ما هو الفرق بين كربوكسي ميثيل السليلوز وميثيل السليلوز؟

كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وميثيل السليلوز (MC) هما مشتقان من السليلوز يستخدمان على نطاق واسع في العديد من الصناعات. على الرغم من أن كلاهما مشتق من السليلوز الطبيعي، بسبب عمليات التعديل الكيميائي المختلفة، فإن CMC وMC لديهما اختلافات كبيرة في التركيب الكيميائي، والخصائص الفيزيائية والكيميائية، ومجالات التطبيق.

1. المصدر ونظرة عامة أساسية
يتم تحضير كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) عن طريق تفاعل السليلوز الطبيعي مع حمض الكلوروسيتيك بعد المعالجة القلوية. وهو مشتق السليلوز أنيوني قابل للذوبان في الماء. يوجد CMC عادة على شكل ملح الصوديوم، لذلك يطلق عليه أيضًا Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC). نظرًا لقابلية الذوبان الجيدة ووظيفة تعديل اللزوجة، فإن CMC يستخدم على نطاق واسع في صناعات الأغذية والأدوية والتنقيب عن النفط والمنسوجات والورق.

يتم تحضير ميثيل سلولوز (MC) عن طريق مثيلة السليلوز مع كلوريد الميثيل (أو كواشف ميثيل أخرى). وهو مشتق السليلوز غير الأيونية. يتمتع MC بخصائص هلامية حرارية، حيث يصلب المحلول عند تسخينه ويذوب عند تبريده. نظرًا لخصائصه الفريدة، يتم استخدام MC على نطاق واسع في مواد البناء والمستحضرات الصيدلانية والطلاءات والمواد الغذائية وغيرها من الصناعات.

2. التركيب الكيميائي
الهيكل الأساسي لـ CMC هو إدخال مجموعة كربوكسي ميثيل (–CH2COOH) على وحدة الجلوكوز في رابطة β-1،4-glucosidic من السليلوز. مجموعة الكربوكسيل هذه تجعلها أنيونية. يحتوي التركيب الجزيئي لـ CMC على عدد كبير من مجموعات كربوكسيل الصوديوم. يتم فصل هذه المجموعات بسهولة في الماء، مما يجعل جزيئات CMC مشحونة سالبًا، مما يمنحها قابلية جيدة للذوبان في الماء وخصائص سماكة.

التركيب الجزيئي لـ MC هو إدخال مجموعات الميثوكسي (-OCH3) في جزيئات السليلوز، وتحل مجموعات الميثوكسي هذه محل جزء من مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز. لا توجد مجموعات متأينة في بنية MC، لذا فهي غير أيونية، مما يعني أنها لا تنفصل أو تصبح مشحونة في المحلول. خصائصه الهلامية الحرارية الفريدة ناتجة عن وجود مجموعات الميثوكسي هذه.

3. الذوبان والخصائص الفيزيائية
يتمتع CMC بقابلية ذوبان جيدة في الماء ويمكن أن يذوب بسرعة في الماء البارد ليشكل سائلًا لزجًا شفافًا. نظرًا لأنه بوليمر أنيوني، فإن قابلية ذوبان CMC تتأثر بالقوة الأيونية وقيمة الرقم الهيدروجيني للماء. في البيئات ذات الملوحة العالية أو الظروف الحمضية القوية، ستنخفض قابلية ذوبان واستقرار CMC. بالإضافة إلى ذلك، فإن لزوجة CMC تكون مستقرة نسبيًا عند درجات حرارة مختلفة.

تعتمد ذوبان MC في الماء على درجة الحرارة. يمكن إذابته في الماء البارد ولكنه سيشكل مادة هلامية عند تسخينه. تمكن خاصية الجل الحراري هذه MC من لعب وظائف خاصة في صناعة المواد الغذائية ومواد البناء. تنخفض لزوجة MC مع زيادة درجة الحرارة، ولها مقاومة جيدة للتحلل الأنزيمي والاستقرار.

