सेल्यूलोज ईथर की घुलनशीलता पर तापमान का क्या प्रभाव है?

संशोधित सेल्यूलोज ईथर की पानी की घुलनशीलता तापमान से प्रभावित होती है। सामान्यतया, अधिकांश सेल्यूलोज इथर कम तापमान पर पानी में घुलनशील होते हैं। जब तापमान बढ़ जाता है, तो उनकी घुलनशीलता धीरे -धीरे खराब हो जाती है और अंततः अघुलनशील हो जाती है। कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान (LCST: कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान) एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो सेल्यूलोज ईथर की घुलनशीलता परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जब तापमान बदलता है, अर्थात, कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान के ऊपर, सेल्यूलोज ईथर पानी में अघुलनशील होता है।

जलीय मिथाइलसेलुलोज समाधानों के हीटिंग का अध्ययन किया गया है और घुलनशीलता में परिवर्तन के तंत्र को समझाया गया है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, जब मिथाइलसेलुलोज का समाधान कम तापमान पर होता है, तो मैक्रोमोलेक्यूल्स पानी के अणुओं से घिरे होते हैं ताकि पिंजरे की संरचना बन सके। तापमान वृद्धि द्वारा लागू गर्मी पानी के अणु और एमसी अणु के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ देगी, पिंजरे की तरह सुपरमॉलेक्युलर संरचना को नष्ट कर दिया जाएगा, और पानी के अणु को हाइड्रोजन बॉन्ड के बंधन से मुक्त पानी के अणु बनने के लिए जारी किया जाएगा, जबकि मिथाइल हाइड्रोफोबिक मैथिल ग्रुप ऑफ सेल्यूलोलेक्युलर चेन को उजागर करता है। Hydroxypropyl methylcellulose थर्मल रूप से प्रेरित हाइड्रोजेल। यदि एक ही आणविक श्रृंखला पर मिथाइल समूह हाइड्रोफोबिक रूप से बंधे होते हैं, तो यह इंट्रामोलॉजिकल इंटरैक्शन पूरे अणु को कुंडलित दिखाई देगा। हालांकि, तापमान में वृद्धि श्रृंखला खंड की गति को तेज कर देगी, अणु में हाइड्रोफोबिक बातचीत अस्थिर होगी, और आणविक श्रृंखला एक कुंडलित राज्य से एक विस्तारित अवस्था में बदल जाएगी। इस समय, अणुओं के बीच हाइड्रोफोबिक बातचीत हावी होने लगती है। जब तापमान धीरे -धीरे बढ़ जाता है, तो अधिक से अधिक हाइड्रोजन बॉन्ड टूट जाते हैं, और अधिक से अधिक सेल्यूलोज ईथर अणुओं को पिंजरे की संरचना से अलग किया जाता है, और मैक्रोमोलेक्यूल्स जो एक दूसरे के करीब होते हैं, एक हाइड्रोफोबिक एग्रीगेट बनाने के लिए हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से एक साथ इकट्ठा होते हैं। तापमान में और वृद्धि के साथ, अंततः सभी हाइड्रोजन बॉन्ड टूट गए हैं, और इसका हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन अधिकतम तक पहुंचता है, जिससे हाइड्रोफोबिक समुच्चय की संख्या और आकार बढ़ जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, मिथाइलसेलुलोज उत्तरोत्तर अघुलनशील हो जाता है और अंततः पानी में पूरी तरह से अघुलनशील हो जाता है। जब तापमान उस बिंदु तक बढ़ जाता है जहां मैक्रोमोलेक्यूलस के बीच एक त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना बनती है, तो यह एक जेल मैक्रोस्कोपिक रूप से प्रतीत होता है।

जून गाओ और जॉर्ज हैदर एट अल ने हल्के बिखरने के माध्यम से हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्यूलोज जलीय घोल के तापमान प्रभाव का अध्ययन किया, और प्रस्तावित किया कि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्यूलोज का कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान लगभग 410 सी है। 390C से कम के तापमान पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्यूलोज की एकल आणविक श्रृंखला एक यादृच्छिक रूप से कुंडलित अवस्था में होती है, और अणुओं का हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या वितरण चौड़ा होता है, और मैक्रोमोलेक्यूलस के बीच कोई एकत्रीकरण नहीं होता है। जब तापमान 390C तक बढ़ जाता है, तो आणविक श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोफोबिक बातचीत मजबूत हो जाती है, मैक्रोमोलेक्यूलस एकत्र हो जाते हैं, और बहुलक की पानी की घुलनशीलता खराब हो जाती है। हालांकि, इस तापमान पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्यूलोज अणुओं का केवल एक छोटा सा हिस्सा कुछ ढीले समुच्चय बनाता है जिसमें केवल कुछ आणविक श्रृंखलाएं होती हैं, जबकि अधिकांश अणु अभी भी बिखरे हुए एकल श्रृंखलाओं की स्थिति में हैं। जब तापमान 400C तक बढ़ जाता है, तो अधिक मैक्रोमोलेक्यूलस समुच्चय के गठन में भाग लेते हैं, और घुलनशीलता बदतर और बदतर हो जाती है, लेकिन इस समय, कुछ अणु अभी भी एकल श्रृंखलाओं की स्थिति में हैं। जब तापमान 410C-440C की सीमा में होता है, तो उच्च तापमान पर मजबूत हाइड्रोफोबिक प्रभाव के कारण, अधिक अणु अपेक्षाकृत समान वितरण के साथ बड़े और सघन नैनोकणों का निर्माण करने के लिए इकट्ठा होते हैं। ऊंचाई बड़ी और सघन हो जाती है। इन हाइड्रोफोबिक समुच्चय का गठन समाधान में बहुलक के उच्च और निम्न एकाग्रता के क्षेत्रों के गठन की ओर जाता है, एक तथाकथित सूक्ष्म चरण पृथक्करण।

यह बताया जाना चाहिए कि नैनोपार्टिकल समुच्चय एक काइनेटिक रूप से स्थिर स्थिति में हैं, न कि एक थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर स्थिति। ऐसा इसलिए है क्योंकि यद्यपि प्रारंभिक पिंजरे संरचना को नष्ट कर दिया गया है, फिर भी हाइड्रोफिलिक हाइड्रॉक्सिल समूह और पानी के अणु के बीच एक मजबूत हाइड्रोजन बॉन्ड है, जो मिथाइल और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल जैसे हाइड्रोफोबिक समूहों के बीच संयोजन से रोकता है। नैनोपार्टिकल समुच्चय दो प्रभावों के संयुक्त प्रभाव के तहत एक गतिशील संतुलन और स्थिर स्थिति तक पहुंच गया।

इसके अलावा, अध्ययन में यह भी पाया गया कि हीटिंग दर का एकत्रित कणों के गठन पर भी प्रभाव पड़ता है। एक तेज हीटिंग दर पर, आणविक श्रृंखलाओं का एकत्रीकरण तेज है, और गठित नैनोकणों का आकार छोटा है; और जब हीटिंग दर धीमी हो जाती है, तो मैक्रोमोलेक्यूल्स में बड़े आकार के नैनोकणों के एग्रीगेट बनाने के अधिक अवसर होते हैं।