Os derivados éter de celulose são uma classe de polímeros de celulose naturais quimicamente modificados. Devido à sua excelente solubilidade em água, desempenho do ajuste da viscosidade e sensibilidade a condições externas, como temperatura e pH, elas são amplamente utilizadas em materiais de construção, revestimentos, medicamentos, alimentos e cosméticos. A função de controle da viscosidade do éter de celulose é uma das características principais de sua ampla aplicação em muitas aplicações industriais e diárias.
1. Estrutura e classificação de éteres de celulose
Os derivados éter de celulose são preparados a partir de celulose natural através da reação de etherificação. A celulose é um composto polímero formado por monômeros de glicose conectados por ligações β-1,4-glicosídicas. O processo de preparação do éter de celulose geralmente envolve a reação da parte hidroxil (-OH) da celulose com um agente de etherificação para gerar derivados de celulose com diferentes substituintes (como metoxi, hidroxietil, hidroxipropil, etc.).
Dependendo do substituinte, os derivados comuns de éter de celulose incluem metillululose (MC), hidroxietillululose (HEC), hidroxipropil -metilulululose (HPMC), carboximetillululose (CMC), etc. Esses diferentes tipos de étores de celulose têm solubirilidade diferente. O número e a posição dos substituintes não apenas afetam a solubilidade da água dos éteres de celulose, mas também se relacionam diretamente à sua capacidade de formação de viscosidade em soluções aquosas.
2. Mecanismo de formação de viscosidade
O efeito regulador da viscosidade dos éteres de celulose vem principalmente de sua dissolução na água e do comportamento de extensão das cadeias moleculares. Quando os éteres de celulose são dissolvidos em água, os grupos polares formam ligações de hidrogênio com moléculas de água, fazendo com que as cadeias moleculares da celulose se desdobam na água, resultando em moléculas de água “enredadas” em torno de moléculas de celulose, aumentando o fricção interno da água e, assim, aumentando a viscosidade da solução.
A magnitude da viscosidade está intimamente relacionada ao peso molecular, tipo substituinte, grau de substituição (DS) e grau de polimerização (DP) de éteres de celulose. Geralmente, quanto maior o peso molecular dos éteres de celulose e maior a cadeia molecular, maior a viscosidade da solução. Ao mesmo tempo, diferentes substituintes afetam a hidrofilicidade das moléculas de éter de celulose e, portanto, afetam sua solubilidade e viscosidade na água. Por exemplo, o HPMC tem boa solubilidade em água e estabilidade da viscosidade devido a seus substituintes hidroxipropil e metil. O CMC, no entanto, tem uma viscosidade mais alta porque introduz grupos carboxil carregados negativamente, o que pode interagir mais fortemente com moléculas de água em solução aquosa.
3. Efeito de fatores externos na viscosidade
A viscosidade do éter de celulose depende não apenas de sua própria estrutura, mas também de fatores ambientais externos, incluindo temperatura, valor de pH, concentração de íons etc.
3.1 Temperatura
A temperatura é um fator importante que afeta a viscosidade da solução éter de celulose. Geralmente, a viscosidade da solução éter de celulose diminui com o aumento da temperatura. Isso ocorre porque o aumento da temperatura acelera o movimento molecular, enfraquece a interação entre as moléculas e causa o grau de enrolamento de cadeias moleculares de celulose na água para aumentar, reduzindo o efeito de ligação nas moléculas de água, reduzindo assim a viscosidade. No entanto, alguns éteres de celulose (como o HPMC) exibem características de gelificação térmica dentro de uma faixa de temperatura específica, ou seja, à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade da solução aumenta e, eventualmente, forma um gel.
3.2 Valor do pH
O valor do pH também tem um efeito significativo na viscosidade do éter da celulose. Para os éteres de celulose com substituintes iônicos (como o CMC), o valor do pH afeta o estado de carga dos substituintes na solução, afetando assim a interação entre as moléculas e a viscosidade da solução. Em valores mais altos de pH, o grupo carboxil é mais ionizado, resultando em repulsão eletrostática mais forte, facilitando a cadeia molecular mais fácil de desdobrar e aumentar a viscosidade; Enquanto em valores mais baixos de pH, o grupo carboxil não é facilmente ionizado, a repulsão eletrostática é reduzida, os cachos da cadeia molecular e a viscosidade diminui.
3.3 Concentração de íons
O efeito da concentração de íons na viscosidade do éter da celulose é particularmente óbvio. O éter de celulose com substituintes iônicos será afetado pelo efeito de blindagem de íons externos em solução. À medida que a concentração de íons na solução aumenta, os íons externos enfraquecerão a repulsão eletrostática entre as moléculas de éter de celulose, tornando a cadeia molecular se enrolando mais firmemente, reduzindo assim a viscosidade da solução. Especialmente em um ambiente de alto sal, a viscosidade do CMC diminuirá significativamente, o que é de grande significado para o projeto de aplicação.
4. Controle de viscosidade nos campos de aplicação
O éter de celulose tem sido amplamente utilizado em muitos campos devido ao seu excelente desempenho de ajuste de viscosidade.
4.1 Materiais de construção
Nos materiais de construção, o éter de celulose (como o HPMC) é frequentemente usado em argamassa mista a seco, massa em pó, adesivo de ladrilhos e outros produtos para ajustar a viscosidade da mistura e melhorar as propriedades de fluidez e anti-sugestão durante a construção. Ao mesmo tempo, também pode atrasar a evaporação da água, melhorar a retenção de água dos materiais e, assim, melhorar a força e a durabilidade do produto final.
4.2 Revestimentos e tintas
Os éteres de celulose atuam como espessantes e estabilizadores em revestimentos e tintas à base de água. Ao ajustar a viscosidade, eles garantem o nivelamento e a adesão do revestimento durante a construção. Além disso, também pode melhorar o anti-plashank do revestimento, reduzir a flacidez e tornar a construção mais uniforme.
4.3 Medicina e comida
Nos campos da medicina e alimentos, os éteres de celulose (como HPMC, CMC) são frequentemente usados como espessantes, emulsificantes ou estabilizadores. Por exemplo, o HPMC, como material de revestimento para comprimidos, pode obter um efeito de liberação sustentado dos medicamentos controlando a taxa de dissolução. Nos alimentos, o CMC é usado para aumentar a viscosidade, melhorar o sabor e prolongar a vida útil da comida.
4.4 Cosméticos
A aplicação de éteres de celulose em cosméticos está concentrada principalmente em produtos como emulsões, géis e máscaras faciais. Ao ajustar a viscosidade, os éteres de celulose podem dar ao produto fluidez e textura apropriadas e formar um filme hidratante na pele para aumentar o conforto durante o uso.
Os derivados éter de celulose podem controlar efetivamente a viscosidade das soluções através de sua estrutura molecular única e capacidade de resposta ao ambiente externo. Isso levou a sua ampla aplicação em muitos campos, como construção, medicina, alimentos e cosméticos. Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, as funções dos éteres de celulose serão expandidas ainda mais para fornecer soluções de controle de viscosidade mais precisas para mais campos.
Hora de postagem: fevereiro-17-2025