Karboksimetil celuloza (CMC) i metil celuloza (MC) su dva derivata celuloze koja se široko koriste u mnogim industrijama. Iako su oba izvedena iz prirodne celuloze, zbog različitih procesa hemijske modifikacije, CMC i MC imaju značajne razlike u hemijskoj strukturi, fizičkim i hemijskim svojstvima i oblastima primene.
1. Izvor i osnovni pregled
Karboksimetilceluloza (CMC) se priprema reakcijom prirodne celuloze sa hloroctenom kiselinom nakon alkalne obrade. To je anjonski derivat celuloze rastvorljiv u vodi. CMC obično postoji u obliku natrijumove soli, pa se naziva i natrijum karboksimetil celuloza (Na-CMC). Zbog svoje dobre rastvorljivosti i funkcije podešavanja viskoziteta, CMC se široko koristi u prehrambenoj, farmaceutskoj, naftnoj, tekstilnoj i papirnoj industriji.
Metilceluloza (MC) se priprema metilacijom celuloze metil hloridom (ili drugim metilirajućim reagensima). To je nejonski derivat celuloze. MC ima svojstva termičkog gela, otopina se stvrdnjava kada se zagrije i rastvara kada se ohladi. Zbog svojih jedinstvenih svojstava, MC se široko koristi u građevinskim materijalima, farmaceutskim preparatima, premazima, prehrambenoj i drugim industrijama.
2. Hemijska struktura
Osnovna struktura CMC je uvođenje karboksimetil grupe (–CH2COOH) na jedinicu glukoze β-1,4-glukozidne veze celuloze. Ova karboksilna grupa ga čini anjonskom. Molekularna struktura CMC ima veliki broj natrijum karboksilatnih grupa. Ove grupe se lako disociraju u vodi, čineći molekule CMC negativno nabijenim, što im daje dobru topljivost u vodi i svojstva zgušnjavanja.
Molekularna struktura MC je uvođenje metoksi grupa (–OCH3) u molekule celuloze, a ove metoksi grupe zamenjuju deo hidroksilnih grupa u molekulima celuloze. U MC strukturi nema jonizovanih grupa, tako da je nejonska, što znači da se ne disocira i ne naelektriše u rastvoru. Njegova jedinstvena svojstva termičkog gela uzrokovana su prisustvom ovih metoksi grupa.
3. Rastvorljivost i fizička svojstva
CMC ima dobru rastvorljivost u vodi i može se brzo rastvoriti u hladnoj vodi da formira prozirnu viskoznu tečnost. Budući da je to anjonski polimer, na topljivost CMC utječu jonska snaga i pH vrijednost vode. U okruženjima sa visokim sadržajem soli ili jakim kiselim uslovima, rastvorljivost i stabilnost CMC će se smanjiti. Osim toga, viskoznost CMC je relativno stabilna na različitim temperaturama.
Rastvorljivost MC u vodi ovisi o temperaturi. Može se rastvoriti u hladnoj vodi, ali će formirati gel kada se zagreje. Ovo svojstvo termalnog gela omogućava MC-u da igra posebne funkcije u prehrambenoj industriji i građevinskim materijalima. Viskoznost MC opada kako temperatura raste, a ima dobru otpornost na enzimsku degradaciju i stabilnost.
4. Karakteristike viskoznosti
Viskoznost CMC je jedno od njegovih najvažnijih fizičkih svojstava. Viskozitet je usko povezan sa njegovom molekulskom težinom i stepenom supstitucije. Viskozitet CMC rastvora ima dobru podesivost, obično proizvodi veći viskozitet pri niskoj koncentraciji (1%-2%), pa se često koristi kao zgušnjivač, stabilizator i sredstvo za suspendovanje.
Viskoznost MC je takođe povezana sa njegovom molekulskom težinom i stepenom supstitucije. MC sa različitim stupnjevima supstitucije ima različite karakteristike viskoznosti. MC takođe ima dobar efekat zgušnjavanja u rastvoru, ali kada se zagreje na određenu temperaturu, MC rastvor će gelirati. Ovo svojstvo geliranja se široko koristi u građevinskoj industriji (kao što je gips, cement) i preradi hrane (kao što je zgušnjavanje, formiranje filma, itd.).
5. Područja primjene
CMC se obično koristi kao zgušnjivač, emulgator, stabilizator i sredstvo za suspenziju u prehrambenoj industriji. Na primjer, u sladoledu, jogurtu i voćnim pićima, CMC može efikasno spriječiti odvajanje sastojaka i poboljšati okus i stabilnost proizvoda. U naftnoj industriji, CMC se koristi kao sredstvo za tretman isplake kako bi se pomoglo u kontroli fluidnosti i gubitka tekućine u bušaćim tekućinama. Osim toga, CMC se također koristi za modifikaciju pulpe u industriji papira i kao sredstvo za dimenzioniranje u tekstilnoj industriji.
MC se široko koristi u građevinskoj industriji, posebno u suhim malterima, ljepilima za pločice i prahovima za kitove. Kao sredstvo za zgušnjavanje i sredstvo za zadržavanje vode, MC može poboljšati performanse konstrukcije i snagu vezivanja. U farmaceutskoj industriji, MC se koristi kao veziva za tablete, materijali sa produženim oslobađanjem i materijali za zidove kapsula. Njegova svojstva termogeliranja omogućavaju kontrolirano oslobađanje u određenim formulacijama. Osim toga, MC se također koristi u prehrambenoj industriji kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator za hranu, kao što su umaci, nadjevi, kruh, itd.
6. Sigurnost i biorazgradivost
CMC se smatra sigurnim dodatkom hrani. Opsežne toksikološke studije su pokazale da je CMC bezopasan za ljudski organizam u preporučenim dozama. Budući da je CMC derivat baziran na prirodnoj celulozi i ima dobru biorazgradljivost, relativno je prijateljski na okoliš i može se razgraditi od strane mikroorganizama.
MC se također smatra sigurnim dodatkom i široko se koristi u lijekovima, hrani i kozmetici. Njegova nejonska priroda ga čini visoko stabilnim in vivo i in vitro. Iako MC nije biorazgradiv kao CMC, također ga mogu razgraditi mikroorganizmi pod određenim uvjetima.
Iako su i karboksimetil celuloza i metil celuloza izvedene iz prirodne celuloze, one imaju različite karakteristike u praktičnoj primjeni zbog različitih kemijskih struktura, fizičkih svojstava i područja primjene. CMC ima široku primenu u prehrambenoj, farmaceutskoj i industrijskoj oblasti zbog svoje dobre rastvorljivosti u vodi, zgušnjavanja i suspenzije, dok MC zauzima važno mesto u građevinarstvu, farmaceutskoj i prehrambenoj industriji zbog svojih svojstava termičkog gela i stabilnosti. Oba imaju jedinstvenu primjenu u modernoj industriji, a oba su zeleni i ekološki prihvatljivi materijali.
Vrijeme objave: 18.10.2024