تأثیر دما در حلالیت اتر سلولز چیست؟

حلالیت آب اتر سلولز اصلاح شده تحت تأثیر دما قرار دارد. به طور کلی ، بیشتر اترهای سلولز در دمای پایین در آب محلول هستند. با افزایش دما ، حلالیت آنها به تدریج ضعیف می شود و در نهایت نامحلول می شود. دمای محلول بحرانی پایین (LCST: دمای محلول بحرانی پایین تر) یک پارامتر مهم برای توصیف تغییر حلالیت اتر سلولز در هنگام تغییر دما ، یعنی بالاتر از دمای محلول بحرانی پایین ، اتر سلولز در آب نامحلول است.

گرمایش محلول های متیل سلولز آبی مورد بررسی قرار گرفته و مکانیسم تغییر در حلالیت توضیح داده شده است. همانطور که در بالا ذکر شد ، هنگامی که محلول متیل سلولز در دمای پایین قرار دارد ، ماکرومولکول ها توسط مولکول های آب احاطه شده اند تا یک ساختار قفس تشکیل دهند. The heat applied by the temperature rise will break the hydrogen bond between the water molecule and the MC molecule, the cage-like supramolecular structure will be destroyed, and the water molecule will be released from the binding of the hydrogen bond to become a free water molecule, while the methyl The hydrophobic methyl group on the cellulose macromolecular chain is exposed, which makes it possible to prepare and study the hydrophobic association of hydroxypropyl هیدروژل ناشی از حرارتی متیل سلولز. اگر گروه های متیل در همان زنجیره مولکولی به صورت آبگریز پیوند خورده باشند ، این تعامل درون مولکولی باعث می شود کل مولکول به صورت سیم پیچ ظاهر شود. با این حال ، افزایش دما باعث افزایش حرکت بخش زنجیره ای می شود ، تعامل آبگریز در مولکول ناپایدار خواهد بود و زنجیره مولکولی از حالت سیم پیچ به حالت گسترده تغییر می کند. در این زمان ، تعامل آبگریز بین مولکول ها شروع به تسلط می کند. هنگامی که دما به تدریج بالا می رود ، پیوندهای هیدروژن بیشتر و بیشتر شکسته می شوند و بیشتر و بیشتر مولکول های اتر سلولز از ساختار قفس جدا می شوند و ماکرومولکولهای نزدیک به یکدیگر از طریق فعل و انفعالات آبگریز جمع می شوند تا یک جمع آبگریز تشکیل دهند. با افزایش بیشتر دما ، سرانجام تمام پیوندهای هیدروژن شکسته می شوند و ارتباط آبگریز آن به حداکثر می رسد و تعداد و اندازه سنگدانه های آبگریز را افزایش می دهد. در طی این فرایند ، متیل سلولز به تدریج نامحلول و در نهایت کاملاً نامحلول در آب می شود. هنگامی که دما به جایی افزایش می یابد که یک ساختار شبکه سه بعدی بین ماکرومولکول ها تشکیل می شود ، به نظر می رسد که یک ژل ماکروسکوپی تشکیل می شود.

جون گائو و جورج حیدار و همکاران با استفاده از پراکندگی نور ، اثر دما محلول آبی هیدروکسی پروپیل سلولز را مورد مطالعه قرار دادند و پیشنهاد کردند که دمای محلول بحرانی پایین سلولز هیدروکسی پروپیل در حدود 410 درجه سانتیگراد باشد. در دمای پایین تر از 390 درجه سانتیگراد ، زنجیره مولکولی منفرد هیدروکسی پروپیل سلولز در یک حالت به طور تصادفی سیم پیچ قرار دارد و توزیع شعاع هیدرودینامیکی مولکولها گسترده است و هیچ تجمع بین ماکرومولکول ها وجود ندارد. هنگامی که درجه حرارت به 390 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، تعامل آبگریز بین زنجیره های مولکولی قوی تر می شود ، ماکرومولکول ها جمع می شوند و حلالیت آب پلیمر ضعیف می شود. با این حال ، در این دما ، تنها بخش کوچکی از مولکول های هیدروکسی پروپیل سلولز برخی از مصالح شل حاوی تنها چند زنجیره مولکولی را تشکیل می دهند ، در حالی که بیشتر مولکول ها هنوز در حالت زنجیره های تک پراکنده قرار دارند. هنگامی که درجه حرارت به 400 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، بیشتر ماکرومولکول ها در تشکیل سنگدانه ها شرکت می کنند و حلالیت بدتر و بدتر می شود ، اما در این زمان ، برخی از مولکول ها هنوز در حالت زنجیرهای مجرد قرار دارند. هنگامی که درجه حرارت در محدوده 410C-440C است ، به دلیل اثر آبگریز قوی در دماهای بالاتر ، مولکولهای بیشتری جمع می شوند تا نانوذرات بزرگتر و متراکم تری با توزیع نسبتاً یکنواخت تشکیل دهند. ارتفاعات بزرگتر و متراکم تر می شوند. تشکیل این سنگدانه های آبگریز منجر به تشکیل مناطقی از غلظت زیاد و کم پلیمر در محلول ، جداسازی فاز میکروسکوپی به اصطلاح می شود.

لازم به ذکر است که مصالح نانوذرات در حالت پایدار از نظر جنبشی قرار دارند ، نه یک حالت ترمودینامیکی پایدار. این امر به این دلیل است که اگرچه ساختار قفس اولیه از بین رفته است ، اما هنوز هم یک پیوند هیدروژن قوی بین گروه هیدروکسیل هیدروفیل و مولکول آب وجود دارد ، که از گروه های آبگریز مانند متیل و هیدروکسی پروپیل جلوگیری می کند. مصالح نانوذرات تحت تأثیر مفصل این دو اثر به یک تعادل پویا و حالت پایدار رسیدند.

علاوه بر این ، این مطالعه همچنین نشان داد که میزان گرمایش نیز در تشکیل ذرات جمع شده تأثیر دارد. با سرعت گرمایش سریعتر ، تجمع زنجیرهای مولکولی سریعتر است و اندازه نانوذرات تشکیل شده کوچکتر است. و هنگامی که میزان گرمایش کندتر است ، ماکرومولکول ها فرصت های بیشتری برای تشکیل سنگدانه های نانوذرات به اندازه بزرگتر دارند.