Cellulose ether -derivaten zijn een klasse van chemisch gemodificeerde natuurlijke cellulosepolymeren. Vanwege hun uitstekende oplosbaarheid van water, viscositeitsaanpassingsprestaties en gevoeligheid voor externe omstandigheden zoals temperatuur en pH, worden ze veel gebruikt in bouwmaterialen, coatings, medicijnen, voedingsmiddelen en cosmetica. De viscositeitscontrolefunctie van cellulose -ether is een van de kernkenmerken van de brede toepassing ervan in veel industriële en dagelijkse toepassingen.
1. Structuur en classificatie van cellulose -ethers
Cellulose -etherderivaten worden bereid uit natuurlijke cellulose door middel van de etherificatiereactie. Cellulose is een polymeerverbinding gevormd door glucosemonomeren verbonden door β-1,4-glycosidebindingen. Het bereidingsproces van cellulose-ether omvat meestal het reageren van het hydroxyl (-OH) deel van cellulose met een etherificatiemiddel om cellulosedivaten te genereren met verschillende substituenten (zoals methoxy, hydroxyethyl, hydroxypropyl, enz.).
Afhankelijk van de substituent omvatten gemeenschappelijke cellulose -ether -derivaten methylcellulose (MC), hydroxyethylethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), carboxymethylcellulose (CMC), enz. Het aantal en de positie van substituenten beïnvloeden niet alleen de oplosbaarheid in water van cellulose -ethers, maar hebben ook direct betrekking op hun viscositeitsvormende vermogen in waterige oplossingen.
2. Mechanisme van viscositeitsvorming
Het viscositeit dat het effect van cellulose -ethers reguleert, komt voornamelijk voort uit hun oplossing in water en het uitbreidingsgedrag van moleculaire ketens. Wanneer cellulose -ethers worden opgelost in water, vormen polaire groepen waterstofbruggen met watermoleculen, waardoor de cellulosemoleculaire ketens zich in water ontvouwden, wat resulteert in watermoleculen die worden "verstrikt" rond cellulosemoleculen, waardoor de interne wrijving van water wordt verhoogd en zo de viscositeit van de oplossing te vergroten.
De grootte van viscositeit is nauw verwant met het molecuulgewicht, substituent type, mate van substitutie (DS) en de mate van polymerisatie (DP) van cellulose -ethers. Over het algemeen geldt dat hoe groter het molecuulgewicht van cellulose -ethers en hoe langer de moleculaire keten, hoe hoger de viscositeit van de oplossing. Tegelijkertijd beïnvloeden verschillende substituenten de hydrofiliciteit van cellulose -ethermoleculen en beïnvloeden dus hun oplosbaarheid en viscositeit in water. HPMC heeft bijvoorbeeld een goede oplosbaarheid in water en viscositeitsstabiliteit vanwege zijn hydroxypropyl- en methylsubstituenten. CMC heeft echter een hogere viscositeit omdat het negatief geladen carboxylgroepen introduceert, die sterker kunnen interageren met watermoleculen in waterige oplossing.
3. Effect van externe factoren op viscositeit
De viscositeit van cellulose -ether hangt niet alleen af van zijn eigen structuur, maar ook van externe omgevingsfactoren, inclusief temperatuur, pH -waarde, ionenconcentratie, enz.
3.1 Temperatuur
Temperatuur is een belangrijke factor die de viscositeit van cellulose -etheroplossing beïnvloedt. Over het algemeen neemt de viscositeit van cellulose -etheroplossing af met toenemende temperatuur. Dit komt omdat de toenemende temperatuur de moleculaire beweging versnelt, de interactie tussen moleculen verzwakt en de kruldiploma van cellulosemoleculaire ketens in water verhoogt, waardoor het bindende effect op watermoleculen wordt verminderd, waardoor de viscositeit wordt verminderd. Sommige cellulose -ethers (zoals HPMC) vertonen echter thermische geleringskarakteristieken binnen een specifiek temperatuurbereik, dat wil zeggen, naarmate de temperatuur toeneemt, neemt de viscositeit van de oplossing toe en vormt uiteindelijk een gel.
