سنتز کربوکسی متیل سلولز با سطوح مختلف

ساختار ماکرومولکولی غنی و پیچیده کربوکسی متیل سلولز و لیگنین اجازه می‌دهد تا تعداد زیادی از تغییرات شیمیایی به منظور تغییر در خواص آن‌ها انجام شود. با این حال، ضروری است که دستکاری‌های شیمیایی ساختار مولکولی مولکول‌های زیستی را به طور قابل توجهی تغییر ندهند، به طوری که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند مواد اصلاح شده شیمیایی را پس از تخلیه در محیط تشخیص داده و تخریب کنند.

ساختار ماکرومولکولی غنی و پیچیده کربوکسی متیل سلولز

در این زمینه، مشتق لیگنین اکسید شده به عنوان قلیایی-O۲ به عنوان یک پاشنده سیمان تجدیدپذیر مورد بررسی قرار گرفته است، در حالی که لیگنوپلیورتان‌ها، که از lignosulfonates و diphenylmethane اکسی پروپیله تهیه شده‌اند، به عنوان ماتریس‌های پلیمری تجدید‌پذیر در سیزال مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.

سلولز میکرو کریستالی مورد بررسی در مطالعه حاضر از طریق واکنش‌های آسیلیزه کاتالیز شده با‌ایمیدازول با آنیدرید‌های کربوکسیلیک اسید برای تولید مایعات یونی بر پایه بیولوژیکی و همچنین تهیه سلولز نانوکریستالی از طریق هیدرولیز آنزیمی با کمک اولتراسونیک اصلاح شده است.

یکی دیگر از فعالیت‌های صنعتی که ممکن است از استفاده از زیست مولکول‌ها به عنوان جایگزین‌های تجدیدپذیر برای پتروشیمی‌ها مناسب باشد، صنعت فرآوری سرامیک کلوئیدی است. در پردازش سرامیکی کلوئیدی، سوسپانسیون‌هایی با غلظت جامد بالا و توزیع اندازه ذرات یکنواخت برای تولید اجسام سرامیکی با چگالی بیشتر، عیوب کمتر و خواص مکانیکی و حرارتی عالی ضروری است.

تهیه سلولز نانوکریستالی

با این حال، برخورد حرارتی بین ذرات ریز در تعلیق‌ها باعث تشکیل سنگدانه‌های ذرات بزرگتر با توزیع اندازه تصادفی می‌شود که در نهایت منجر به اجسام سرامیکی با عملکرد مکانیکی و حرارتی ضعیف می‌شود. برای جلوگیری از چنین مشکلاتی، پلی الکترولیت‌های مصنوعی (ماکرومولکول‌های سنگین) قادر به تعامل با سطح ذرات به سوسپانسیون‌ها اضافه می‌شوند تا در سطح جامد/مایع موانع الکترواستاتیک و/یا استریکی ایجاد کنند که از تجمع ذرات در هنگام برخورد حرارتی جلوگیری می‌کند.

سوسپانسیون‌های آبی آلومینا به طور گسترده‌ای در پردازش سرامیک استفاده می‌شود. ذرات آلومینا وقتی در آب پراکنده می‌شوند بار‌های سطحی پیدا می‌کنند که به pH وابسته هستند. در محیط اسیدی، گروه‌های هیدروکسیل سطح آلومینا پروتون می‌شوند و بار کلی سطح ذرات مثبت است. از سوی دیگر، گروه‌های هیدروکسیل سطح آلومینا در حالت pH قلیایی برون زدایی می‌شوند، در نتیجه بار خالص سطحی ذرات موجود در سوسپانسیون منفی است.

در آن دو بخش فوق‌العاده pH، سوسپانسیون آلومینا با مکانیسم الکترواستاتیک تثبیت می‌شود زیرا دافعه الکترواستاتیک متقابل در بین ذرات شبیه به سطح، تشکیل سنگدانه‌ها را به حداقل می‌رساند. با این حال، در رژیم‌های pH متوسط، برخی از گروه‌های هیدروکسیل سطحی پروتون می‌شوند. این توزیع ناهموار بار سطحی نیرو‌های الکترواستاتیک را در بین ذرات معلق ایجاد می‌کند که باعث تجمع می‌شوند. مقدار pH خاصی وجود دارد که در آن تعداد گروه‌های هیدروکسیل سطح پروتون شده و از بین رفته تقریباً یکسان است. در این مقدار pH، یعنی نقطه ایزوالکتریک (IEP)، تجمع ذرات بیشتر به دلیل فعل و انفعالات الکترواستاتیک جذاب بین ذرات معلق مورد توجه قرار می‌گیرد.

نتیجه‌گیری

معرفی گروه‌های کربوکسی متیل بر روی زنجیره‌های سلولزی در مقایسه با سلولز، بلورینگی و ثبات حرارتی را کاهش می‌دهد. کاهش بلورینگی حلالیت را بهبود می‌بخشد، که مواد کربوکسی متیل سلولز را ترغیب می‌کند تا به عنوان پلی الکترولیت‌های زیست پایه در پردازش کلوئیدی سرامیک عمل کنند. ترمولیز در دما‌های پایین‌تر نیز سودمند است زیرا تجزیه حرارتی مواد افزودنی CMC قبل از پخت اجسام سرامیکی به انرژی کمتری نیاز دارد.

مواد CMC قادر به تثبیت کلوئید‌های آلومینای آبی با محتوای جامد بالا در محدوده pH وسیع هستند. گروه‌های کربوکسی متیل متصل به زنجیره سلولز می‌توانند در تشکیل پیوند هیدروژنی، برهم کنش‌های الکترواستاتیک و اسید/باز با گروه‌های هیدروکسیل و اتم‌های آلومینیوم در سطح ذرات آلومینا در حالت تعلیق شرکت کنند. این فعل و انفعالات باعث جذب قوی گونه‌های پلی الکترولیت بر روی ذرات می‌شود که در سطح جامد/مایع موانع الکترواستریک ایجاد می‌کند و از تجمع جلوگیری می‌کند. در نتیجه، سوسپانسیون با اندازه ذرات کوچک و ویسکوزیته کم با افزودن ۰. ۱-۰. ۲٪ (وزنی/وزنی) CMC ایجاد می‌شود.

با این حال، درجه جایگزینی (DS) یک عامل مهم در تهیه پلی الکترولیت‌های کربوکسی متیل سلولز است. معرفی بیش از حد گروه‌های کربوکسی متیل بر روی ستون سلولزی منجر به موادی با عملکرد ضعیف‌تر به عنوان عوامل تثبیت‌کننده می‌شود. تحقیقات ما نشان می‌دهد که مقادیر DS تا ۱. ۸ در مقایسه با موادی که دارای مقادیر کمتر هستند، باعث تجمع ذرات می‌شود. از سوی دیگر، مواد کربوکسی متیل سلولز با DS حدود ۱. ۳ خواص عالی را به عنوان افزودنی نشان می‌دهند، و امکان استفاده از این مواد را به عنوان عوامل تثبیت‌کننده تجدیدپذیر زیستی در پردازش کلوئیدی آلومینا ایجاد می‌کند. بنابراین، کنترل دقیق شرایط واکنش کربوکسی متیل برای دستیابی به مواد افزودنی CMC با DS مناسب و خواص پراکندگی سازگار ضروری است.