คุณสมบัติของสารละลายเซลลูโลสอีเธอร์และปัจจัยที่มีอิทธิพลคืออะไร?

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสารละลายเซลลูโลสอีเธอร์คือคุณสมบัติทางรีโอโลยี คุณสมบัติทางรีโอโลยีพิเศษของเซลลูโลสอีเธอร์หลายชนิดทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา และการศึกษาคุณสมบัติทางรีโอโลยีมีประโยชน์ต่อการพัฒนาสาขาการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ หรือการปรับปรุงสาขาการประยุกต์ใช้งานบางสาขา Li Jing จากมหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong ได้ทำการศึกษาวิจัยอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC)ซึ่งรวมถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์โครงสร้างโมเลกุลของ CMC (น้ำหนักโมเลกุลและระดับการแทนที่) ความเข้มข้น pH และความแข็งแรงของไอออน ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าความหนืดแบบเฉือนเป็นศูนย์ของสารละลายเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักโมเลกุลและระดับการแทนที่ การเพิ่มขึ้นของน้ำหนักโมเลกุลหมายถึงการเติบโตของห่วงโซ่โมเลกุล และการพันกันอย่างง่ายดายระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มความหนืดของสารละลาย ระดับการแทนที่ที่มากขึ้นทำให้โมเลกุลยืดตัวมากขึ้นในสารละลาย สถานะมีอยู่ ปริมาตรไฮโดรไดนามิกค่อนข้างใหญ่ และความหนืดก็มากขึ้น ความหนืดของสารละลายในน้ำ CMC เพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมีคุณสมบัติหนืดหยุ่น ความหนืดของสารละลายลดลงตามค่า pH และเมื่อต่ำกว่าค่าที่กำหนด ความหนืดจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และในที่สุดกรดอิสระก็จะเกิดขึ้นและตกตะกอน CMC เป็นพอลิเมอร์โพลีแอนไอออนิก เมื่อเติมไอออนเกลือโมโนวาเลนต์ Na+ และ K+ ลงไป ความหนืดจะลดลงตามลำดับ การเติมแคตไอออนบวกสองค่า Caz+ ทำให้ความหนืดของสารละลายลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของ Ca2+ สูงกว่าจุดสโตอิชิโอเมตริก โมเลกุล CMC จะโต้ตอบกับ Ca2+ และจะมีโครงสร้างเหนือในสารละลาย Liang Yaqin จากมหาวิทยาลัย North University of China และคนอื่นๆ ได้ใช้เครื่องวัดความหนืดและเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนเพื่อทำการวิจัยพิเศษเกี่ยวกับคุณสมบัติการไหลของสารละลายเจือจางและเข้มข้นของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ดัดแปลง (CHEC) ผลการวิจัยพบว่า: (1) ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่มีประจุบวกมีพฤติกรรมความหนืดของโพลีอิเล็กโทรไลต์ทั่วไปในน้ำบริสุทธิ์ และความหนืดที่ลดลงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ความหนืดตามธรรมชาติของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่มีประจุบวกที่มีระดับการแทนที่สูงจะมากกว่าของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่มีระดับการแทนที่ต่ำ (2) สารละลายไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่มีประจุบวกแสดงลักษณะของของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวโทเนียนและมีลักษณะการบางลงเมื่อถูกเฉือน: เมื่อความเข้มข้นของมวลสารละลายเพิ่มขึ้น ความหนืดที่ปรากฏจะเพิ่มขึ้น ในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นที่แน่นอน ความหนืดที่ปรากฏของ CHEC จะลดลงเมื่อความเข้มข้นของเกลือที่เพิ่มเข้าไปเพิ่มขึ้น ภายใต้ค่าอัตราเฉือนเดียวกัน ความหนืดที่ปรากฏของ CHEC ในระบบสารละลาย CaCl2 จะสูงกว่าความหนืดของ CHEC ในระบบสารละลาย NaCl อย่างมีนัยสำคัญ

ด้วยการวิจัยที่เจาะลึกอย่างต่อเนื่องและการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของสาขาการใช้งาน คุณสมบัติของสารละลายระบบผสมที่ประกอบด้วยเซลลูโลสอีเธอร์ที่แตกต่างกันก็ได้รับความสนใจจากผู้คนเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (NACMC) และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) ถูกใช้เป็นตัวแทนที่น้ำมันในแหล่งน้ำมัน ซึ่งมีข้อดีคือมีความต้านทานแรงเฉือนสูง มีวัตถุดิบมากมาย และมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง แต่ผลของการใช้เพียงอย่างเดียวไม่เหมาะสม แม้ว่าชนิดแรกจะมีความหนืดที่ดี แต่ก็ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิของแหล่งเก็บและความเค็มได้ง่าย แม้ว่าชนิดหลังจะมีความต้านทานต่ออุณหภูมิและเกลือที่ดี แต่ความสามารถในการทำให้ข้นไม่ดี และปริมาณค่อนข้างมาก นักวิจัยผสมสารละลายทั้งสองเข้าด้วยกันและพบว่าความหนืดของสารละลายแบบผสมเพิ่มขึ้น ความต้านทานต่ออุณหภูมิและเกลือได้รับการปรับปรุงในระดับหนึ่ง และผลการใช้งานก็เพิ่มขึ้น Verica Sovilj และคณะได้ศึกษาพฤติกรรมการไหลของสารละลายของระบบผสมที่ประกอบด้วย HPMC และ NACMC และสารลดแรงตึงผิวแบบแอนไอออนิกด้วยเครื่องวัดความหนืดแบบหมุน พฤติกรรมการไหลของระบบขึ้นอยู่กับผลกระทบที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้นระหว่าง HPMC-NACMC, HPMC-SDS และ NACMC- (HPMC-SDS)

คุณสมบัติการไหลของสารละลายเซลลูโลสอีเธอร์ยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น สารเติมแต่ง แรงทางกลภายนอก และอุณหภูมิ Tomoaki Hino และคณะได้ศึกษาผลของการเติมนิโคตินต่อคุณสมบัติการไหลของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสและความเข้มข้นต่ำกว่า 3% HPMC แสดงพฤติกรรมของไหลแบบนิวโทเนียน เมื่อเติมนิโคติน ความหนืดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่านิโคตินเพิ่มการพันกันของเอชพีเอ็มซีโมเลกุล นิโคตินในที่นี้แสดงเอฟเฟกต์การเค็มที่เพิ่มจุดเจลและจุดหมอกของ HPMC แรงทางกล เช่น แรงเฉือน จะมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของสารละลายเซลลูโลสอีเธอร์ในน้ำเช่นกัน เมื่อใช้เครื่องวัดความขุ่นของน้ำแบบรีโอโลยีและเครื่องมือกระเจิงแสงมุมเล็ก พบว่าในสารละลายกึ่งเจือจาง การเพิ่มอัตราเฉือนเนื่องจากการผสมแบบเฉือน ทำให้อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของจุดหมอกเพิ่มขึ้น