Celluloseeterderivater er en klasse av kjemisk modifiserte naturlige cellulosepolymerer. På grunn av deres utmerkede vannløselighet, viskositetsjusteringsytelse og følsomhet for ytre forhold som temperatur og pH, er de mye brukt i byggematerialer, belegg, medisiner, matvarer og kosmetikk. Viskositetskontrollfunksjonen til celluloseeter er en av kjerneegenskapene til dens brede anvendelse i mange industrielle og daglige applikasjoner.
1. Struktur og klassifisering av celluloseetere
Celluloseeterderivater fremstilles fra naturlig cellulose gjennom eterifiseringsreaksjon. Cellulose er en polymerforbindelse dannet av glukosemonomerer forbundet med β-1,4-glykosidbindinger. Forberedelsesprosessen av celluloseeter innebærer vanligvis å reagere hydroksyl (-OH) delen av cellulose med et eterifiseringsmiddel for å generere cellulosederivater med forskjellige substituenter (som metoksy, hydroksyetyl, hydroksypropyl, etc.).
Avhengig av substituenten, inkluderer vanlige celluloseeter -derivater metylcellulose (MC), hydroksyetylcellulose (HEC), hydroksypropylmetylcellulose (HPMC), karboksymetylcellulose (CMC), etc. Disse forskjellige typer celluloser etere har forskjellig solubilitet og CMC). Antallet og plasseringen av substituenter påvirker ikke bare vannløseligheten til celluloseetere, men forholder seg også direkte til deres viskositetsdannende evne i vandige oppløsninger.
2. Viskositetsdannelsesmekanisme
Viskositeten som regulerer effekten av celluloseetere kommer hovedsakelig fra deres oppløsning i vann og forlengelsesatferden til molekylkjeder. Når celluloseetere blir oppløst i vann, danner polargrupper hydrogenbindinger med vannmolekyler, noe som fører til at cellulosemolekylkjedene utfolder seg i vann, noe som resulterer i at vannmolekyler blir "viklet inn" rundt cellulosemolekyler, øker den indre friksjonen av vann og øker dermed viskositeten til løsningen.
Størrelsen på viskositet er nært beslektet med molekylvekten, substituent type, substitusjonsgrad (DS) og grad av polymerisasjon (DP) av celluloseetere. Generelt, jo større molekylvekt av celluloseetere og jo lengre molekylkjede, jo høyere er viskositeten til løsningen. Samtidig påvirker forskjellige substituenter hydrofilisiteten til celluloseetermolekyler, og påvirker dermed deres løselighet og viskositet i vann. For eksempel har HPMC god vannløselighet og viskositetsstabilitet på grunn av hydroksypropyl- og metylsubstituentene. CMC har imidlertid en høyere viskositet fordi den introduserer negativt ladede karboksylgrupper, som kan samhandle sterkere med vannmolekyler i vandig løsning.
3. Effekt av eksterne faktorer på viskositet
Viskositeten til celluloseeter avhenger ikke bare av sin egen struktur, men også av ytre miljøfaktorer, inkludert temperatur, pH -verdi, ionekonsentrasjon, etc.
3.1 Temperatur
Temperatur er en viktig faktor som påvirker viskositeten til celluloseeterløsning. Generelt synker viskositeten til celluloseeteroppløsningen med økende temperatur. Dette er fordi økende temperatur akselererer molekylær bevegelse, svekker interaksjonen mellom molekyler og forårsaker krøllingsgraden av cellulosemolekylkjeder i vann til å øke, noe som reduserer bindingseffekten på vannmolekyler, og dermed reduserer viskositeten. Noen celluloseetere (som HPMC) viser imidlertid termiske geleringsegenskaper innenfor et spesifikt temperaturområde, det vil si når temperaturen øker, oppløsningen viskositeten øker og til slutt danner en gel.
3.2 pH -verdi
PH -verdien har også en betydelig effekt på viskositeten til celluloseeter. For celluloseetere med ioniske substituenter (som CMC) påvirker pH -verdien ladningstilstanden til substituentene i løsningen, og påvirker dermed interaksjonen mellom molekyler og viskositeten til løsningen. Ved høyere pH -verdier er karboksylgruppen mer ionisert, noe som resulterer i sterkere elektrostatisk frastøtning, noe som gjør molekylkjeden lettere å utfolde og øke viskositeten; Mens ved lavere pH -verdier er ikke karboksylgruppen lett ionisert, den elektrostatiske frastøtningen reduseres, molekylkjedekrøllene og viskositeten avtar.
3.3 Ionkonsentrasjon
Effekten av ionekonsentrasjonen på viskositeten til celluloseeter er spesielt åpenbar. Celluloseeter med ioniske substituenter vil bli påvirket av skjermingseffekten av ytre ioner i løsning. Når ionekonsentrasjonen i løsningen øker, vil de ytre ionene svekke den elektrostatiske frastøtningen mellom celluloseetermolekyler, noe som gjør molekylkjeden krøllet mer tett, og reduserer dermed viskositeten til løsningen. Spesielt i et miljø med høyt salt vil viskositeten til CMC avta betydelig, noe som er av stor betydning for applikasjonsdesign.
4. Viskositetskontroll i applikasjonsfelt
Celluloseeter har blitt mye brukt i mange felt på grunn av den utmerkede ytelsen til viskositetsjusteringsytelse.
4.1 Byggematerialer
I byggematerialer brukes ofte celluloseeter (som HPMC) i tørrblandet mørtel, kittpulver, flislim og andre produkter for å justere blandingens viskositet og forbedre fluiditeten og antisikringsegenskapene under konstruksjonen. Samtidig kan det også forsinke fordampningen av vann, forbedre vannretensjonen av materialer og dermed forbedre styrken og holdbarheten til sluttproduktet.
4.2 belegg og blekk
Celluloseetere fungerer som fortykningsmidler og stabilisatorer i vannbaserte belegg og blekk. Ved å justere viskositeten sikrer de utjevning og vedheft av belegget under konstruksjonen. I tillegg kan det også forbedre anti-splashing av belegget, redusere sagging og gjøre konstruksjonen mer ensartet.
4.3 Medisin og mat
Innen medisin og mat blir celluloseetere (som HPMC, CMC) ofte brukt som fortykningsmidler, emulgatorer eller stabilisatorer. For eksempel kan HPMC, som et beleggmateriale for tabletter, oppnå en vedvarende frigjøringseffekt av medisiner ved å kontrollere oppløsningshastigheten. I mat brukes CMC til å øke viskositeten, forbedre smaken og forlenge holdbarheten til mat.
4.4 Kosmetikk
Bruken av celluloseetere i kosmetikk er hovedsakelig konsentrert i produkter som emulsjoner, geler og ansiktsmasker. Ved å justere viskositeten kan celluloseetere gi produktet passende fluiditet og tekstur, og danne en fuktighetsgivende film på huden for å øke komforten under bruk.
Celluloseeterderivater kan effektivt kontrollere viskositeten til løsninger gjennom deres unike molekylære struktur og respons på det ytre miljøet. Dette har ført til deres brede anvendelse på mange felt som konstruksjon, medisin, mat og kosmetikk. Med kontinuerlig utvikling av vitenskap og teknologi, vil funksjonene til celluloseetere bli ytterligere utvidet for å gi mer presise viskositetskontrollløsninger for flere felt.
Post Time: Feb-17-2025