ما هو الفرق بين كربوكسي ميثيل السليلوز وهيدروكسي إيثيل السليلوز؟

يعتبر كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) من مشتقات السليلوز الشائعة، والتي تستخدم على نطاق واسع في الغذاء والدواء ومستحضرات التجميل ومواد البناء وغيرها من المجالات. على الرغم من أن كلاهما مشتق من السليلوز الطبيعي ويتم الحصول عليه عن طريق التعديل الكيميائي، إلا أن هناك اختلافات واضحة في التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية والكيميائية ومجالات التطبيق والتأثيرات الوظيفية.

1. التركيب الكيميائي
السمة الهيكلية الرئيسية لكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) هي أن مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في جزيئات السليلوز يتم استبدالها بمجموعات كربوكسي ميثيل (-CH2COOH). هذا التعديل الكيميائي يجعل CMC شديد الذوبان في الماء، خاصة في الماء لتكوين محلول غرواني لزج. ترتبط لزوجة محلوله ارتباطًا وثيقًا بدرجة استبداله (أي درجة استبدال كربوكسي ميثيل).

يتم تشكيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) عن طريق استبدال مجموعات الهيدروكسيل في السليلوز بهيدروكسي إيثيل (-CH2CH2OH). تزيد مجموعة الهيدروكسي إيثيل الموجودة في جزيء HEC من قابلية السليلوز للذوبان في الماء والمحبة للماء، ويمكن أن تشكل مادة هلامية في ظل ظروف معينة. يمكّن هذا الهيكل HEC من إظهار تأثيرات سماكة وتعليق وتثبيت جيدة في المحلول المائي.

2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الذوبان في الماء:
يمكن إذابة CMC بالكامل في الماء البارد والساخن لتكوين محلول غرواني شفاف أو نصف شفاف. يتميز محلوله بلزوجة عالية، وتتغير اللزوجة مع درجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني. يمكن أيضًا إذابة HEC في الماء البارد والساخن، ولكن بالمقارنة مع CMC، فإن معدل ذوبانه يكون أبطأ ويستغرق وقتًا أطول لتشكيل محلول موحد. إن لزوجة محلول HEC منخفضة نسبيًا، ولكنها تتمتع بمقاومة أفضل للملح واستقرار.

تعديل اللزوجة:
تتأثر لزوجة CMC بسهولة بقيمة الرقم الهيدروجيني. عادة ما تكون أعلى في ظل الظروف المحايدة أو القلوية، ولكن اللزوجة ستنخفض بشكل كبير في ظل الظروف الحمضية القوية. لزوجة HEC أقل تأثراً بقيمة الرقم الهيدروجيني، ولديها نطاق أوسع من ثبات الرقم الهيدروجيني، وهي مناسبة للتطبيقات في ظل ظروف حمضية وقلوية مختلفة.

مقاومة الملح:
إن CMC حساس للغاية للملح، ووجود الملح سوف يقلل بشكل كبير من لزوجة محلوله. من ناحية أخرى، يُظهر HEC مقاومة قوية للملح ولا يزال بإمكانه الحفاظ على تأثير سماكة جيد في بيئة عالية الملوحة. ولذلك، تتمتع HEC بمزايا واضحة في الأنظمة التي تتطلب استخدام الأملاح.

3. مجالات التطبيق
صناعة المواد الغذائية:
يستخدم CMC على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية كمثخن ومثبت ومستحلب. على سبيل المثال، في منتجات مثل الآيس كريم والمشروبات والمربيات والصلصات، يمكن لـ CMC تحسين طعم واستقرار المنتج. نادرًا ما يتم استخدام HEC في صناعة المواد الغذائية، ويستخدم بشكل أساسي في بعض المنتجات ذات المتطلبات الخاصة، مثل الأطعمة منخفضة السعرات الحرارية والمكملات الغذائية الخاصة.

الطب و التجميل:
غالبًا ما يستخدم CMC لتحضير أقراص مديدة الإطلاق من الأدوية، وسوائل العين، وما إلى ذلك، بسبب توافقه الحيوي الجيد وسلامته. يستخدم HEC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل مثل اللوشن والكريمات والشامبو بسبب خصائصه الممتازة في تشكيل الغشاء والترطيب، والتي يمكن أن توفر إحساسًا جيدًا وتأثيرًا مرطبًا.

مواد البناء:
في مواد البناء، يمكن استخدام كل من CMC وHEC كمكثفات ومثبتات للمياه، خاصة في المواد الأسمنتية والجبسية. يتم استخدام HEC على نطاق واسع في مواد البناء نظرًا لمقاومته الجيدة للملح واستقراره، مما يمكن أن يحسن أداء البناء ومتانة المواد.

استخراج النفط:
في استخراج النفط، يمكن لـ CMC، كمواد مضافة لسائل الحفر، التحكم بشكل فعال في اللزوجة وفقدان الماء للطين. أصبحت HEC، نظرًا لمقاومتها الفائقة للملح وخصائصها السميكة، مكونًا مهمًا في المواد الكيميائية لحقول النفط، المستخدمة في سوائل الحفر وسوائل التكسير لتحسين كفاءة التشغيل والفوائد الاقتصادية.

4. حماية البيئة والتحلل البيولوجي
كل من CMC وHEC مشتقان من السليلوز الطبيعي ويتمتعان بقابلية جيدة للتحلل البيولوجي وصديق للبيئة. وفي البيئة الطبيعية، يمكن أن تتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج مواد غير ضارة مثل ثاني أكسيد الكربون والماء، مما يقلل من تلوث البيئة. بالإضافة إلى ذلك، ولأنها غير سامة وغير ضارة، فإنها تستخدم على نطاق واسع في المنتجات التي تتلامس بشكل مباشر مع جسم الإنسان، مثل الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل.

على الرغم من أن كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) كلاهما من مشتقات السليلوز، إلا أن لديهما اختلافات كبيرة في التركيب الكيميائي، والخصائص الفيزيائية والكيميائية، ومجالات التطبيق والتأثيرات الوظيفية. يستخدم CMC على نطاق واسع في الغذاء والدواء واستخراج النفط وغيرها من المجالات بسبب لزوجته العالية وقابليته للتأثيرات البيئية. ومع ذلك، يتم استخدام HEC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل ومواد البناء وما إلى ذلك نظرًا لمقاومته الممتازة للملح وثباته وخصائص تشكيل الفيلم. عند اختيار استخدامه، من الضروري تحديد مشتق السليلوز الأكثر ملاءمة وفقًا لسيناريو التطبيق المحدد ويحتاج إلى تحقيق أفضل تأثير للاستخدام.