مکانیسم ضخیم اتر سلولز در کاربردهای مختلف

اتر سلولز کلاس از مواد پلیمری محلول در آب است که با اصلاح شیمیایی سلولز طبیعی بدست می آید. اترهای سلولز متداول شامل متیل سلولز (MC) ، هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) ، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) و غیره هستند. آنها به طور گسترده در ساخت و ساز ، غذا ، دارو ، مواد آرایشی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیسم اصلی به عنوان یک ضخیم کننده شامل خواص فیزیکی و شیمیایی تعامل بین ساختار مولکولی و محلول است.

1 ساختار مولکولی اتر سلولز
اتر سلولز با معرفی جایگزین های مختلف (مانند متیل ، اتیل ، هیدروکسی پروپیل و غیره) به زنجیره سلولز طبیعی تشکیل می شود. این فرایند ساختار خطی سلولز را حفظ می کند اما حلالیت و رفتار محلول آن را تغییر می دهد. معرفی جایگزین ها باعث می شود اترهای سلولز حلالیت خوبی در آب داشته باشند و می توانند یک سیستم کلوئیدی پایدار در محلول تشکیل دهند که برای عملکرد ضخیم کننده آن بسیار مهم است.

2. رفتار مولکولی در محلول
اثر ضخیم کننده اتر سلولز در آب به طور عمده از ساختار شبکه ویسکوزیته بالا ناشی از مولکولهای آن در محلول ناشی می شود. مکانیسم های خاص عبارتند از:

2.1 تورم و کشش زنجیرهای مولکولی
هنگامی که اتر سلولز در آب حل می شود ، زنجیرهای ماکرومولکولی آن به دلیل هیدراتاسیون متورم می شوند. این زنجیره های مولکولی متورم کشیده و حجم بیشتری را اشغال می کنند و به طور قابل توجهی ویسکوزیته محلول را افزایش می دهند. این کشش و تورم به نوع و درجه جایگزینی جایگزین های اتر سلولز و همچنین دما و مقدار pH محلول بستگی دارد.

2.2 پیوندهای هیدروژن بین مولکولی و فعل و انفعالات آبگریز
زنجیره های مولکولی اتر سلولز حاوی تعداد زیادی از گروه های هیدروکسیل و سایر گروه های آبگریز هستند که می توانند از طریق پیوندهای هیدروژن با مولکول های آب تعامل قوی ایجاد کنند. علاوه بر این ، جایگزین های اتر سلولز اغلب دارای درجه مشخصی از آبگریز هستند و این گروه های آبگریز می توانند سنگدانه های آبگریز در آب تشکیل دهند و از این طریق ویسکوزیته محلول را تقویت می کنند. اثر ترکیبی پیوندهای هیدروژن و فعل و انفعالات آبگریز به محلول اتر سلولز اجازه می دهد تا حالت ویسکوزیته بالا پایدار را تشکیل دهد.

2.3 درگیری و اتصال فیزیکی بین زنجیره های مولکولی
زنجیره های مولکولی اتر سلولز به دلیل حرکت حرارتی و نیروهای بین مولکولی ، در محلول در محلول تشکیل می دهند و این درگیری ها ویسکوزیته محلول را افزایش می دهد. علاوه بر این ، در غلظت های بالاتر ، مولکول های اتر سلولز می توانند ساختاری شبیه به اتصال متقاطع فیزیکی را تشکیل دهند ، که بیشتر ویسکوزیته محلول را تقویت می کند.

3. مکانیسم های ضخیم در برنامه های خاص

3.1 مصالح ساختمانی
در مصالح ساختمانی ، اترهای سلولز اغلب به عنوان ضخیم کننده در خمپاره ها و روکش ها استفاده می شود. آنها می توانند عملکرد ساخت و ساز و حفظ آب خمپاره ها را افزایش دهند و از این طریق راحتی ساخت و ساز و کیفیت نهایی ساختمانها را بهبود بخشند. اثر ضخیم کننده اترهای سلولز در این برنامه ها عمدتاً از طریق تشکیل محلول های با ویسکوزیته بالا ، افزایش چسبندگی و خاصیت ضد تحریک مواد است.

3.2 صنایع غذایی
در صنایع غذایی ، اترهای سلولز مانند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) و سلولز هیدروکسی اتیل (HEC) به عنوان ضخیم کننده ، تثبیت کننده و امولسیفری ها استفاده می شوند. راه حل های با ویسکوزیته بالا که در مواد غذایی تشکیل می دهند می توانند طعم و بافت مواد غذایی را افزایش دهند ، ضمن اینکه سیستم پراکنده در مواد غذایی را تثبیت می کنند تا از طبقه بندی و بارش جلوگیری شود.

3.3 دارو و لوازم آرایشی
در زمینه پزشکی و مواد آرایشی ، اترهای سلولز به عنوان مواد ژل و ضخیم کننده برای تهیه محصولاتی مانند ژل های دارویی ، لوسیون و کرم استفاده می شود. مکانیسم ضخیم کننده آن بستگی به رفتار انحلال آن در آب و ساختار شبکه با ویسکوزیته بالا دارد که ویسکوزیته و ثبات مورد نیاز محصول را فراهم می کند.

4. تأثیر عوامل محیطی بر اثر ضخیم شدن
اثر ضخیم کننده اتر سلولز تحت تأثیر انواع عوامل محیطی از جمله دما ، مقدار pH و استحکام یونی محلول قرار دارد. این عوامل می توانند درجه تورم و تعامل بین مولکولی زنجیره مولکولی اتر سلولز را تغییر دهند و در نتیجه بر ویسکوزیته محلول تأثیر بگذارند. به عنوان مثال ، درجه حرارت بالا معمولاً ویسکوزیته محلول اتر سلولز را کاهش می دهد ، در حالی که تغییر در مقدار pH ممکن است حالت یونیزاسیون زنجیره مولکولی را تغییر دهد ، در نتیجه بر ویسکوزیته تأثیر می گذارد.

کاربرد گسترده اتر سلولز به عنوان ضخیم کننده به دلیل ساختار مولکولی منحصر به فرد و ساختار شبکه با ویسکوزیته بالا در آب است. با درک مکانیسم ضخیم شدن آن در کاربردهای مختلف ، تأثیر کاربرد آن در زمینه های مختلف صنعتی می تواند بهینه سازی بهتری شود. در آینده ، با مطالعه عمیق از رابطه بین ساختار اتر سلولز و عملکرد ، انتظار می رود که محصولات اتر سلولز با عملکرد بهتر برای تأمین نیازهای زمینه های مختلف توسعه یابد.