Производные целлюлозного эфира представляют собой класс химически модифицированных натуральных целлюлозных полимеров. Из -за их превосходной растворимости воды, характеристик вязкости и чувствительности к внешним условиям, таким как температура и рН, они широко используются в строительных материалах, покрытиях, лекарствах, продуктах питания и косметике. Функция контроля вязкости эфира целлюлозного эфира является одной из основных характеристик его широкого применения во многих промышленных и ежедневных применениях.
1. Структура и классификация эфиров целлюлозы
Производные целлюлозы эфира получают из природной целлюлозы посредством реакции этерификации. Целлюлоза представляет собой полимерное соединение, образованное глюкозными мономерами, связанными с β-1,4-гликозидными связями. Процесс препарата целлюлозного эфира обычно включает в себя реагирование гидроксильной (-OH) части целлюлозы с помощью эфирного агента для генерации производных целлюлозы с различными заместителями (такими как метокси, гидроксиэтил, гидроксипропил и т. Д.).
В зависимости от заместителя, обычные производные целлюлозных эфиров включают метил целлюлозу (MC), гидроксиэтилцеллюлозу (HEC), гидроксипропилметиловой целлюлозу (HPMC), карбоксиметил целлюлоза (CMC) и т. Д. Количество и положение заместителей не только влияют на растворимость водой эфиров целлюлозы, но также напрямую связаны с их способностью формировать вязкость в водных растворах.
2. Механизм формирования вязкости
Вязкость, регулирующая эффект эфиров целлюлозы в основном из -за их растворения в воде и поведения удлинения молекулярных цепей. Когда эфиры целлюлозы растворяются в воде, полярные группы образуют водородные связи с молекулами воды, вызывая развертывание целлюлозных молекулярных цепей в воде, что приводит к тому, что молекулы воды «запутываются» вокруг молекул целлюлозы, увеличивая внутреннее трение воды и, таким образом, увеличивают вязкость раствора.
Величина вязкости тесно связана с молекулярной массой, заместителем типа, степени замещения (DS) и степени полимеризации (DP) эфиров целлюлозных эфиров. Как правило, чем больше молекулярная масса эфиров целлюлозы и чем дольше молекулярная цепь, тем выше вязкость раствора. В то же время различные заместители влияют на гидрофильность молекул целлюлозного эфира и, таким образом, влияют на их растворимость и вязкость в воде. Например, HPMC обладает хорошей растворимостью воды и устойчивости вязкости из -за его гидроксипропильных и метиловых заместителей. CMC, однако, имеет более высокую вязкость, поскольку он вводит отрицательно заряженные карбоксильные группы, которые могут более сильно взаимодействовать с молекулами воды в водном растворе.
3. Влияние внешних факторов на вязкость
Вязкость целлюлозного эфира зависит не только от его собственной структуры, но и от внешних факторов окружающей среды, включая температуру, значение pH, концентрацию ионов и т. Д.
3.1 Температура
Температура является важным фактором, влияющим на вязкость раствора целлюлозного эфира. Как правило, вязкость раствора целлюлозного эфира уменьшается с повышением температуры. Это связано с тем, что повышение температуры ускоряет молекулярное движение, ослабляет взаимодействие между молекулами и вызывает увеличение степени кглинга молекулярных цепей целлюлозы в воде, уменьшая эффект связывания на молекулы воды, тем самым снижая вязкость. Тем не менее, некоторые эфиры целлюлозы (такие как HPMC) демонстрируют характеристики термического гелея в пределах определенного температурного диапазона, то есть, поскольку температура повышается, вязкость раствора увеличивается и в конечном итоге образует гель.
3.2
Значение pH также оказывает значительное влияние на вязкость целлюлозного эфира. Для целлюлозных эфиров с ионными заместителями (такими как CMC) значение pH влияет на состояние заряда заместителей в растворе, тем самым влияя на взаимодействие между молекулами и вязкости раствора. При более высоких значениях pH карбоксильная группа более ионизирована, что приводит к более сильной электростатической отталкивании, что облегчает развертывание молекулярной цепи и увеличивающейся вязкости; В то время как при более низких значениях pH карбоксильная группа нелегко ионизируется, электростатическое отталкивание уменьшается, молекулярные цепь скручиваны и вязкость уменьшается.
3.3 Концентрация ионов
Влияние концентрации ионов на вязкость целлюлозного эфира особенно очевидно. Эфир целлюлозы с ионными заместителями будет влиять на экранирующий эффект внешних ионов в растворе. По мере увеличения концентрации ионов в растворе внешние ионы ослабит электростатическое отталкивание между молекулами эфира целлюлозы, что делает молекулярную цепь более плотно, тем самым снижая вязкость раствора. Особенно в среде с высокой соленой вязкость CMC значительно снизится, что имеет большое значение для дизайна применения.
4. Управление вязкостью в полях применения
Эфир целлюлозы широко использовался во многих областях из -за ее превосходной производительности регулировки вязкости.
4.1 Строительные материалы
В строительных материалах целлюлозный эфир (такой как HPMC) часто используется в растворе с сухой смешанными, пудром, клейкой плитки и другими продуктами для регулировки вязкости смеси и повышения текучести и антиспания во время строительства. В то же время он также может задержать испарение воды, улучшить удержание воды и, таким образом, улучшить прочность и долговечность конечного продукта.
4.2 покрытия и чернила
Эфиры целлюлозы действуют как сгущание и стабилизаторы в водоснабжениях и чернилах. Регулируя вязкость, они обеспечивают выравнивание и адгезию покрытия во время строительства. Кроме того, это также может улучшить противодействие покрытию, уменьшить провисание и сделать конструкцию более равномерной.
4.3 лекарства и еда
В областях медицины и питания эфиры целлюлозы (такие как HPMC, CMC) часто используются в качестве сгущающих, эмульгаторов или стабилизаторов. Например, HPMC, в качестве материала для покрытия для таблеток, может достичь эффекта препарата устойчивого высвобождения, контролируя скорость растворения. В пище CMC используется для повышения вязкости, улучшения вкуса и продления срока годности пищи.
4.4 косметика
Применение эфиров целлюлозы в косметике в основном сосредоточено на таких продуктах, как эмульсии, гели и маски для лица. Регулируя вязкость, эфиры целлюлозы могут дать продукту соответствующую текучесть и текстуру и образовывать увлажняющую пленку на коже, чтобы повысить комфорт во время использования.
Производные целлюлозы эфира могут эффективно контролировать вязкость растворов посредством их уникальной молекулярной структуры и чувствительности к внешней среде. Это привело к их широкому применению во многих областях, таких как строительство, медицина, еда и косметика. Благодаря непрерывному развитию науки и техники функции эфиров целлюлозы будут дополнительно расширены, чтобы обеспечить более точные решения контроля вязкости для большего количества полей.
Время публикации: 17-2025 февраля