4. خصائص اللزوجة
تعتبر لزوجة CMC واحدة من أهم خصائصها الفيزيائية. ترتبط اللزوجة ارتباطًا وثيقًا بوزنها الجزيئي ودرجة الاستبدال. تتمتع لزوجة محلول CMC بقابلية ضبط جيدة، وعادةً ما تنتج لزوجة أعلى بتركيز منخفض (1%-2%)، لذلك غالبًا ما يتم استخدامه كمثخن ومثبت وعامل تعليق.

ترتبط لزوجة MC أيضًا بوزنها الجزيئي ودرجة الاستبدال. MC بدرجات مختلفة من الاستبدال لها خصائص لزوجة مختلفة. يتمتع MC أيضًا بتأثير سماكة جيد في المحلول، ولكن عند تسخينه إلى درجة حرارة معينة، فإن محلول MC سوف يتجمد. تُستخدم خاصية التبلور هذه على نطاق واسع في صناعة البناء والتشييد (مثل الجبس والأسمنت) وتجهيز الأغذية (مثل التسميك وتشكيل الأفلام وما إلى ذلك).

5. مجالات التطبيق
يستخدم CMC بشكل شائع كمثخن، مستحلب، مثبت، وعامل تعليق في صناعة المواد الغذائية. على سبيل المثال، في الآيس كريم، الزبادي ومشروبات الفاكهة، يمكن لـ CMC منع فصل المكونات بشكل فعال وتحسين طعم واستقرار المنتج. في صناعة البترول، يتم استخدام CMC كعامل معالجة الطين للمساعدة في التحكم في السيولة وفقدان السوائل في سوائل الحفر. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام CMC أيضًا لتعديل اللب في صناعة الورق وكعامل تحجيم في صناعة النسيج.

يستخدم MC على نطاق واسع في صناعة البناء والتشييد، وخاصة في الملاط الجاف، والمواد اللاصقة للبلاط ومساحيق المعجون. كعامل سماكة وعامل الاحتفاظ بالمياه، يمكن MC تحسين أداء البناء وقوة الترابط. في صناعة المستحضرات الصيدلانية، يتم استخدام MC كمجلدات للأقراص، ومواد مستدامة الإطلاق، ومواد جدار الكبسولة. تتيح خصائص التجلّد الحراري الخاصة به إطلاقًا متحكمًا في تركيبات معينة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام MC أيضًا في صناعة المواد الغذائية كمكثف ومثبت ومستحلب للأغذية، مثل الصلصات والحشوات والخبز وما إلى ذلك.

6. السلامة والتحلل البيولوجي
يعتبر CMC من المضافات الغذائية الآمنة. أظهرت دراسات السمية واسعة النطاق أن CMC غير ضار لجسم الإنسان عند تناول الجرعة الموصى بها. نظرًا لأن CMC هو مشتق يعتمد على السليلوز الطبيعي ويتمتع بقابلية جيدة للتحلل البيولوجي، فهو صديق للبيئة نسبيًا ويمكن أن يتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.

يعتبر MC أيضًا مادة مضافة آمنة ويستخدم على نطاق واسع في الأدوية والأطعمة ومستحضرات التجميل. طبيعته غير الأيونية تجعله مستقرًا للغاية في الجسم الحي وفي المختبر. على الرغم من أن MC ليس قابلاً للتحلل البيولوجي مثل CMC، إلا أنه قادر أيضًا على التحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في ظل ظروف معينة.

على الرغم من أن كلا من كربوكسي ميثيل السليلوز وسليلوز الميثيل مشتقان من السليلوز الطبيعي، إلا أن لهما خصائص مختلفة في التطبيقات العملية بسبب اختلاف تركيبهما الكيميائي وخصائصهما الفيزيائية ومجالات التطبيق. يستخدم CMC على نطاق واسع في المجالات الغذائية والصيدلانية والصناعية بسبب قابليته الجيدة للذوبان في الماء وخصائص السماكة والتعليق، بينما يحتل MC مكانة مهمة في صناعات البناء والصناعات الدوائية والصناعات الغذائية بسبب خصائصه الهلامية الحرارية وثباته. كلاهما لهما تطبيقات فريدة في الصناعة الحديثة، وكلاهما مواد خضراء وصديقة للبيئة.