อนุพันธ์ของเซลลูโลสอีเธอร์ช่วยเพิ่มการควบคุมความหนืดได้อย่างไร

อนุพันธ์ของเซลลูโลสอีเธอร์เป็นคลาสของพอลิเมอร์เซลลูโลสธรรมชาติที่ดัดแปลงทางเคมี เนื่องจากความสามารถในการละลายน้ำที่ยอดเยี่ยมประสิทธิภาพการปรับความหนืดและความไวต่อสภาวะภายนอกเช่นอุณหภูมิและค่า pH พวกเขาจะใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้างการเคลือบยายาอาหารและเครื่องสำอาง ฟังก์ชั่นควบคุมความหนืดของเซลลูโลสอีเธอร์เป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของการใช้งานที่กว้างในการใช้งานอุตสาหกรรมและทุกวัน

1. โครงสร้างและการจำแนกประเภทของอีเทอร์เซลลูโลส
เซลลูโลสอีเธอร์อนุพันธ์ถูกเตรียมจากเซลลูโลสธรรมชาติผ่านปฏิกิริยาอีเทอร์ เซลลูโลสเป็นสารประกอบพอลิเมอร์ที่เกิดจากกลูโคสโมโนเมอร์ที่เชื่อมต่อกันโดยพันธะβ-1,4-glycosidic กระบวนการเตรียมของเซลลูโลสอีเธอร์มักจะเกี่ยวข้องกับการตอบสนองส่วนของไฮดรอกซิล (-OH) ของเซลลูโลสที่มีสาร etherification เพื่อสร้างอนุพันธ์เซลลูโลสที่มีสารย่อยที่แตกต่างกัน (เช่น methoxy, hydroxyethyl, hydroxypropyl ฯลฯ )

ขึ้นอยู่กับสารแทนอีเธอร์อีเธอร์ทั่วไป ได้แก่ เมทิลเซลลูโลส (MC), ไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลส (HEC), ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC), carboxymethyl เซลลูโลส (CMC) ฯลฯ จำนวนและตำแหน่งของ substituents ไม่เพียง แต่ส่งผลกระทบต่อความสามารถในการละลายน้ำของอีเทอร์เซลลูโลสเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับความสามารถในการสร้างความหนืดในการแก้ปัญหาด้วยน้ำ

2. กลไกการก่อตัวของความหนืด
ความหนืดควบคุมผลของอีเทอร์เซลลูโลสส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวในน้ำและพฤติกรรมการขยายของโซ่โมเลกุล เมื่ออีเทอร์เซลลูโลสถูกละลายในน้ำกลุ่มขั้วโลกจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำทำให้โซ่โมเลกุลเซลลูโลสคลี่ในน้ำส่งผลให้โมเลกุลของน้ำถูก“ พัวพัน” รอบ ๆ โมเลกุลเซลลูโลสเพิ่มแรงเสียดทานภายในของน้ำและเพิ่มความหนืดของสารละลาย

ขนาดของความหนืดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับน้ำหนักโมเลกุล, ชนิดย่อย, ระดับของการทดแทน (DS) และระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (DP) ของเซลลูโลสอีเทอร์ โดยทั่วไปยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์และห่วงโซ่โมเลกุลนานเท่าไหร่ความหนืดของสารละลายก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน substituents ที่แตกต่างกันส่งผลกระทบต่อการไฮโดรฟิลิตี้ของโมเลกุลอีเธอร์เซลลูโลสและส่งผลกระทบต่อความสามารถในการละลายและความหนืดในน้ำ ตัวอย่างเช่น HPMC มีความสามารถในการละลายน้ำที่ดีและความเสถียรของความหนืดเนื่องจากไฮดรอกซีโพรพิลและเมธิลย่อย อย่างไรก็ตาม CMC มีความหนืดที่สูงขึ้นเพราะมันแนะนำกลุ่มคาร์บอกซิลที่มีประจุลบซึ่งสามารถโต้ตอบได้อย่างมากกับโมเลกุลของน้ำในสารละลายน้ำ

3. ผลของปัจจัยภายนอกที่มีต่อความหนืด
ความหนืดของเซลลูโลสอีเธอร์ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของตัวเอง แต่ยังรวมถึงปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมภายนอกรวมถึงอุณหภูมิค่า pH ความเข้มข้นของไอออน ฯลฯ

3.1 อุณหภูมิ
อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความหนืดของสารละลายอีเธอร์เซลลูโลส โดยทั่วไปความหนืดของสารละลายอีเธอร์เซลลูโลสจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเร่งการเคลื่อนไหวของโมเลกุลทำให้การปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลลดลงและทำให้ระดับการม้วนของโซ่โมเลกุลเซลลูโลสในน้ำเพิ่มขึ้นลดผลกระทบต่อโมเลกุลของน้ำซึ่งจะช่วยลดความหนืด อย่างไรก็ตามอีเทอร์เซลลูโลสบางตัว (เช่น HPMC) แสดงลักษณะการเจลความร้อนภายในช่วงอุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจงนั่นคือเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นและในที่สุดก็กลายเป็นเจล