3.2 pH -waarde
De pH -waarde heeft ook een significant effect op de viscositeit van cellulose -ether. Voor cellulose -ethers met ionische substituenten (zoals CMC) beïnvloedt de pH -waarde de ladingstoestand van de substituenten in de oplossing, waardoor de interactie tussen moleculen en de viscositeit van de oplossing beïnvloedt. Bij hogere pH -waarden is de carboxylgroep meer geïoniseerd, wat resulteert in een sterkere elektrostatische afstoting, waardoor de moleculaire keten gemakkelijker te ontvouwen en de viscositeit te vergroten; Hoewel bij lagere pH -waarden, de carboxylgroep niet gemakkelijk is geïoniseerd, wordt de elektrostatische afstoting verminderd, de moleculaire ketting krullen en de viscositeit neemt af.
3.3 ionenconcentratie
Het effect van ionenconcentratie op de viscositeit van cellulose -ether is bijzonder duidelijk. Cellulose -ether met ionische substituenten zal worden beïnvloed door het afschermingseffect van externe ionen in oplossing. Naarmate de ionenconcentratie in de oplossing toeneemt, zal de externe ionen de elektrostatische afstoting tussen cellulose -ethermoleculen verzwakken, waardoor de moleculaire keten strakker wordt, waardoor de viscositeit van de oplossing wordt verminderd. Vooral in een hoogzoutomgeving zal de viscositeit van CMC aanzienlijk afnemen, wat van groot belang is voor het ontwerpen van applicaties.
4. Viscositeitscontrole in toepassingsvelden
Cellulose -ether is op veel gebieden veel gebruikt vanwege de uitstekende viscositeitsaanpassingsprestaties.
4.1 bouwmaterialen
Bij bouwmaterialen wordt cellulose-ether (zoals HPMC) vaak gebruikt in droog gemengde mortel, stopverf poeder, tegellijm en andere producten om de viscositeit van het mengsel aan te passen en de vloeibaarheid en antisagging-eigenschappen tijdens de bouw te verbeteren. Tegelijkertijd kan het ook de verdamping van water vertragen, de waterbehoud van materialen verbeteren en dus de sterkte en duurzaamheid van het eindproduct verbeteren.
4.2 coatings en inkten
Cellulose-ethers fungeren als verdikkingsmiddelen en stabilisatoren in coatings en inkten op waterbasis. Door de viscositeit aan te passen, zorgen ze voor de nivellering en hechting van de coating tijdens de constructie. Bovendien kan het ook de anti-splashing van de coating verbeteren, doorzakken verminderen en de constructie uniformer maken.
4.3 Geneeskunde en voedsel
In de gebieden van geneeskunde en voedsel worden cellulose -ethers (zoals HPMC, CMC) vaak gebruikt als verdikkingsmiddelen, emulgatoren of stabilisatoren. HPMC kan bijvoorbeeld als coatingmateriaal voor tabletten een langdurig afgifte -effect van geneesmiddelen bereiken door de oplossnelheid te regelen. In voedsel wordt CMC gebruikt om de viscositeit te vergroten, de smaak te verbeteren en de houdbaarheid van voedsel te verlengen.
4.4 Cosmetica
De toepassing van cellulose -ethers in cosmetica is voornamelijk geconcentreerd in producten zoals emulsies, gels en gezichtsmaskers. Door de viscositeit aan te passen, kunnen cellulose -ethers het product passende vloeibaarheid en textuur geven en een hydraterende film op de huid vormen om het comfort tijdens het gebruik te vergroten.
Cellulose ether -derivaten kunnen de viscositeit van oplossingen effectief regelen door hun unieke moleculaire structuur en responsiviteit op de externe omgeving. Dit heeft geleid tot hun brede toepassing op veel gebieden, zoals constructie, medicijnen, voedsel en cosmetica. Met de continue ontwikkeling van wetenschap en technologie zullen de functies van cellulose -ethers verder worden uitgebreid om meer precieze oplossingen voor viscositeitscontrole voor meer velden te bieden.
Posttijd: 17-2025