อุณหภูมิต่อความสามารถในการละลายของเซลลูโลสอีเธอร์คืออะไร?

ความสามารถในการละลายน้ำของอีเธอร์เซลลูโลสที่ได้รับผลกระทบได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้วอีเทอร์เซลลูโลสส่วนใหญ่จะละลายในน้ำที่อุณหภูมิต่ำ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความสามารถในการละลายของพวกเขาจะค่อยๆแย่ลงและในที่สุดก็ไม่ละลาย อุณหภูมิการแก้ปัญหาวิกฤตที่สำคัญต่ำกว่า (LCST: อุณหภูมิการแก้ปัญหาวิกฤตที่สำคัญต่ำ) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการกำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการละลายของอีเธอร์เซลลูโลสเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงนั่นคือเหนืออุณหภูมิการแก้ปัญหาวิกฤตที่ต่ำกว่าเซลลูโลสอีเธอร์ไม่ละลายในน้ำ

การศึกษาความร้อนของสารละลายเมทิลเซลลูโลสได้รับการศึกษาและมีการอธิบายกลไกของการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการละลาย ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นเมื่อสารละลายของเมธิลเซลลูโลสอยู่ที่อุณหภูมิต่ำ macromolecules จะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างโครงสร้างกรง ความร้อนที่ใช้โดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำและโมเลกุล MC โครงสร้าง supramolecular ที่มีลักษณะคล้ายกรงจะถูกทำลายและโมเลกุลของน้ำจะถูกปล่อยออกมาจากการจับของพันธะไฮโดรเจน Hydroxypropyl methylcellulose hydrogel เหนี่ยวนำความร้อน หากกลุ่มเมธิลบนโซ่โมเลกุลเดียวกันนั้นถูกผูกมัดแบบไม่ชอบน้ำการทำงานร่วมกันของโมเลกุลนี้จะทำให้โมเลกุลทั้งหมดปรากฏขึ้น อย่างไรก็ตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทวีความรุนแรงมากขึ้นการเคลื่อนที่ของส่วนโซ่การปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ชอบน้ำในโมเลกุลจะไม่เสถียรและห่วงโซ่โมเลกุลจะเปลี่ยนจากสถานะขดเป็นสถานะขยาย ในเวลานี้ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ชอบน้ำระหว่างโมเลกุลเริ่มครอง เมื่ออุณหภูมิค่อยๆเพิ่มขึ้นพันธะไฮโดรเจนมากขึ้นเรื่อย ๆ และโมเลกุลอีเธอร์เซลลูโลสมากขึ้นเรื่อย ๆ จะถูกแยกออกจากโครงสร้างกรงและโมเลกุลขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้กันรวมตัวกันผ่านปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ ด้วยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในที่สุดพันธะไฮโดรเจนทั้งหมดจะแตกและการเชื่อมโยงที่ไม่ชอบน้ำถึงสูงสุดเพิ่มจำนวนและขนาดของมวลรวมที่ไม่เข้ากับน้ำ ในระหว่างกระบวนการนี้ methylcellulose จะไม่ละลายน้ำอย่างต่อเนื่องและในที่สุดก็ไม่ละลายในน้ำ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงจุดที่โครงสร้างเครือข่ายสามมิติเกิดขึ้นระหว่าง macromolecules ดูเหมือนว่าจะสร้างเจล macroscopically

Jun Gao และ George Haidar et al ศึกษาผลกระทบอุณหภูมิของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสโดยใช้การกระเจิงของแสงและเสนอว่าอุณหภูมิการแก้ปัญหาวิกฤตที่ต่ำกว่าของไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสอยู่ที่ประมาณ 410C ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 390C ห่วงโซ่โมเลกุลเดียวของไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสอยู่ในสถานะม้วนแบบสุ่มและการกระจายรัศมีอุทกพลศาสตร์ของโมเลกุลกว้างและไม่มีการรวมกันระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 390C ปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำที่ไม่ชอบน้ำระหว่างโซ่โมเลกุลจะแข็งแกร่งขึ้นรวมโมเลกุลรวมและความสามารถในการละลายน้ำของพอลิเมอร์กลายเป็นไม่ดี อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมินี้มีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโมเลกุลไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสเท่านั้นที่ก่อให้เกิดมวลรวมบางตัวที่มีโซ่โมเลกุลเพียงไม่กี่ตัวในขณะที่โมเลกุลส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในสถานะของโซ่เดี่ยวที่กระจายตัว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 400C จะมี macromolecules มากขึ้นมีส่วนร่วมในการก่อตัวของมวลรวมและความสามารถในการละลายจะแย่ลงเรื่อย ๆ แต่ในเวลานี้โมเลกุลบางอย่างยังคงอยู่ในสถานะของโซ่เดี่ยว เมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วง 410C-440C เนื่องจากผลที่ไม่เข้ากับน้ำที่สูงขึ้นที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นโมเลกุลมากขึ้นจะรวมตัวกันเพื่อสร้างอนุภาคนาโนที่ใหญ่ขึ้นและหนาแน่นขึ้นด้วยการกระจายที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ ระดับความสูงมีขนาดใหญ่ขึ้นและหนาแน่น การก่อตัวของมวลรวมที่ไม่เข้ากับน้ำเหล่านี้นำไปสู่การก่อตัวของภูมิภาคที่มีความเข้มข้นสูงและต่ำของพอลิเมอร์ในสารละลายซึ่งเรียกว่าการแยกเฟสกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่า

มันควรจะชี้ให้เห็นว่ามวลรวมอนุภาคนาโนอยู่ในสถานะที่มีความเสถียรของจลนพลศาสตร์ไม่ใช่สถานะที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ นี่เป็นเพราะแม้ว่าโครงสร้างกรงเริ่มต้นถูกทำลาย แต่ก็ยังมีพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งระหว่างกลุ่มไฮดรอกซิลที่ชอบน้ำและโมเลกุลของน้ำซึ่งป้องกันไม่ให้กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำเช่นเมธิลและไฮดรอกซีโพรพิลจากการรวมกันระหว่าง มวลรวมอนุภาคนาโนมาถึงสมดุลแบบไดนามิกและสถานะที่มั่นคงภายใต้อิทธิพลร่วมของทั้งสองเอฟเฟกต์

นอกจากนี้การศึกษายังพบว่าอัตราความร้อนยังมีผลกระทบต่อการก่อตัวของอนุภาครวม ในอัตราการทำความร้อนที่เร็วขึ้นการรวมตัวของโซ่โมเลกุลจะเร็วขึ้นและขนาดของอนุภาคนาโนที่เกิดขึ้นนั้นมีขนาดเล็กลง และเมื่ออัตราความร้อนช้าลง macromolecules มีโอกาสมากขึ้นในการสร้างมวลรวมอนุภาคนาโนขนาดใหญ่ขึ้น