3.2 ค่า pH
ค่า pH ยังมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความหนืดของอีเธอร์เซลลูโลส สำหรับอีเทอร์เซลลูโลสที่มีสารชนิดย่อยไอออนิก (เช่น CMC) ค่า pH มีผลต่อสถานะประจุของสารย่อยในสารละลายซึ่งจะส่งผลต่อการทำงานร่วมกันระหว่างโมเลกุลและความหนืดของสารละลาย ที่ค่า pH ที่สูงขึ้นกลุ่ม carboxyl นั้นมีการแตกตัวเป็นไอออนมากขึ้นส่งผลให้แรงขับเคลื่อนไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งขึ้นทำให้ห่วงโซ่โมเลกุลง่ายขึ้นในการคลี่และเพิ่มความหนืด; ในขณะที่ค่า pH ที่ต่ำกว่ากลุ่มคาร์บอกซิลไม่ได้เป็นไอออนง่าย ๆ การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสถิตจะลดลงโซ่โมเลกุลหยิกและความหนืดจะลดลง

3.3 ความเข้มข้นของไอออน
ผลของความเข้มข้นของไอออนต่อความหนืดของอีเธอร์เซลลูโลสนั้นชัดเจนเป็นพิเศษ เซลลูโลสอีเธอร์ที่มีสารตัวอย่างอิออนจะได้รับผลกระทบจากผลการป้องกันของไอออนภายนอกในสารละลาย เมื่อความเข้มข้นของไอออนในสารละลายเพิ่มขึ้นไอออนภายนอกจะทำให้แรงผลักดันไฟฟ้าสถิตลดลงระหว่างโมเลกุลอีเธอร์เซลลูโลสทำให้ห่วงโซ่โมเลกุลขดแน่นขึ้นอย่างแน่นหนามากขึ้นซึ่งจะช่วยลดความหนืดของสารละลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีเกลือสูงความหนืดของ CMC จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบแอปพลิเคชัน

4. การควบคุมความหนืดในฟิลด์แอปพลิเคชัน
เซลลูโลสอีเธอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลาย ๆ สาขาเนื่องจากประสิทธิภาพการปรับความหนืดที่ยอดเยี่ยม

4.1 วัสดุก่อสร้าง
ในวัสดุก่อสร้างเซลลูโลสอีเธอร์ (เช่น HPMC) มักจะใช้ในครกผสม, ผงหมาป่า, กาวกระเบื้องและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ เพื่อปรับความหนืดของส่วนผสมและเพิ่มคุณสมบัติการไหลและการต่อต้านการซ็อกในระหว่างการก่อสร้าง ในขณะเดียวกันก็สามารถชะลอการระเหยของน้ำปรับปรุงการกักเก็บน้ำของวัสดุและปรับปรุงความแข็งแรงและความทนทานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

4.2 การเคลือบและหมึก
เซลลูโลสอีเทอร์ทำหน้าที่เป็นเครื่องเพิ่มความหนาและความคงตัวในการเคลือบน้ำและหมึก โดยการปรับความหนืดพวกเขามั่นใจได้ว่าการปรับระดับและการยึดเกาะของการเคลือบในระหว่างการก่อสร้าง นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงการต่อต้านการสาดของการเคลือบลดการหย่อนคล้อยและทำให้การก่อสร้างมีความสม่ำเสมอมากขึ้น

4.3 ยาและอาหาร
ในสาขาการแพทย์และอาหารอีเทอร์เซลลูโลส (เช่น HPMC, CMC) มักใช้เป็นเครื่องเพิ่มความหนาอิมัลซิไฟเออร์หรือความคงตัว ตัวอย่างเช่น HPMC ซึ่งเป็นวัสดุเคลือบสำหรับแท็บเล็ตสามารถบรรลุผลการปลดปล่อยอย่างยั่งยืนของยาเสพติดโดยการควบคุมอัตราการละลาย ในอาหาร CMC ใช้เพื่อเพิ่มความหนืดปรับปรุงรสชาติและยืดอายุการเก็บรักษาของอาหาร

4.4 เครื่องสำอาง
การประยุกต์ใช้เซลลูโลสอีเทอร์ในเครื่องสำอางส่วนใหญ่มีความเข้มข้นในผลิตภัณฑ์เช่นอิมัลชันเจลและมาสก์ใบหน้า ด้วยการปรับความหนืดอีเทอร์เซลลูโลสสามารถให้ความลื่นไหลและพื้นผิวที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์และสร้างฟิล์มให้ความชุ่มชื้นบนผิวเพื่อเพิ่มความสะดวกสบายในระหว่างการใช้งาน

อนุพันธ์ของเซลลูโลสอีเธอร์สามารถควบคุมความหนืดของการแก้ปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์และการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมภายนอก สิ่งนี้นำไปสู่การใช้งานที่หลากหลายในหลาย ๆ ด้านเช่นการก่อสร้างยาอาหารและเครื่องสำอาง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฟังก์ชั่นของเซลลูโลสอีเทอร์จะได้รับการขยายเพิ่มเติมเพื่อให้โซลูชั่นควบคุมความหนืดที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับสาขาเพิ่มเติม