Целюлоза, найпоширеніша органічна сполука на Землі, демонструє чудові властивості, однією з яких є її здатність поглинати воду.Така гігроскопічна природа целюлози знаходить широке застосування в різних галузях промисловості, від текстильної до фармацевтичної.Розуміння механізмів водопоглинання целюлози має вирішальне значення для оптимізації її використання в різних сферах застосування.
вступ:
Целюлоза, полісахарид, що складається з одиниць глюкози, з’єднаних β(1→4) глікозидними зв’язками, є основним структурним компонентом клітинних стінок рослин.Його велика кількість у природі, відновлюваність і біорозкладаність роблять його дуже бажаним матеріалом для багатьох промислових застосувань.Однією з чудових властивостей целюлози є її здатність ефективно поглинати воду.Ця характеристика має значні наслідки в різних галузях, таких як текстиль, виробництво паперу, харчова промисловість, фармацевтика та біоматеріали.Розуміння механізмів, що лежать в основі водопоглинання целюлози, має важливе значення для повного використання її потенціалу в цих сферах застосування.
Фактори, що впливають на поглинання води целюлозою:
На водопоглинальну здатність целюлози впливає кілька факторів:
Кристалічність: кристалічна структура целюлози значно впливає на її водопоглинальні властивості.Кристалічні області демонструють нижче водопоглинання порівняно з аморфними областями через обмежений доступ до молекул води.
Площа поверхні: площа поверхні целюлозних волокон відіграє вирішальну роль у поглинанні води.Тонко подрібнена целюлоза з більшою площею поверхні має тенденцію поглинати більше води порівняно з об’ємнішими целюлозними структурами.
Гідрофільність: гідроксильні (-OH) групи, присутні в молекулах целюлози, роблять їх гідрофільними, сприяючи поглинанню води через водневі зв’язки.
Ступінь полімеризації: целюлоза з вищим ступенем полімеризації, як правило, має вищу водопоглинальну здатність через наявність більшої кількості гідроксильних груп на одиницю маси.
Температура та відносна вологість: умови навколишнього середовища, такі як температура та відносна вологість, значно впливають на водопоглинання целюлози.Більш високі температури та рівень вологості загалом посилюють поглинання води завдяки підвищеній рухливості молекул води.
Методи характеристики:
Для характеристики водопоглинальних властивостей целюлози використовуються різні методи:
Гравіметричний аналіз: Гравіметричні методи передбачають вимірювання збільшення маси зразків целюлози під час впливу води з часом.Це забезпечує кількісні дані про кінетику водопоглинання та рівноважний вміст вологи.
Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є (FTIR): спектроскопія FTIR використовується для аналізу змін у функціональних групах целюлози після поглинання води.Зрушення в положеннях піків та інтенсивності вказують на взаємодію між молекулами целюлози та води.
Рентгенівська дифракція (XRD): XRD використовується для оцінки змін у кристалічності целюлози після поглинання води.Зниження індексу кристалічності свідчить про набухання целюлозних волокон через поглинання води.
Скануюча електронна мікроскопія (SEM): SEM дозволяє візуалізувати морфологічні зміни целюлозних волокон до та після поглинання води.Він дає уявлення про структурну цілісність і пористість целюлозних матеріалів.
Застосування целюлози як гігроскопічного матеріалу:
Гігроскопічність целюлози знаходить різноманітне застосування в різних галузях промисловості:
Текстиль: волокна на основі целюлози, такі як бавовна та віскоза, широко використовуються в текстильному виробництві завдяки їхній здатності поглинати вологу, забезпечуючи комфорт і повітропроникність одягу.
Виробництво паперу: Целюлозні волокна служать основною сировиною для виробництва паперу.Їх водопоглинальні властивості впливають на якість паперу, можливість друку та міцність.
Харчова промисловість: похідні целюлози, такі як метилцелюлоза та карбоксиметилцелюлоза, використовуються як загусники, стабілізатори та емульгатори в харчових продуктах.Їх водопоглинаюча здатність покращує текстуру та стабільність терміну зберігання.
Фармацевтика: допоміжні речовини на основі целюлози зазвичай використовуються у фармацевтичних композиціях через їх здатність контролювати вивільнення ліків, підвищувати стабільність і підвищувати біодоступність.Вони також допомагають розпадати та розчиняти таблетки та капсули.
Біоматеріали. Целюлозні гідрогелі та плівки стають перспективними біоматеріалами для різноманітних біомедичних застосувань, включаючи доставку ліків, тканинну інженерію та загоєння ран.Їх висока водопоглинаюча здатність забезпечує ефективну гідратацію та проліферацію клітин.
Чудова здатність целюлози поглинати воду пояснюється її унікальними структурними та хімічними властивостями.Розуміння факторів, що впливають на водопоглинання, методів визначення характеристик і застосування целюлози як гігроскопічного матеріалу є важливим для оптимізації її використання в різних галузях промисловості.Продовження досліджень у цій галузі розширить спектр застосувань і сприятиме розробці екологічно чистих матеріалів із покращеними експлуатаційними властивостями.
Час публікації: 29 березня 2024 р