Celiuliozės eterio dariniai yra chemiškai modifikuotų natūralių celiuliozės polimerų klasė. Dėl puikaus vandens tirpumo, klampumo reguliavimo efektyvumo ir jautrumo išorinėms sąlygoms, tokioms kaip temperatūra ir pH, jie plačiai naudojami statybinėse medžiagose, dangose, vaistuose, maisto produktuose ir kosmetikoje. Celiuliozės eterio klampumo kontrolės funkcija yra viena iš pagrindinių jo plačių pritaikymo charakteristikų daugelyje pramoninių ir kasdienių programų.
1. Celiuliozės eterių struktūra ir klasifikacija
Celiuliozės eterio dariniai yra paruošti iš natūralios celiuliozės per eterifikacijos reakciją. Celiuliozė yra polimerų junginys, kurį sudaro gliukozės monomerai, sujungti β-1,4-glikozidiniais ryšiais. Celiuliozės eterio paruošimo procesas paprastai apima hidroksilo (-OH) celiuliozės dalį su eterifikacijos agentu, kad būtų galima generuoti celiuliozės darinius su skirtingais pakaitalais (tokiais kaip metoksi, hidroksietil, hidroksipropil ir kt.).
Priklausomai nuo pakaitalo, įprastos celiuliozės eterio dariniai yra metil -celiuliozės (MC), hidroksitil -celiuliozės (HEC), hidroksipropilo metil -celiuliozės (HPMC), karboksimetil -celiuliozės (CMC) ir tt. Šie skirtingos celiuliozės eterų tipai turi skirtingą tirpumo ir visatorės reguliavimo savybes. Pakaitalų skaičius ir padėtis ne tik veikia celiuliozės eterių tirpumą vandenyje, bet ir tiesiogiai susiję su jų klampumo formavimo galimybėmis vandeniniuose tirpaluose.
2. Klampumo formavimo mechanizmas
Klampumas, reguliuojantis celiuliozės eterių poveikį, daugiausia atsiranda dėl jų tirpimo vandenyje ir molekulinių grandinių pratęsimo elgseną. Kai vandenyje ištirpsta celiuliozės eteriai, polinės grupės sudaro vandenilio ryšius su vandens molekulėmis, todėl celiuliozės molekulinės grandinės atsiskleidžia vandenyje, todėl vandens molekulės „įsipainioja“ aplink celiuliozės molekules, padidindamos vidinę vandens trinimą ir taip padidina tirpalo klampumą.
Klampumo dydis yra glaudžiai susijęs su molekuline mase, pakaitalų tipu, pakaitalų laipsniu (DS) ir celiuliozės eterių polimerizacijos (DP) laipsniu. Paprastai kuo didesnė molekulinė celiuliozės eterių masė ir kuo ilgesnė molekulinė grandinė, tuo didesnis tirpalo klampumas. Tuo pačiu metu skirtingi pakaitalai daro įtaką celiuliozės eterio molekulių hidrofiliškumui, taigi daro įtaką jų tirpumui ir klampumui vandenyje. Pavyzdžiui, HPMC turi gerą vandens tirpumą ir klampumo stabilumą dėl savo hidroksipropilo ir metilo pakaitalų. Tačiau CMC turi didesnį klampumą, nes joje yra neigiamai įkrautos karboksilo grupės, kurios gali stipriau sąveikauti su vandens molekulėmis vandeniniame tirpale.
3. Išorinių veiksnių poveikis klampumui
Celiuliozės eterio klampumas priklauso ne tik nuo savo struktūros, bet ir nuo išorinių aplinkos veiksnių, įskaitant temperatūrą, pH vertę, jonų koncentraciją ir kt.
3.1 Temperatūra
Temperatūra yra svarbus veiksnys, turintis įtakos celiuliozės eterio tirpalo klampumui. Paprastai celiuliozės eterio tirpalo klampumas mažėja didėjant temperatūrai. Taip yra todėl, kad didėjanti temperatūra pagreitina molekulinį judesį, susilpnina molekulių sąveiką ir padidina celiuliozės molekulinių grandinių garbanojimo laipsnį vandenyje, todėl sumažėja surišimo poveikis vandens molekulėms ir taip sumažina klampumą. Tačiau kai kurie celiuliozės eteriai (pvz., HPMC) pasižymi šilumos geliacijos charakteristikomis tam tikrame temperatūros diapazone, tai yra, padidėjus temperatūrai, tirpalo klampumas padidėja ir galiausiai sudaro gelį.
