La carboximetil cel·lulosa (CMC) i la metilcel·lulosa (MC) són dos derivats de cel·lulosa àmpliament utilitzats en moltes indústries. Tot i que tots dos deriven de la cel·lulosa natural, a causa dels diferents processos de modificació química, CMC i MC presenten diferències significatives en l'estructura química, les propietats físiques i químiques i els camps d'aplicació.
1. Font i visió general bàsica
La carboximetilcel·lulosa (CMC) es prepara fent reaccionar cel·lulosa natural amb àcid cloroacètic després d'un tractament àlcali. És un derivat aniònic de cel·lulosa soluble en aigua. La CMC sol existir en forma de sal sòdica, per la qual cosa també s'anomena carboximetil cel·lulosa de sodi (Na-CMC). A causa de la seva bona solubilitat i funció d'ajust de la viscositat, CMC s'utilitza àmpliament en les indústries alimentàries, farmacèutiques, de perforació petroliera, tèxtil i paperera.
La metilcel·lulosa (MC) es prepara mitjançant la metilació de la cel·lulosa amb clorur de metil (o altres reactius de metilació). És un derivat de cel·lulosa no iònic. MC té propietats de gel tèrmic, la solució es solidifica quan s'escalfa i es dissol quan es refreda. A causa de les seves propietats úniques, MC s'utilitza àmpliament en materials de construcció, preparats farmacèutics, recobriments, alimentació i altres indústries.
2. Estructura química
L'estructura bàsica de la CMC és la introducció d'un grup carboximetil (–CH2COOH) a la unitat de glucosa de l'enllaç β-1,4-glucosídic de la cel·lulosa. Aquest grup carboxil el fa aniònic. L'estructura molecular de CMC té un gran nombre de grups carboxilat de sodi. Aquests grups es dissocien fàcilment en aigua, la qual cosa fa que les molècules CMC es carreguin negativament, donant-li així una bona solubilitat en aigua i propietats espessidores.
L'estructura molecular de la MC és la introducció de grups metoxi (–OCH3) a les molècules de cel·lulosa, i aquests grups metoxi substitueixen part dels grups hidroxil de les molècules de cel·lulosa. No hi ha grups ionitzats a l'estructura MC, de manera que no és iònic, és a dir, no es dissocia ni es carrega en solució. Les seves propietats úniques de gel tèrmic són causades per la presència d'aquests grups metoxi.
3. Solubilitat i propietats físiques
CMC té una bona solubilitat en aigua i es pot dissoldre ràpidament en aigua freda per formar un líquid viscós transparent. Com que és un polímer aniònic, la solubilitat del CMC es veu afectada per la força iònica i el valor del pH de l'aigua. En entorns alts en sal o en condicions d'àcid fort, la solubilitat i l'estabilitat del CMC disminuirà. A més, la viscositat de CMC és relativament estable a diferents temperatures.
La solubilitat de MC en aigua depèn de la temperatura. Es pot dissoldre en aigua freda, però quan s'escalfa formarà un gel. Aquesta propietat de gel tèrmic permet que MC tingui funcions especials en la indústria alimentària i els materials de construcció. La viscositat de MC disminueix a mesura que augmenta la temperatura i té una bona resistència a la degradació enzimàtica i estabilitat.
4. Característiques de la viscositat
La viscositat del CMC és una de les seves propietats físiques més importants. La viscositat està estretament relacionada amb el seu pes molecular i grau de substitució. La viscositat de la solució CMC té una bona capacitat d'ajust, generalment produeix una viscositat més alta a baixa concentració (1%-2%), de manera que s'utilitza sovint com a espessidor, estabilitzador i agent de suspensió.
La viscositat de MC també està relacionada amb el seu pes molecular i el grau de substitució. MC amb diferents graus de substitució té diferents característiques de viscositat. MC també té un bon efecte espessidor a la solució, però quan s'escalfa a una temperatura determinada, la solució MC es gelificarà. Aquesta propietat gelificant s'utilitza àmpliament en la indústria de la construcció (com ara guix, ciment) i processament d'aliments (com ara espessiment, formació de pel·lícules, etc.).
5. Àmbits d'aplicació
El CMC s'utilitza habitualment com a espessidor, emulsionant, estabilitzador i agent de suspensió a la indústria alimentària. Per exemple, en gelats, iogurts i begudes de fruites, CMC pot prevenir eficaçment la separació d'ingredients i millorar el gust i l'estabilitat del producte. A la indústria del petroli, CMC s'utilitza com a agent de tractament de fang per ajudar a controlar la fluïdesa i la pèrdua de fluids dels fluids de perforació. A més, el CMC també s'utilitza per a la modificació de pasta a la indústria paperera i com a agent d'encolat a la indústria tèxtil.
MC s'utilitza àmpliament a la indústria de la construcció, especialment en morters secs, adhesius de rajoles i pols de massilla. Com a agent espessidor i agent de retenció d'aigua, MC pot millorar el rendiment de la construcció i la força d'unió. A la indústria farmacèutica, MC s'utilitza com a aglutinants de tauletes, materials d'alliberament sostingut i materials de paret de càpsules. Les seves propietats termogelificants permeten un alliberament controlat en determinades formulacions. A més, MC també s'utilitza a la indústria alimentària com a espessidor, estabilitzador i emulsionant per a aliments, com salses, farcits, pans, etc.
6. Seguretat i biodegradabilitat
El CMC es considera un additiu alimentari segur. Estudis toxicològics extensos han demostrat que la CMC és inofensiva per al cos humà a la dosi recomanada. Com que el CMC és un derivat a base de cel·lulosa natural i té una bona biodegradabilitat, és relativament respectuós amb el medi ambient i pot ser degradat per microorganismes.
El MC també es considera un additiu segur i s'utilitza àmpliament en medicaments, aliments i cosmètics. La seva naturalesa no iònica la fa altament estable in vivo i in vitro. Tot i que la MC no és tan biodegradable com la CMC, també pot ser degradada per microorganismes en condicions específiques.
Tot i que la carboximetil cel·lulosa i la metil cel·lulosa es deriven de la cel·lulosa natural, tenen característiques diferents en aplicacions pràctiques a causa de les seves diferents estructures químiques, propietats físiques i camps d'aplicació. CMC s'utilitza àmpliament en els camps alimentari, farmacèutic i industrial a causa de les seves bones propietats de solubilitat en aigua, espessiment i suspensió, mentre que MC ocupa una posició important a les indústries de la construcció, farmacèutica i alimentària a causa de les seves propietats i estabilitat de gel tèrmic. Tots dos tenen aplicacions úniques a la indústria moderna i tots dos són materials ecològics i respectuosos amb el medi ambient.
Hora de publicació: 18-octubre-2024