Cal é o efecto da temperatura na solubilidade do éter de celulosa?

A solubilidade de auga do éter de celulosa modificada está afectada pola temperatura. En xeral, a maioría dos éteres de celulosa son solubles en auga a baixas temperaturas. Cando a temperatura aumenta, a súa solubilidade gradualmente faise deficiente e finalmente vólvese insoluble. A menor temperatura da solución crítica (LCST: menor temperatura da solución crítica) é un parámetro importante para caracterizar o cambio de solubilidade do éter de celulosa cando a temperatura cambia, é dicir, por encima da menor temperatura da solución crítica, o éter de celulosa é insoluble na auga.

Estudouse o quecemento de solucións acuosas de metilcelulosa e explicouse o mecanismo do cambio de solubilidade. Como se mencionou anteriormente, cando a solución de metilcelulosa está a baixa temperatura, as macromoléculas están rodeadas de moléculas de auga para formar unha estrutura da gaiola. A calor aplicada polo aumento da temperatura romperá o enlace de hidróxeno entre a molécula de auga e a molécula MC, a estrutura supramolecular como a gaiola será destruída e a molécula de auga será liberada da unión do enlace de hidróxeno para converterse nunha molécula de auga libre, mentres que o metilo é posible Asociación hidrofóbica de hidrogel inducido térmicamente con hidroxipropil metilcelulosa. Se os grupos metilo na mesma cadea molecular están unidos hidrofóbicamente, esta interacción intramolecular fará que a molécula enteira apareza enrolada. Non obstante, o aumento da temperatura intensificará o movemento do segmento da cadea, a interacción hidrofóbica na molécula será inestable e a cadea molecular cambiará dun estado enrolado a un estado estendido. Neste momento, a interacción hidrofóbica entre moléculas comeza a dominar. Cando a temperatura aumenta gradualmente, cada vez son máis os enlaces de hidróxeno e cada vez son máis as moléculas de éter de celulosa. Con un aumento adicional da temperatura, finalmente todos os enlaces de hidróxeno están rotos e a súa asociación hidrofóbica alcanza un máximo, aumentando o número e o tamaño dos agregados hidrofóbicos. Durante este proceso, a metilcelulosa vólvese progresivamente insoluble e, eventualmente, completamente insoluble na auga. Cando a temperatura se eleva ata o punto de que se forma unha estrutura de rede tridimensional entre macromoléculas, parece formar un xel macroscópicamente.

Jun Gao e George Haidar et al estudaron o efecto de temperatura da solución acuosa de hidroxipropil celulosa mediante a dispersión de luz e propuxeron que a menor temperatura crítica da solución da hidroxipropil celulosa sexa de aproximadamente 410C. A unha temperatura inferior a 390C, a cadea molecular única de hidroxipropil celulosa está nun estado enrolado aleatoriamente, e a distribución de radio hidrodinámico das moléculas é ampla e non hai agregación entre macromoléculas. Cando a temperatura aumenta a 390C, a interacción hidrofóbica entre as cadeas moleculares faise máis forte, as macromoléculas agregadas e a solubilidade de auga do polímero faise pobre. Non obstante, a esta temperatura, só unha pequena parte das moléculas de hidroxipropil celulosa forman algúns agregados soltos que conteñen só algunhas cadeas moleculares, mentres que a maioría das moléculas aínda están no estado de cadeas simples dispersas. Cando a temperatura ascende a 400C, máis macromoléculas participan na formación de agregados e a solubilidade empeora e peor, pero neste momento, algunhas moléculas aínda están no estado das cadeas individuais. Cando a temperatura está no rango de 410C-440C, debido ao forte efecto hidrofóbico a temperaturas máis altas, máis moléculas reúnense para formar nanopartículas máis grandes e densas cunha distribución relativamente uniforme. As elevacións fanse máis grandes e máis densas. A formación destes agregados hidrofóbicos leva á formación de rexións de alta e baixa concentración de polímero en solución, unha chamada separación de fase microscópica.

Cómpre salientar que os agregados de nanopartículas están nun estado cineticamente estable, non nun estado termodinamicamente estable. Isto débese a que, aínda que a estrutura da gaiola inicial foi destruída, aínda hai un forte enlace de hidróxeno entre o grupo hidroxilo hidroxilo e a molécula de auga, o que impide que os grupos hidrofóbicos como o metilo e o hidroxipropilo entre. Os agregados de nanopartículas alcanzaron un equilibrio dinámico e un estado estable baixo a influencia conxunta dos dous efectos.

Ademais, o estudo tamén descubriu que a taxa de calefacción tamén ten un impacto na formación de partículas agregadas. A unha taxa de calefacción máis rápida, a agregación de cadeas moleculares é máis rápida e o tamaño das nanopartículas formadas é menor; E cando a taxa de calefacción é máis lenta, as macromoléculas teñen máis oportunidades de formar agregados de nanopartículas de maior tamaño.