Η υδατοδιαλυτότητα του τροποποιημένου αιθέρα κυτταρίνης επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές, οι περισσότεροι αιθέρες κυτταρίνης είναι διαλυτές σε νερό σε χαμηλές θερμοκρασίες. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η διαλυτότητα τους γίνεται σταδιακά φτωχή και τελικά γίνεται αδιάλυτη. Η χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος (LCST: χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος) είναι μια σημαντική παράμετρος για τον χαρακτηρισμό της μεταβολής της διαλυτότητας του κυτταρινικού αιθέρα όταν η θερμοκρασία αλλάζει, δηλαδή πάνω από τη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος, ο αιθέρα κυτταρίνης είναι αδιάλυτος στο νερό.
Έχει μελετηθεί η θέρμανση υδατικών διαλυμάτων μεθυλοκυτταρίνης και εξηγήθηκε ο μηχανισμός της μεταβολής της διαλυτότητας. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όταν το διάλυμα της μεθυλοκυτταρίνης βρίσκεται σε χαμηλή θερμοκρασία, τα μακρομόρια περιβάλλονται από μόρια νερού για να σχηματίσουν μια δομή κλουβιού. Η θερμότητα που εφαρμόζεται από την άνοδο της θερμοκρασίας θα σπάσει τον δεσμό υδρογόνου μεταξύ του μορίου νερού και του μορίου MC, η υπερμερηματική δομή που μοιάζει με κλουβί θα καταστραφεί και το μόριο νερού θα απελευθερωθεί από τη δέσμευση του δεσμού υδρογόνου για να γίνει ελεύθερο μόριο νερού, ενώ το μεθυλεστέρα η υδρόφοβη μεθυλο ομάδα στην κυτταρυλόζη της αλυσίδας του ογκόου της υδρογόνου της υδρογονίας της υδρογονίας Υδροξυπροπυλο μεθυλοκυτταρίνη θερμικά επαγόμενη υδρογέλη. Εάν οι ομάδες μεθυλίου στην ίδια μοριακή αλυσίδα είναι υδρόφοβα συνδεδεμένες, αυτή η ενδομοριακή αλληλεπίδραση θα κάνει ολόκληρο το μόριο να εμφανίζεται περιτυλιγμένο. Ωστόσο, η αύξηση της θερμοκρασίας θα εντείνει την κίνηση του τμήματος της αλυσίδας, η υδρόφοβη αλληλεπίδραση στο μόριο θα είναι ασταθής και η μοριακή αλυσίδα θα αλλάξει από μια περιτυλιγμένη κατάσταση σε εκτεταμένη κατάσταση. Αυτή τη στιγμή, η υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων αρχίζει να κυριαρχεί. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σταδιακά, όλο και περισσότεροι δεσμοί υδρογόνου σπάζουν και όλο και περισσότερα μόρια κυτταρίνης διαχωρίζονται από τη δομή του κλουβιού και τα μακρομόρια που είναι πιο κοντά μεταξύ τους συγκεντρώνονται μέσω υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων για να σχηματίσουν ένα υδρόφοβο συσσωματώματα. Με περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, τελικά όλοι οι δεσμοί υδρογόνου σπάνε και η υδρόφοβη συσχέτισή της φτάνει το μέγιστο, αυξάνοντας τον αριθμό και το μέγεθος των υδρόφοβων συσσωματωμάτων. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η μεθυλοκυτταρίνη γίνεται σταδιακά αδιάλυτη και τελικά εντελώς αδιάλυτη στο νερό. Όταν η θερμοκρασία ανυψώνεται στο σημείο όπου σχηματίζεται μια τρισδιάστατη δομή δικτύου μεταξύ των μακρομορίων, φαίνεται να σχηματίζει μακροσκοπικά ένα πήκτωμα.