3.2 PH vertė
PH vertė taip pat daro didelę įtaką celiuliozės eterio klampumui. Celiuliozės eteriams, turintiems joninius pakaitalus (tokius kaip CMC), pH vertė daro įtaką tirpalo pakaitalų pakaitalų krūvio būsenai, taigi daro įtaką molekulių sąveikai ir tirpalo klampumui. Esant didesnėms pH vertėms, karboksilo grupė yra labiau jonizuojama, todėl didėja stipresnė elektrostatinė atstūmimas, todėl molekulinę grandinę lengviau atsiskleisti ir didinti klampumą; Nors esant mažesnėms pH vertėms, karboksilo grupė nėra lengvai jonizuojama, sumažėja elektrostatinė atstūmimo, molekulinių grandinės garbanos ir klampumas mažėja.
3.3 jonų koncentracija
Ypač akivaizdus jonų koncentracijos poveikis celiuliozės eterio klampumui. Celiuliozės eteris su joniniais pakaitalais turės įtakos išorinių jonų ekranui tirpale. Didėjant jonų koncentracijai tirpale, išoriniai jonai susilpnins elektrostatinę atstūmimą tarp celiuliozės eterio molekulių, todėl molekulinės grandinės garbanos taps sandariau ir taip sumažins tirpalo klampumą. Ypač didelio druskos aplinkoje CMC klampumas žymiai sumažės, o tai turi didelę reikšmę pritaikant programą.
4. Klampumo kontrolė taikymo laukuose
Celiuliozės eteris buvo plačiai naudojamas daugelyje laukų dėl puikaus klampumo reguliavimo.
4.1 Statybinės medžiagos
Statybinėse medžiagose celiuliozės eteris (pvz., HPMC) dažnai naudojamas sausai sumaišytame skiedinyje, glaisto milteliuose, plytelių klijuose ir kituose produktuose, kad būtų galima sureguliuoti mišinio klampumą ir sustiprinti sklandumo ir anti-sagimo savybes konstrukcijos metu. Tuo pačiu metu jis taip pat gali atidėti vandens išgarinimą, pagerinti vandens sulaikymą ir taip pagerinti galutinio produkto stiprumą ir ilgaamžiškumą.
4.2 dangos ir dažai
Celiuliozės eteriai veikia kaip tirštikliai ir stabilizatoriai vandens pagrindu pagamintose dangose ir dažuose. Pakoregavę klampumą, jie užtikrina dangos išlyginimą ir sukibimą konstrukcijos metu. Be to, tai taip pat gali pagerinti dangos spjaudymąsi, sumažinti paslėpimą ir padaryti konstrukciją vienodesnę.
4.3 Medicina ir maistas
Medicinos ir maisto srityse celiuliozės eteriai (tokie kaip HPMC, CMC) dažnai naudojami kaip tirpikliai, emulsikliai ar stabilizatoriai. Pavyzdžiui, HPMC, kaip tablečių dangos medžiaga, gali pasiekti nuolatinį vaistų išsiskyrimo poveikį kontroliuodamas tirpimo greitį. Maisto metu CMC naudojamas klampumui padidinti, pagerinti skonį ir prailginti maisto galiojimo laiką.
4.4 Kosmetika
Celiuliozės eterių pritaikymas kosmetikoje daugiausia sutelktas į tokius produktus kaip emulsijos, geliai ir veido kaukės. Pakoregavę klampumą, celiuliozės eteriai gali suteikti produktui tinkamą sklandumą ir tekstūrą ir suformuoti drėkinamąją plėvelę ant odos, kad padidėtų komfortas.
Celiuliozės eterio dariniai gali veiksmingai kontroliuoti tirpalų klampumą per savo unikalią molekulinę struktūrą ir reagavimą į išorinę aplinką. Tai paskatino jų platų pritaikymą daugelyje sričių, tokių kaip statyba, medicina, maistas ir kosmetika. Tęsiant mokslą ir technologijas, celiuliozės eterių funkcijos bus dar labiau išplėstos, kad būtų užtikrinta tikslesni klampumo kontrolės sprendimai daugiau laukų.
Pašto laikas: 2012 m. Vasario 17 d