Kakav je efekat temperature na rastvorljivost etera za celuloze?

Vodovodljivost modificiranog celuloznog etera utiče na temperaturu. Generalno gledano, većina celuloznih etera je topljiva u vodi na niskim temperaturama. Kada temperatura raste, njihova rastvorljivost postepeno postaje loša i na kraju postaje nerastvorljiva. Niže kritične temperature rješenja (LCST: Niže temperatura kritične otopine) važan je parametar za karakterizaciju promjene rastvorljivosti celuloznog etera kada se temperatura mijenja, odnosno iznad niže temperature kritičnog rješenja, celulozni eter je nerastvorljiv u vodi.

Studirano je zagrijavanje vodenih metilcelulozne otopine i objašnjeno je mehanizam promjene rastvorljivosti. Kao što je već spomenuto, kada je otopina metilceluloze na niskoj temperaturi, makromolekuli su okruženi molekulama vode kako bi formirali kaveznu strukturu. Toplina koja se primjenjuje u porastu temperature razbit će vodonik između molekule vode i MC molekula, a molekul za vodu bit će izložena molekula za vodu, dok je metil hidrofobna metilna grupa na makromolekularnom lancu na celulozu, što omogućava pripremu i proučavanje hidrofobnog udruženja Hidroksipropil metilcelulozni termički inducirani hidrogel. Ako su metilne grupe na istom molekularnom lancu hirofobično povezane, ova intramolekularna interakcija učinit će cjelokupni molekul zavojnim. Međutim, povećanje temperature intenzivirat će prijedlog lančanog segmenta, hidrofobna interakcija u molekuli će biti nestabilna, a molekularni lanac će se mijenjati iz namotanog stanja u produženu državu. U ovom trenutku, hidrofobna interakcija molekula počinje dominirati. Kada se temperatura postepeno raste, slomljena je sve više i više vodikovih veza, a više i više celulozni molekula etera odvojeni su od kavezne strukture, a makromolekule koji su bliži jedni drugima koji se međusobno okupljaju kroz hidrofobnu agregatu. Sa daljnjim povećanjem temperature, na kraju su slomljene sve veze vodikovih, a njegova hidrofobna udruga dostiže maksimum, povećavajući broj i veličinu hidrofobnih agregata. Tijekom ovog procesa metilceluloza postaje progresivno nerastvorljivo i na kraju potpuno netopljivo u vodi. Kada temperatura poraste do točke gdje se između makromolekula formira trodimenzionalnu mrežnu strukturu, čini se da formira gel makroskopski.

Jun Gao i George Haidar i AL proučavali su temperaturni efekt vodenog rešenja hidroksipropil celuloze pomoću raspršivanja svjetla i predložili su da je niža kritična rješenja temperatura hidroksipropil celuloze oko 410c. Na temperaturi nižoj od 390c, jedan molekularni lanac hidroksipropil celuloze nalazi se u nasumično namotanom stanju, a hidrodinamička radijus distribucija molekula je široka, a ne postoji agregacija između makromolekula. Kada se temperatura poveća na 390c, hidrofobna interakcija između molekularnih lanaca postaje jači, makromolekuli agregate, a rastvorljivost vode Polimer postaje loš. Međutim, na ovoj temperaturi, samo mali dio hidroksipropil celuloznih molekula formira neke labave agregate koji sadrže samo nekoliko molekularnih lanaca, dok je većina molekula još uvijek u stanju raspršenih pojedinačnih lanaca. Kada temperatura raste na 400C, više makromolekula sudjeluje u formiranju agregata, a rastvorljivost postaje lošija i još gore, ali u ovom trenutku su neki molekuli još uvijek u stanju pojedinačnih lanaca. Kada je temperatura u rasponu od 410C-440C, zbog snažnog hidrofobnog učinka na višim temperaturama, više molekula se okuplja da bi se formiralo veće i gusteroške nanočestike s relativno ujednačenom raspodjelom. Povišenje postaju veće i gušće. Formiranje tih hidrofobnih agregata dovodi do stvaranja regija visoke i niske koncentracije polimera u rješenju, takozvanoj mikroskopskoj fazi odvajanja.

Treba naglasiti da su agregati nanopartikula u kinetičko stabilnom stanju, a ne termodinamički stabilno stanje. To je zato što je inicijalna struktura kaveza uništena, još uvijek postoji jaka vodikovska veza između hidrofilne hidroksilne grupe i molekule vode, što sprečava kombinaciju između kombinacije hidrofobnih grupa poput kombinacije metil i hidroksipropila iz kombinacije. Agregati nanopartikule dostigli su dinamičnu ravnotežu i stabilno stanje pod zajedničkim utjecajem dvaju efektima.

Pored toga, studija je takođe utvrdila da brzina grijanja takođe ima uticaj na formiranje zbirnih čestica. Brže brzina grijanja, agregiranje molekularnih lanaca je brže, a veličina formiranih nanočestica je manja; A kada je stopa grijanja sporije, makromolekuli imaju više mogućnosti za formiranje agregata nanočestica veće veličine.