اترهای سلولز از چه ساخته شده اند

اترهای سلولزی دسته ای جذاب از ترکیبات مشتق شده از سلولز، یکی از فراوان ترین پلیمرهای طبیعی روی زمین هستند. این مواد همه کاره در صنایع مختلف از جمله داروسازی، مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی، ساخت و ساز و منسوجات به دلیل خواص و عملکردهای منحصر به فرد خود کاربرد دارند.

1. ساختار و خواص سلولز:

سلولز یک پلی ساکارید متشکل از زنجیره های بلند واحدهای گلوکز است که توسط پیوندهای گلیکوزیدی β(1→4) به هم متصل شده اند. واحدهای گلوکز تکرار شونده سلولز را با ساختار خطی و سفت و سخت فراهم می کنند. این آرایش ساختاری منجر به پیوند هیدروژنی قوی بین زنجیره های مجاور می شود که به خواص مکانیکی عالی سلولز کمک می کند.

گروه های هیدروکسیل (-OH) موجود در زنجیره سلولزی آن را بسیار آبدوست می کند و به آن اجازه می دهد تا مقادیر زیادی آب را جذب و حفظ کند. با این حال، سلولز به دلیل شبکه پیوند هیدروژنی بین مولکولی قوی، حلالیت ضعیفی در اکثر حلال های آلی نشان می دهد.

2. مقدمه ای بر اترهای سلولزی:

اترهای سلولزی مشتقاتی از سلولز هستند که در آن برخی از گروه‌های هیدروکسیل با گروه‌های اتری (-OR) جایگزین می‌شوند، که در آن R نشان‌دهنده جایگزین‌های آلی مختلف است. این تغییرات خواص سلولز را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود که در آب و حلال‌های آلی محلول‌تر شود و در عین حال برخی از ویژگی‌های ذاتی آن مانند زیست تخریب‌پذیری و غیرسمی بودن را حفظ کند.

3. سنتز اترهای سلولزی:

سنتز اترهای سلولز معمولاً شامل اتریفیکاسیون گروه های هیدروکسیل سلولز با معرف های مختلف تحت شرایط کنترل شده است. معرف های رایج مورد استفاده برای اتریفیکاسیون عبارتند از آلکیل هالیدها، آلکیلن اکسیدها و آلکیل هالیدها. شرایط واکنش مانند دما، حلال و کاتالیزورها نقش مهمی در تعیین درجه جانشینی (DS) و خواص اتر سلولزی حاصل دارند.

4. انواع اترهای سلولزی:

اترهای سلولزی را می توان بر اساس نوع جانشین های متصل به گروه های هیدروکسیل طبقه بندی کرد. برخی از متداول ترین اترهای سلولزی مورد استفاده عبارتند از:

متیل سلولز (MC)

هیدروکسی پروپیل سلولز (HPC)

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)

اتیل هیدروکسی اتیل سلولز (EHEC)

کربوکسی متیل سلولز (CMC)

هر نوع اتر سلولز خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهد و بسته به ساختار شیمیایی و درجه جایگزینی آن برای کاربردهای خاص مناسب است.

5. خواص و کاربردهای اترهای سلولزی:

اترهای سلولزی طیف گسترده ای از خواص مفید را ارائه می دهند که آنها را در صنایع مختلف ضروری می کند:

ضخیم شدن و تثبیت: اترهای سلولزی به طور گسترده به عنوان غلیظ کننده و تثبیت کننده در مواد غذایی، دارویی و محصولات مراقبت شخصی استفاده می شود. آنها ویسکوزیته و خواص رئولوژیکی محلول ها و امولسیون ها را بهبود می بخشند و ثبات و بافت محصول را افزایش می دهند.

تشکیل فیلم: اترهای سلولزی وقتی در آب یا حلال‌های آلی پراکنده می‌شوند، می‌توانند لایه‌های انعطاف‌پذیر و شفاف ایجاد کنند. این فیلم ها در پوشش ها، بسته بندی ها و سیستم های دارورسانی کاربرد دارند.

احتباس آب: ماهیت آبدوست اترهای سلولزی آنها را قادر می سازد تا آب را جذب و حفظ کنند و آنها را به مواد افزودنی ارزشمند در مصالح ساختمانی مانند سیمان، ملات و محصولات گچ تبدیل می کند. آنها کارایی، چسبندگی و دوام این مواد را بهبود می بخشند.

تحویل دارو: اترهای سلولزی در فرمولاسیون های دارویی به عنوان مواد کمکی برای کنترل آزادسازی دارو، بهبود فراهمی زیستی و پوشاندن طعم ها یا بوهای ناخوشایند استفاده می شوند. آنها معمولاً در قرص ها، کپسول ها، پمادها و سوسپانسیون ها استفاده می شوند.

اصلاح سطح: اترهای سلولزی را می توان به صورت شیمیایی اصلاح کرد تا گروه های عاملی را معرفی کند که خواص خاصی مانند فعالیت ضد میکروبی، تاخیر در شعله یا سازگاری زیستی ایجاد می کنند. این اترهای سلولزی اصلاح شده در پوشش های تخصصی، منسوجات و دستگاه های زیست پزشکی کاربرد دارند.

6. تأثیر زیست محیطی و پایداری:

اترهای سلولزی از منابع تجدیدپذیر مانند خمیر چوب، پنبه یا سایر الیاف گیاهی به دست می‌آیند و ذاتاً پایدار هستند. علاوه بر این، آنها زیست تخریب پذیر و غیر سمی هستند و در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی کمترین خطر زیست محیطی را به همراه دارند. با این حال، سنتز اترهای سلولز ممکن است شامل واکنش‌های شیمیایی باشد که نیاز به مدیریت دقیق برای به حداقل رساندن ضایعات و مصرف انرژی دارد.

7. چشم اندازهای آینده:

انتظار می رود تقاضا برای اترهای سلولزی به دلیل خواص همه کاره و طبیعت سازگار با محیط زیست به رشد خود ادامه دهد. تلاش‌های تحقیقاتی در حال انجام بر روی توسعه اترهای سلولزی جدید با عملکردهای پیشرفته، پردازش‌پذیری بهبود یافته و ویژگی‌های مناسب برای کاربردهای خاص متمرکز است. علاوه بر این، ادغام اترهای سلولز در فناوری‌های نوظهور مانند چاپ سه بعدی، نانوکامپوزیت‌ها و مواد زیست‌پزشکی، نویدبخش گسترش کاربرد و دسترسی به بازار آنها است.

اترهای سلولزی یک کلاس حیاتی از ترکیبات با کاربردهای متنوع در صنایع مختلف را نشان می دهند. ترکیب منحصر به فرد آنها از خواص، زیست تخریب پذیری و پایداری آنها را به مواد ضروری در طیف گسترده ای از محصولات و فرآیندها تبدیل می کند. تداوم نوآوری در شیمی اتر سلولز و فن آوری برای پیشرفت بیشتر و ایجاد فرصت های جدید در سال های آینده آماده است.