Карбоксиметилцелулозата (CMC) и метилцелулозата (MC) са две целулозни производни, широко използвани в много индустрии. Въпреки че и двете са получени от естествена целулоза, поради различни процеси на химична модификация, CMC и MC имат значителни разлики в химичната структура, физичните и химичните свойства и областите на приложение.
1. Източник и основен преглед
Карбоксиметилцелулоза (CMC) се получава чрез взаимодействие на естествена целулоза с хлороцетна киселина след алкална обработка. Това е анионно водоразтворимо целулозно производно. CMC обикновено съществува под формата на натриева сол, така че се нарича още натриева карбоксиметил целулоза (Na-CMC). Поради добрата си разтворимост и функция за регулиране на вискозитета, CMC се използва широко в хранително-вкусовата, фармацевтичната, петролната, текстилната и хартиената промишленост.
Метилцелулозата (MC) се получава чрез метилиране на целулоза с метил хлорид (или други метилиращи реагенти). Това е нейонно производно на целулозата. MC има свойства на термичен гел, разтворът се втвърдява при нагряване и се разтваря при охлаждане. Благодарение на уникалните си свойства, MC се използва широко в строителни материали, фармацевтични препарати, покрития, хранителна и други индустрии.
2. Химическа структура
Основната структура на CMC е въвеждането на карбоксиметилова група (–CH2COOH) върху глюкозната единица на β-1,4-глюкозидната връзка на целулозата. Тази карбоксилна група го прави анионен. Молекулярната структура на CMC има голям брой натриеви карбоксилатни групи. Тези групи лесно се дисоциират във вода, правейки CMC молекулите отрицателно заредени, като по този начин му придават добра разтворимост във вода и свойства за сгъстяване.
Молекулярната структура на MC е въвеждането на метокси групи (–OCH3) в целулозните молекули и тези метокси групи заместват част от хидроксилните групи в целулозните молекули. В структурата на МС няма йонизирани групи, така че тя е нейонна, което означава, че не се дисоциира или не се зарежда в разтвора. Неговите уникални свойства на термогел се дължат на наличието на тези метокси групи.
3. Разтворимост и физични свойства
CMC има добра разтворимост във вода и може бързо да се разтвори в студена вода, за да образува прозрачна вискозна течност. Тъй като е анионен полимер, разтворимостта на CMC се влияе от йонната сила и pH стойността на водата. В среда с високо съдържание на сол или силни киселинни условия, разтворимостта и стабилността на CMC ще намалее. В допълнение, вискозитетът на CMC е относително стабилен при различни температури.
Разтворимостта на МК във вода зависи от температурата. Може да се разтвори в студена вода, но при нагряване ще образува гел. Това свойство на термичен гел позволява на MC да играе специални функции в хранително-вкусовата промишленост и строителните материали. Вискозитетът на МС намалява с повишаване на температурата и има добра устойчивост на ензимно разграждане и стабилност.
4. Вискозитетни характеристики
Вискозитетът на CMC е едно от най-важните му физични свойства. Вискозитетът е тясно свързан с неговото молекулно тегло и степента на заместване. Вискозитетът на CMC разтвора има добра регулируемост, като обикновено произвежда по-висок вискозитет при ниска концентрация (1%-2%), така че често се използва като сгъстител, стабилизатор и суспендиращ агент.
Вискозитетът на МС също е свързан с неговото молекулно тегло и степента на заместване. MC с различни степени на заместване има различни характеристики на вискозитет. MC също има добър сгъстяващ ефект в разтвора, но когато се нагрее до определена температура, MC разтворът ще се желира. Това желиращо свойство се използва широко в строителната индустрия (като гипс, цимент) и хранително-вкусовата промишленост (като сгъстяване, образуване на филм и др.).
5. Области на приложение
CMC обикновено се използва като сгъстител, емулгатор, стабилизатор и суспендиращ агент в хранително-вкусовата промишленост. Например, в сладолед, кисело мляко и плодови напитки CMC може ефективно да предотврати отделянето на съставките и да подобри вкуса и стабилността на продукта. В петролната промишленост CMC се използва като агент за обработка на кал, за да помогне за контролиране на течливостта и загубата на течност на сондажни течности. Освен това CMC се използва и за модификация на целулоза в хартиената промишленост и като оразмеряващ агент в текстилната промишленост.
MC се използва широко в строителната индустрия, особено в сухи разтвори, лепила за плочки и шпакловки. Като сгъстител и водозадържащ агент, MC може да подобри строителните характеристики и здравината на свързване. Във фармацевтичната индустрия MC се използва като свързващи вещества за таблетки, материали с продължително освобождаване и материали за стени на капсули. Неговите терможелиращи свойства позволяват контролирано освобождаване в определени формулировки. В допълнение, MC се използва и в хранително-вкусовата промишленост като сгъстител, стабилизатор и емулгатор за храни, като сосове, пълнежи, хляб и др.
6. Безопасност и биоразградимост
CMC се счита за безопасна хранителна добавка. Обширни токсикологични изследвания показват, че CMC е безвреден за човешкия организъм при препоръчителната дозировка. Тъй като CMC е производно на базата на естествена целулоза и има добра биоразградимост, то е относително щадящо за околната среда и може да се разгради от микроорганизми.
MC също се счита за безопасна добавка и се използва широко в лекарства, храни и козметика. Нейонната му природа го прави силно стабилен in vivo и in vitro. Въпреки че MC не е толкова биоразградим като CMC, той също може да бъде разграден от микроорганизми при определени условия.
Въпреки че и карбоксиметилцелулозата, и метилцелулозата са получени от естествена целулоза, те имат различни характеристики в практическите приложения поради различните си химични структури, физични свойства и области на приложение. CMC се използва широко в хранително-вкусовата, фармацевтичната и промишлената сфера поради добрата си разтворимост във вода, сгъстяващи и суспензионни свойства, докато MC заема важно място в строителната, фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост поради свойствата си на термичен гел и стабилност. И двата имат уникални приложения в съвременната индустрия и са зелени и екологични материали.
Време на публикуване: 18 октомври 2024 г