مشتقات اتر سلولز چگونه کنترل ویسکوزیته را افزایش می دهد؟

مشتقات اتر سلولز یک کلاس از پلیمرهای سلولز طبیعی اصلاح شده شیمیایی هستند. با توجه به حلالیت عالی آب ، عملکرد و حساسیت به شرایط خارجی مانند دما و pH ، آنها به طور گسترده در مصالح ساختمانی ، پوشش ها ، داروها ، غذاها و لوازم آرایشی مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد کنترل ویسکوزیته اتر سلولز یکی از ویژگی های اصلی کاربرد گسترده آن در بسیاری از کاربردهای صنعتی و روزانه است.

1 ساختار و طبقه بندی اترهای سلولز
مشتقات اتر سلولز از سلولز طبیعی از طریق واکنش اتر سازی تهیه می شوند. سلولز یک ترکیب پلیمری است که توسط مونومرهای گلوکز متصل شده توسط پیوندهای β-1،4 گلیکوزیدی تشکیل شده است. فرآیند آماده سازی اتر سلولز معمولاً شامل واکنش بخش هیدروکسیل (-OH) سلولز با یک ماده اتریشناسیون برای تولید مشتقات سلولز با جایگزین های مختلف (مانند متیوکسی ، هیدروکسی اتیل ، هیدروکسی پروپیل و غیره) است.

بسته به نوع جایگزین ، مشتقات اتر سلولز متداول شامل متیل سلولز (MC) ، هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) ، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) ، کربوکسی متیل سلولز (CMC) ، و غیره. این انواع مختلف اترهای سلولز دارای حلالیت مختلف و ویژگی های تنظیم ویسکوز است. تعداد و موقعیت جایگزین ها نه تنها بر حلالیت آب اترهای سلولز تأثیر می گذارد ، بلکه به طور مستقیم با توانایی تشکیل ویسکوزیته آنها در محلول های آبی ارتباط دارد.

2. مکانیسم تشکیل ویسکوزیته
اثر تنظیم کننده ویسکوزیته اترهای سلولز به طور عمده ناشی از انحلال آنها در آب و رفتار فرمت زنجیرهای مولکولی است. هنگامی که اترهای سلولز در آب حل می شوند ، گروه های قطبی پیوندهای هیدروژن را با مولکول های آب تشکیل می دهند و باعث می شوند زنجیرهای مولکولی سلولز در آب آشکار شوند و در نتیجه مولکول های آب در اطراف مولکول های سلولز "درگیر" شوند و باعث افزایش اصطکاک داخلی آب و در نتیجه افزایش ویسکوزیته محلول شوند.

میزان ویسکوزیته از نزدیک با وزن مولکولی ، نوع جایگزین ، درجه تعویض (DS) و درجه پلیمریزاسیون (DP) اترهای سلولز مرتبط است. به طور کلی ، هرچه وزن مولکولی اترهای سلولز بزرگتر باشد و زنجیره مولکولی طولانی تر باشد ، ویسکوزیته محلول بیشتر می شود. در عین حال ، جایگزین های مختلف بر آبگریز بودن مولکول های اتر سلولز تأثیر می گذارند ، و بنابراین بر حلالیت و ویسکوزیته آنها در آب تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، HPMC به دلیل جایگزین های هیدروکسی پروپیل و متیل ، حلالیت آب و پایداری ویسکوزیته خوبی دارد. CMC ، با این حال ، ویسکوزیته بالاتری دارد زیرا گروه های کربوکسیل با بار منفی را معرفی می کند ، که می تواند با مولکول های آب در محلول آبی به شدت تعامل داشته باشد.

3. تأثیر عوامل خارجی بر ویسکوزیته
ویسکوزیته اتر سلولز نه تنها به ساختار خود بستگی دارد ، بلکه به عوامل محیطی خارجی از جمله دما ، مقدار pH ، غلظت یون و غیره نیز بستگی دارد.

3.1 دما
دما عامل مهمی است که بر ویسکوزیته محلول اتر سلولز تأثیر می گذارد. به طور کلی ، ویسکوزیته محلول اتر سلولز با افزایش دما کاهش می یابد. این امر به این دلیل است که افزایش دما حرکت مولکولی را تسریع می کند ، تعامل بین مولکول ها را تضعیف می کند و باعث افزایش درجه پیچش زنجیره های مولکولی سلولز در آب می شود و باعث کاهش اثر اتصال بر روی مولکولهای آب می شود و از این طریق ویسکوزیته را کاهش می دهد. با این حال ، برخی از اترهای سلولز (مانند HPMC) ویژگی های ژل حرارتی را در یک محدوده دمای خاص نشان می دهند ، یعنی با افزایش دما ، ویسکوزیته محلول افزایش می یابد و در نهایت ژل تشکیل می شود.