Οι Jun GaO και George Haidar et al μελέτησαν την επίδραση θερμοκρασίας της υδατικού διαλύματος υδροξυπροπυλ κυτταρίνης μέσω της σκέδασης φωτός και πρότειναν ότι η χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος της υδροξυπροπυλ κυτταρίνης είναι περίπου 410C. Σε θερμοκρασία χαμηλότερη από 390C, η μοναδική μοριακή αλυσίδα υδροξυπροπυλ κυτταρίνης βρίσκεται σε τυχαία σπειροειδή κατάσταση και η κατανομή της υδροδυναμικής ακτίνας των μορίων είναι ευρεία και δεν υπάρχει συσσωμάτωση μεταξύ των μακρομορίων. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε 390C, η υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών αλυσίδων γίνεται ισχυρότερη, τα συσσωματώματα των μακρομόρων και η υδατοδιαλυτότητα του πολυμερούς γίνεται φτωχή. Ωστόσο, σε αυτή τη θερμοκρασία, μόνο ένα μικρό μέρος των μορίων υδροξυπροπυλ κυτταρίνης σχηματίζουν μερικά χαλαρά συσσωματώματα που περιέχουν μόνο μερικές μοριακές αλυσίδες, ενώ τα περισσότερα από τα μόρια εξακολουθούν να βρίσκονται σε κατάσταση διασκορπισμένων μεμονωμένων αλυσίδων. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε 400C, περισσότερα μακρομόρια συμμετέχουν στο σχηματισμό συσσωματωμάτων και η διαλυτότητα γίνεται χειρότερη και χειρότερη, αλλά αυτή τη στιγμή, ορισμένα μόρια εξακολουθούν να βρίσκονται σε κατάσταση μεμονωμένων αλυσίδων. Όταν η θερμοκρασία κυμαίνεται από 410C-440C, λόγω της ισχυρής υδρόφοβης επίδρασης σε υψηλότερες θερμοκρασίες, περισσότερα μόρια συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν μεγαλύτερα και πυκνότερα νανοσωματίδια με σχετικά ομοιόμορφη κατανομή. Τα υψόμετρα γίνονται μεγαλύτερα και πυκνότερα. Ο σχηματισμός αυτών των υδρόφοβων συσσωματωμάτων οδηγεί στον σχηματισμό περιοχών υψηλής και χαμηλής συγκέντρωσης πολυμερούς σε διάλυμα, έναν λεγόμενο διαχωρισμό μικροσκοπικής φάσης.
Θα πρέπει να επισημανθεί ότι τα συσσωματώματα νανοσωματιδίων βρίσκονται σε κινητικά σταθερή κατάσταση, όχι σε θερμοδυναμικά σταθερή κατάσταση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι παρόλο που η αρχική δομή του κλωβού έχει καταστραφεί, εξακολουθεί να υπάρχει ισχυρός δεσμός υδρογόνου μεταξύ της υδρόφιλης υδροξυλομάδας και του μορίου νερού, το οποίο εμποδίζει τις υδρόφοβες ομάδες όπως το μεθυλ και το υδροξυπροπύλιο από το συνδυασμό μεταξύ. Τα συσσωματώματα νανοσωματιδίων έφθασαν σε δυναμική ισορροπία και σταθερή κατάσταση υπό την κοινή επίδραση των δύο αποτελεσμάτων.
Επιπλέον, η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι ο ρυθμός θέρμανσης έχει επίσης αντίκτυπο στον σχηματισμό συγκεντρωτικών σωματιδίων. Με ταχύτερο ρυθμό θέρμανσης, η συσσωμάτωση των μοριακών αλυσίδων είναι ταχύτερη και το μέγεθος των σχηματισμένων νανοσωματιδίων είναι μικρότερο. Και όταν ο ρυθμός θέρμανσης είναι πιο αργός, τα μακρομόρια έχουν περισσότερες ευκαιρίες για να σχηματίσουν συσσωματώματα νανοσωματιδίων μεγαλύτερου μεγέθους.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου 17-2023