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甲基纤维素、羟甲基甲基纤维素分子链中由于引入了甲基、羟丙基等基团,使聚合物具有独特的水化.去水化特性,其水溶液具有热凝胶性,即加热溶液发生凝胶化,并且这种作用可逆,即冷却后又恢复到溶液状态I36]。凝胶形成时的温度定义为凝胶化温度。在较低的温度下,溶液中的纤维素醚分子与水分子间强烈作用,分子链被水化,除了一些简单的分子间的缠结之外几乎没有其它的分子间作用。当温度升高时,分子吸收能量逐渐脱去结合在分子链上的水。最后,当温度升高到凝胶温度时,分子链间由于疏水反应发生缔合作用,遣成溶液混浊继而形成凝胶网络结构。
纤维素醚的热凝胶性能除了会受到分子量和取代基种类和含量的影响之外,还受到很多因素的影响。加入具有强极性的无机盐类电解质如氯化钠、碳酸钠、硫酸铵等可以降低凝胶温度。盐的加入使水分子趋向于与盐离子结合,从而破坏了水与纤维素醚分子链上的羟基间的氢键作用,纤维素醚分子得以从水分子的包围中游离出来而发生分子间疏水缔合作用,最终降低了凝胶温度。Li Lin等[38]研究了水中存在无机盐时对甲基纤维素凝胶温度的影响。发现无机盐对凝胶温度的影响主要与阴离子的种类有关,而阳离子的影响相对来说比较弱一些。一般认为,能造成盐析的盐类会降低凝胶温度,而能引起盐溶效应的盐类会提高其值。阴离子对凝胶温度的降低影响顺序为:S042->F’>Cl.> Br。>N03 ->I.>SCN-,以上左边的离子被证明了能加速MC凝胶,而右边的离子却反而延迟了MC凝胶的发生。这些现象分别与盐析和盐溶效应有关。而阳离子对MC分子的水化结构的影响要弱的多,因而盐对MC凝胶过程的影响主要取决于阴离子类型。
此外,加入如十二烷基硫酸钠( SLS)的表面活性剂也会影响到凝胶温度,其中表面活性剂的浓度是重要的影响因素[21]。在低于临界胶束浓度之下,SLS表现为盐析作用,由于表面活性剂和水分子的结合,导致更多昀纤维素醚分子之间可以更容易形成疏水作用,从而降低了胶凝温度。而当SLS的浓度高于临界胶束浓度时,其呈现为盐溶作用,此时SLS的加入会导致凝胶温度的升高。
当添加剂为乙醇、丙醇、丙二醇等一元醇、二元醇的小分子时,凝胶温度随着添加剂与甲基纤维素的比值的增大而升高,出现最大值后开始降低,最后产生相分离现象。这是因为这些醇类分子量很小,数量级与水分子相当,因而其与水可以达到分子水平混合。醇在纤维素醚溶液中即起到了类似表面活性剂的作用,又起着类似盐的作用。当醇的浓度较低时,前者起着主导作用,这种“似表面活性剂”的效应加强了MC分子链中的疏水基团甲氧基与水分子间的氢键结合,导致疏水缔合作用需要在更高的温度下发生。当醇的浓度较高时,醇的脱水作用占主导作用,即醇分子与水分子强烈作用,消耗了纤维素醚分子外的水层,因而凝胶温度降低