Целулозните етерни производни са клас химически модифицирани естествени целулозни полимери. Поради отличната си разтворимост на водата, ефективността на регулиране на вискозитета и чувствителност към външни условия като температура и рН, те се използват широко в строителни материали, покрития, лекарства, храни и козметика. Функцията за контрол на вискозитета на целулозния етер е една от основните характеристики на широкото му приложение в много промишлени и ежедневни приложения.
1. Структура и класификация на целулозните етери
Целулозните етерни производни се приготвят от естествена целулоза чрез реакция на етерификация. Целулозата е полимерно съединение, образувано от глюкозни мономери, свързани с β-1,4-гликозидни връзки. Процесът на получаване на целулозен етер обикновено включва реагиране на хидроксилната (-OH) част на целулозата с етерификационен агент за генериране на целулозни производни с различни заместители (като метокси, хидроксиетил, хидроксипропил и др.).
В зависимост от заместващия, общите производни на целулозния етер включват метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC), хидроксипропил метил целулоза (HPMC), карбоксиметил целулоза (CMC) и др. Тези различни видове целулозни етери имат различна разтворимост и вискозитет. Броят и позицията на заместители не само влияят на разтворимостта на водата на целулозните етери, но и пряко се отнасят до тяхната способност за формиране на вискозитет във водни разтвори.
2. Механизъм за формиране на вискозитет
Вискозитетът, регулиращ ефекта на целулозните етери, идва главно от тяхното разтваряне във водата и удължителното поведение на молекулните вериги. Когато целулозните етери се разтварят във вода, полярните групи образуват водородни връзки с водни молекули, което води до разгъване на целулозните молекулни вериги във вода, което води до това, че водните молекули са „заплетени“ около целулозните молекули, което увеличава вътрешното триене на водата и по този начин увеличава вискозитета на разтвора.
Величината на вискозитета е тясно свързана с молекулното тегло, заместващия вид, степента на заместване (DS) и степента на полимеризация (DP) на целулозните етери. Като цяло, колкото по -голямо е молекулното тегло на целулозните етери и колкото по -дълго е молекулната верига, толкова по -голям е вискозитетът на разтвора. В същото време различните заместители влияят на хидрофилността на целулозните етерни молекули и по този начин влияят на тяхната разтворимост и вискозитет във водата. Например, HPMC има добра разтворимост на вода и стабилност на вискозитета поради своите заместители на хидроксипропил и метил. CMC обаче има по -висок вискозитет, тъй като въвежда отрицателно заредени карбоксилни групи, които могат да взаимодействат по -силно с водните молекули във воден разтвор.
3. Влияние на външните фактори върху вискозитета
Вискозитетът на целулозния етер зависи не само от собствената му структура, но и от външните фактори на околната среда, включително температурата, стойността на рН, концентрацията на йони и т.н.
3.1 Температура
Температурата е важен фактор, влияещ върху вискозитета на целулозния етер разтвор. Като цяло вискозитетът на целулозния етер разтвор намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото повишаването на температурата ускорява молекулното движение, отслабва взаимодействието между молекулите и причинява увеличаване на степента на свиване на целулозните молекулни вериги във водата, като намалява ефекта на свързване върху водните молекули, като по този начин намалява вискозитета. Въпреки това, някои целулозни етери (като HPMC) проявяват характеристики на термична гелация в рамките на определен температурен диапазон, тоест с увеличаване на температурата вискозитетът на разтвора се увеличава и в крайна сметка образува гел.
3.2 PH стойност
Стойността на рН също има значителен ефект върху вискозитета на целулозния етер. За целулозните етери с йонни заместители (като CMC), стойността на pH засяга състоянието на заряда на заместителите в разтвора, като по този начин влияе на взаимодействието между молекулите и вискозитета на разтвора. При по -високи стойности на рН карбоксилната група е по -йонизирана, което води до по -силно електростатично отблъскване, което прави молекулната верига по -лесна за разгъване и увеличаване на вискозитета; Докато при по -ниски стойности на рН, карбоксилната група не е лесно йонизирана, електростатичното отблъскване се намалява, молекулярната верига се извива и вискозитетът намалява.
3.3 Йонна концентрация
Ефектът на йонната концентрация върху вискозитета на целулозния етер е особено очевиден. Целулозният етер с йонни заместители ще бъде повлиян от екраниращия ефект на външните йони в разтвора. С увеличаването на йонната концентрация в разтвора, външните йони ще отслабят електростатичното отблъскване между целулозните етерни молекули, което прави молекулната верига се извива по -плътно, като по този начин намалява вискозитета на разтвора. Особено в среда с високо съдържание на сол вискозитетът на CMC ще намалее значително, което е от голямо значение за дизайна на приложението.
4. Контрол на вискозитета в полетата за приложение
Целулозният етер е широко използван в много полета поради отличната си ефективност на регулиране на вискозитета.
4.1 Строителни материали
В строителните материали целулозният етер (като HPMC) често се използва в сухо-смесена хоросана, замаян на прах, лепило с плочки и други продукти за регулиране на вискозитета на сместа и засилване на течността и противозагрящите свойства по време на строителството. В същото време той може да забави и изпаряването на водата, да подобри задържането на водата на водата и по този начин да подобри здравината и издръжливостта на крайния продукт.
4.2 Покрития и мастила
Целулозните етери действат като сгъстители и стабилизатори в покрития и мастила на водна основа. Чрез регулиране на вискозитета те гарантират изравняване и адхезия на покритието по време на строителството. В допълнение, той може също така да подобри анти-разклоняването на покритието, да намали увисването и да направи конструкцията по-равномерно.
4.3 лекарство и храна
В областта на медицината и храната, целулозните етери (като HPMC, CMC) често се използват като сгъстяване, емулгатори или стабилизатори. Например, HPMC, като материал за покритие за таблетки, може да постигне продължителен ефект на освобождаване на лекарствата чрез контролиране на скоростта на разтваряне. В храната CMC се използва за повишаване на вискозитета, подобряване на вкуса и удължаване на срока на годност на храната.
4.4 Козметика
Прилагането на целулозни етери в козметиката е концентрирано главно в продукти като емулсии, гелове и маски за лице. Чрез регулиране на вискозитета, целулозните етери могат да придадат на продукта подходяща плавност и текстура и да образуват овлажняващ филм на кожата, за да увеличат комфорта по време на употреба.
Производите на целулозния етер могат ефективно да контролират вискозитета на разтворите чрез тяхната уникална молекулна структура и отзивчивост към външната среда. Това доведе до широкото им приложение в много области като строителство, медицина, храна и козметика. С непрекъснатото развитие на науката и технологиите функциите на целулозните етери ще бъдат допълнително разширени, за да осигурят по -прецизни решения за контрол на вискозитета за повече полета.
Време за публикация: Февруари 17-2025