3.2 مقدار pH
مقدار pH همچنین تأثیر معنی داری در ویسکوزیته اتر سلولز دارد. برای اترهای سلولز با جایگزین های یونی (مانند CMC) ، مقدار pH بر وضعیت بار جایگزین های موجود در محلول تأثیر می گذارد و از این طریق بر تعامل بین مولکول ها و ویسکوزیته محلول تأثیر می گذارد. در مقادیر بالاتر pH ، گروه کربوکسیل یونیزه تر است و در نتیجه دافع الکترواستاتیک قوی تر ایجاد می شود و باعث می شود زنجیره مولکولی آشکار شود و ویسکوزیته را افزایش دهد. در حالی که در مقادیر pH پایین تر ، گروه کربوکسیل به راحتی یونیزه نمی شود ، دافع الکترواستاتیک کاهش می یابد ، فرهای زنجیره مولکولی و ویسکوزیته کاهش می یابد.

غلظت یون 3.3
تأثیر غلظت یون بر ویسکوزیته اتر سلولز به ویژه آشکار است. اتر سلولز با جایگزین های یونی تحت تأثیر اثر محافظ یونهای خارجی در محلول قرار می گیرد. با افزایش غلظت یون در محلول ، یون های خارجی باعث کاهش دفع الکترواستاتیک بین مولکول های اتر سلولز می شوند و باعث می شود زنجیره مولکولی محکم تر شود و از این طریق ویسکوزیته محلول را کاهش می دهد. به خصوص در یک محیط با نمک بالا ، ویسکوزیته CMC به میزان قابل توجهی کاهش می یابد ، که برای طراحی کاربرد از اهمیت زیادی برخوردار است.

4. کنترل ویسکوزیته در زمینه های کاربردی
اتر سلولز به دلیل عملکرد عالی تنظیم ویسکوزیته در بسیاری از زمینه ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.

4.1 مصالح ساختمانی
در مصالح ساختمانی ، اتر سلولز (مانند HPMC) اغلب در خمپاره های خشک شده ، پودر بتونه ، چسب کاشی و سایر محصولات برای تنظیم ویسکوزیته مخلوط و تقویت روان و ضد آب در هنگام ساخت استفاده می شود. در عین حال ، همچنین می تواند تبخیر آب را به تأخیر بیندازد ، حفظ آب مواد را بهبود بخشد و در نتیجه قدرت و دوام محصول نهایی را بهبود بخشد.

4.2 پوشش و جوهر
اترهای سلولز به عنوان ضخیم کننده و تثبیت کننده در روکش ها و جوهرهای مبتنی بر آب عمل می کنند. با تنظیم ویسکوزیته ، آنها از تراز و چسبندگی پوشش در هنگام ساخت و ساز اطمینان می دهند. علاوه بر این ، همچنین می تواند ضد انعطاف پذیری پوشش را بهبود ببخشد ، باعث کاهش خستگی و ساخت یکنواخت تر شود.

4.3 دارو و غذا
در مزارع پزشکی و مواد غذایی ، اترهای سلولز (مانند HPMC ، CMC) اغلب به عنوان ضخیم کننده ، امولسیفری یا تثبیت کننده استفاده می شوند. به عنوان مثال ، HPMC ، به عنوان یک ماده پوشش برای قرص ها ، می تواند با کنترل میزان انحلال ، به اثر انتشار پایدار داروها برسد. در مواد غذایی از CMC برای افزایش ویسکوزیته ، بهبود طعم و افزایش ماندگاری غذا استفاده می شود.

4.4 لوازم آرایشی
استفاده از اترهای سلولز در مواد آرایشی عمدتاً در محصولاتی مانند امولسیون ، ژل و ماسک صورت متمرکز است. با تنظیم ویسکوزیته ، اترهای سلولز می توانند سیالیت و بافت مناسب محصول را به محصول ببخشند و یک فیلم مرطوب کننده روی پوست تشکیل دهند تا راحتی در هنگام استفاده افزایش یابد.

مشتقات اتر سلولز می توانند به طور مؤثر ویسکوزیته محلول ها را از طریق ساختار مولکولی منحصر به فرد و پاسخگویی به محیط خارجی کنترل کنند. این امر منجر به کاربرد گسترده آنها در بسیاری از مزارع مانند ساخت و ساز ، دارو ، غذا و مواد آرایشی شده است. با توسعه مداوم علم و فناوری ، عملکردهای اترهای سلولز بیشتر گسترش می یابد تا راه حل های دقیق تر ویسکوزیته برای زمینه های بیشتر ارائه شود.