Cellulosetherderivater er en klasse af kemisk modificerede naturlige cellulosepolymerer. På grund af deres fremragende vandopløselighed, viskositetsjusteringsydelse og følsomhed over for eksterne forhold såsom temperatur og pH, er de vidt brugt til byggematerialer, belægninger, medicin, fødevarer og kosmetik. Viskositetskontrolfunktionen af celluloseether er en af kerneegenskaberne ved dens brede anvendelse i mange industrielle og daglige anvendelser.
1. struktur og klassificering af celluloseethere
Cellulosetherderivater fremstilles fra naturlig cellulose gennem æterificeringsreaktion. Cellulose er en polymerforbindelse dannet af glukosemonomerer forbundet med ß-1,4-glycosidiske bindinger. Forberedelsesprocessen med celluloseether involverer normalt reaktion af hydroxyl (-OH) del af cellulose med et æterificeringsmiddel til at generere cellulosderivater med forskellige substituenter (såsom methoxy, hydroxyethyl, hydroxypropyl osv.).
Afhængig af de substituerende, almindelige cellulosetherderivater inkluderer methylcellulose (MC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), carboxymethylcellulose (CMC) osv. Disse forskellige typer celluloseethere har forskellige solubilitets- og visningsjusteringsegenskaber. Antallet og placeringen af substituenter påvirker ikke kun vandopløseligheden af celluloseethere, men vedrører også direkte deres viskositetsdannelsesevne i vandige opløsninger.
2. Viskositetsdannelsesmekanisme
Den viskositet, der regulerer virkningen af celluloseethere, kommer hovedsageligt fra deres opløsning i vand og udvidelsesadfærden af molekylære kæder. Når celluloseethere opløses i vand, danner polære grupper hydrogenbindinger med vandmolekyler, hvilket får cellulosemolekylkæderne til at udfolde sig i vand, hvilket resulterer i, at vandmolekyler er "sammenfiltret" omkring cellulosemolekyler, hvilket øger den indre friktion af vandet og øger således viscositeten i opløsningen.
Størrelsen af viskositet er tæt knyttet til molekylvægt, substituenttype, grad af substitution (DS) og grad af polymerisation (DP) af celluloseethere. Generelt, jo større molekylvægt af celluloseethere, og jo længere molekylkæden er, jo højere er viskositeten af opløsningen. På samme tid påvirker forskellige substituenter hydrofiliciteten af celluloseethermolekyler og påvirker således deres opløselighed og viskositet i vand. For eksempel har HPMC god vandopløselighed og viskositetsstabilitet på grund af dets hydroxypropyl- og methylsubstituenter. CMC har imidlertid en højere viskositet, fordi den introducerer negativt ladede carboxylgrupper, som kan interagere stærkere med vandmolekyler i vandig opløsning.
3. Effekt af eksterne faktorer på viskositet
Viskositeten af celluloseether afhænger ikke kun af sin egen struktur, men også af eksterne miljøfaktorer, herunder temperatur, pH -værdi, ionkoncentration osv.
3.1 Temperatur
Temperatur er en vigtig faktor, der påvirker viskositeten af celluloseetheropløsning. Generelt falder viskositeten af cellulosetheropløsning med stigende temperatur. Dette skyldes, at stigende temperatur accelererer molekylær bevægelse, svækker interaktionen mellem molekyler og forårsager krøllegraden af cellulosemolekylkæder i vand for at stige, hvilket reducerer bindingseffekten på vandmolekyler og reducerer derved viskositet. Nogle celluloseethere (såsom HPMC) udviser imidlertid termiske geleringsegenskaber inden for et specifikt temperaturområde, dvs. når temperaturen øges, øges opløsningsviskositeten og danner til sidst en gel.
3.2 pH -værdi
PH -værdien har også en signifikant effekt på viskositeten af celluloseether. For celluloseethere med ioniske substituenter (såsom CMC) påvirker pH -værdien ladetilstanden for substituenterne i opløsningen og påvirker derved samspillet mellem molekyler og viskositeten af opløsningen. Ved højere pH -værdier er carboxylgruppen mere ioniseret, hvilket resulterer i stærkere elektrostatisk frastødning, hvilket gør molekylkæden lettere at udfolde sig og øge viskositeten; Mens ved lavere pH -værdier er carboxylgruppen ikke let ioniseret, den elektrostatiske frastødning reduceres, molekylkæden krøller og viskositeten falder.
3.3 ionkoncentration
Effekten af ionkoncentration på viskositeten af celluloseether er især åbenlyst. Celluloseether med ioniske substituenter vil blive påvirket af afskærmningseffekten af eksterne ioner i opløsning. Efterhånden som ionkoncentrationen i opløsningen øges, vil de ydre ioner svække den elektrostatiske frastødning mellem cellulosethermolekyler, hvilket gør molekylkæden krøllet mere tæt og reducerer derved opløsningens viskositet. Især i et højsaltmiljø vil viskositeten af CMC falde markant, hvilket er af stor betydning for applikationsdesign.
4. Viskositetskontrol i applikationsfelter
Celluloseether er blevet vidt brugt på mange felter på grund af dets fremragende viskositetsjusteringsydelse.
4.1 Byggematerialer
I byggematerialer anvendes celluloseether (såsom HPMC) ofte i tørblandet mørtel, kittpulver, flise klæbemiddel og andre produkter til at justere viskositeten af blandingen og forbedre fluiditeten og antisagging egenskaber under konstruktionen. På samme tid kan det også forsinke fordampningen af vand, forbedre vandopbevaring af materialer og således forbedre styrken og holdbarheden af det endelige produkt.
4.2 Belægninger og blæk
Celluloseethere fungerer som fortykningsmidler og stabilisatorer i vandbaserede belægninger og blæk. Ved at justere viskositeten sikrer de nivellering og vedhæftning af belægningen under konstruktionen. Derudover kan det også forbedre anti-spredningen af belægningen, reducere sagging og gøre konstruktionen mere ensartet.
4.3 Medicin og mad
Inden for medicin og mad bruges celluloseethere (såsom HPMC, CMC) ofte som fortykningsmidler, emulgatorer eller stabilisatorer. For eksempel kan HPMC, som et belægningsmateriale for tabletter, opnå en vedvarende frigørelseseffekt af lægemidler ved at kontrollere opløsningshastigheden. I mad bruges CMC til at øge viskositeten, forbedre smagen og forlænge holdbarheden af mad.
4.4 Kosmetik
Anvendelsen af celluloseethere i kosmetik er hovedsageligt koncentreret i produkter såsom emulsioner, geler og ansigtsmasker. Ved at justere viskositeten kan celluloseethere give produktet passende fluiditet og tekstur og danne en fugtgivende film på huden for at øge komforten under brug.
Cellulosetherderivater kan effektivt kontrollere viskositeten af opløsninger gennem deres unikke molekylstruktur og lydhørhed over for det ydre miljø. Dette har ført til deres brede anvendelse på mange områder såsom konstruktion, medicin, mad og kosmetik. Med den kontinuerlige udvikling af videnskab og teknologi vil funktionerne af celluloseethere udvides yderligere for at give mere præcise viskositetskontrolløsninger til flere felter.
Posttid: Feb-17-2025