คุณสมบัติของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์และปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติเหล่านั้นมีอะไรบ้าง?

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์คือคุณสมบัติทางรีโอโลยี คุณสมบัติทางรีโอโลยีที่พิเศษของเซลลูโลสอีเทอร์หลายชนิดทำให้มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสาขา และการศึกษาคุณสมบัติทางรีโอโลยีเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาสาขาการใช้งานใหม่ๆ หรือการปรับปรุงสาขาการใช้งานบางสาขา หลี่ จิง จากมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวตง ได้ทำการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC)รวมถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์โครงสร้างโมเลกุลของ CMC (น้ำหนักโมเลกุลและระดับการแทนที่) ความเข้มข้น ค่า pH และความแรงของไอออน ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าความหนืดที่แรงเฉือนเป็นศูนย์ของสารละลายเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักโมเลกุลและระดับการแทนที่ การเพิ่มขึ้นของน้ำหนักโมเลกุลหมายถึงการเติบโตของสายโซ่โมเลกุล และการพันกันระหว่างโมเลกุลที่ง่ายขึ้นจะเพิ่มความหนืดของสารละลาย ระดับการแทนที่ที่สูงทำให้โมเลกุลยืดตัวมากขึ้นในสารละลาย สภาวะนี้ทำให้ปริมาตรไฮโดรไดนามิกค่อนข้างใหญ่ และความหนืดก็สูงขึ้น ความหนืดของสารละลาย CMC ในน้ำเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้น ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่น ความหนืดของสารละลายลดลงตามค่า pH และเมื่อค่า pH ต่ำกว่าค่าที่กำหนด ความหนืดจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และในที่สุดจะเกิดกรดอิสระและตกตะกอน CMC เป็นพอลิเมอร์โพลีแอนไอออนิก เมื่อเติมไอออนเกลือโมโนวาเลนต์ Na+, K+ ความหนืดจะลดลงตามไปด้วย การเติมแคตไอออนสองวาเลนต์ Ca2+ ทำให้ความหนืดของสารละลายลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของ Ca2+ สูงกว่าจุดสมดุลทางเคมี โมเลกุล CMC จะทำปฏิกิริยากับ Ca2+ และเกิดโครงสร้างเหนือระดับขึ้นในสารละลาย เหลียง หย่าฉิน จากมหาวิทยาลัยนอร์ทไชน่า และคณะ ได้ใช้วิธีวัดความหนืดด้วยเครื่องวัดความหนืดและวิธีวัดความหนืดแบบหมุนเพื่อทำการวิจัยพิเศษเกี่ยวกับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของสารละลายเจือจางและเข้มข้นของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ดัดแปลง (CHEC) ผลการวิจัยพบว่า: (1) ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสประจุบวกมีพฤติกรรมความหนืดแบบโพลีอิเล็กโทรไลต์ทั่วไปในน้ำบริสุทธิ์ และความหนืดที่ลดลงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ความหนืดที่แท้จริงของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสประจุบวกที่มีระดับการแทนที่สูงจะมากกว่าความหนืดที่แท้จริงของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสประจุบวกที่มีระดับการแทนที่ต่ำ (2) สารละลายไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสประจุบวกแสดงคุณสมบัติของของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันและมีลักษณะการลดความหนืดเมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น กล่าวคือ เมื่อความเข้มข้นของมวลสารละลายเพิ่มขึ้น ความหนืดปรากฏของสารละลายจะเพิ่มขึ้น ในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นคงที่ ความหนืดปรากฏของ CHEC จะลดลงเมื่อความเข้มข้นของเกลือที่เติมเพิ่มขึ้น ภายใต้อัตราแรงเฉือนเดียวกัน ความหนืดปรากฏของ CHEC ในระบบสารละลาย CaCl2 จะสูงกว่าความหนืดปรากฏของ CHEC ในระบบสารละลาย NaCl อย่างมีนัยสำคัญ

ด้วยการวิจัยที่ลึกซึ้งขึ้นอย่างต่อเนื่องและการขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติของสารละลายระบบผสมที่ประกอบด้วยอีเทอร์เซลลูโลสชนิดต่างๆ จึงได้รับความสนใจจากผู้คนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (NACMC) และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) ถูกใช้เป็นสารขับไล่น้ำมันในแหล่งน้ำมัน ซึ่งมีข้อดีคือทนต่อแรงเฉือนสูง วัตถุดิบมีมาก และก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมน้อย แต่ผลของการใช้เพียงอย่างเดียวนั้นไม่เหมาะสม แม้ว่าชนิดแรกจะมีค่าความหนืดที่ดี แต่ก็ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและความเค็มของแหล่งกักเก็บได้ง่าย ในขณะที่ชนิดหลังแม้ว่าชนิดหลังจะทนต่ออุณหภูมิและความเค็มได้ดี แต่ความสามารถในการทำให้ข้นนั้นต่ำ และต้องใช้ปริมาณมาก นักวิจัยได้ผสมสารละลายทั้งสองชนิดเข้าด้วยกันและพบว่าความหนืดของสารละลายผสมนั้นสูงขึ้น ความทนทานต่ออุณหภูมิและความเค็มดีขึ้นในระดับหนึ่ง และผลการใช้งานก็ดีขึ้นด้วย Verica Sovilj และคณะ ได้ศึกษาพฤติกรรมทางรีโอโลยีของสารละลายระบบผสมที่ประกอบด้วย HPMC และ NACMC และสารลดแรงตึงผิวประจุลบโดยใช้เครื่องวัดความหนืดแบบหมุน พฤติกรรมทางรีโอโลยีของระบบขึ้นอยู่กับผลกระทบที่แตกต่างกันระหว่าง HPMC-NACMC, HPMC-SDS และ NACMC- (HPMC-SDS)

คุณสมบัติทางรีโอโลยีของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น สารเติมแต่ง แรงทางกลภายนอก และอุณหภูมิ โทโมอากิ ฮิโนะ และคณะ ได้ศึกษาผลของการเติมนิโคตินต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และความเข้มข้นต่ำกว่า 3% HPMC แสดงพฤติกรรมของของเหลวแบบนิวตัน เมื่อเติมนิโคติน ความหนืดเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่านิโคตินเพิ่มการพันกันของโมเลกุลเอชพีเอ็มซีโมเลกุล นิโคตินในที่นี้แสดงฤทธิ์ทำให้เป็นเกลือ ซึ่งจะเพิ่มจุดเจลและจุดขุ่นของ HPMC แรงทางกล เช่น แรงเฉือน ก็จะมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ในน้ำเช่นกัน จากการใช้เครื่องวัดความขุ่นแบบรีโอโลยีและเครื่องมือวัดการกระเจิงแสงมุมเล็ก พบว่าในสารละลายกึ่งเจือจาง การเพิ่มอัตราการเฉือนเนื่องจากการผสมแบบเฉือน จะทำให้จุดขุ่นมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเพิ่มขึ้น