних препаратах як в'яжучих, дезінтеграційних та контрольованих агентів вивільнення в таблетках, капсулах та місцевих рецептурах. Вони покращують доставку наркотиків, біодоступність та дотримання пацієнтів.

Продукти особистої гігієни: Замінені ефіри целюлози є загальними інгредієнтами в засобах особистої гігієни, таких як шампуні, лосьйони та креми через їх потовщення, призупинення та плівкоутворюючі властивості. Вони підвищують стабільність продукту, текстуру та сенсорні атрибути.

Будівельні матеріали: Альтернативні ефіри целюлози використовуються як добавки в будівельних матеріалах, таких як цемент, розчин та продукти на основі гіпсу для підвищення працездатності, утримання води та адгезії. Вони покращують продуктивність та довговічність цих матеріалів.

Текстиль: замінює целюлозні ефіри в процесах друку та оздоблення текстильних виробів, щоб забезпечити контроль в'язкості, адгезію та промивання. Вони допомагають в рівномірному осаді барвників та пігментів на текстильні субстрати.

Нафтогазова промисловість: Замініть целюлозні ефіри як віскосифікатори та засоби для втрат рідини у бурових рідинах для підвищення ефективності та безпеки операцій з буріння нафти та газу.