Carboxymethylcellulose (CMC) og methylcellulose (MC) er to cellulosederivater, der er meget udbredt i mange industrier. Selvom de begge er afledt af naturlig cellulose, på grund af forskellige kemiske modifikationsprocesser, har CMC og MC betydelige forskelle i kemisk struktur, fysiske og kemiske egenskaber og anvendelsesområder.
1. Kilde og grundlæggende oversigt
Carboxymethylcellulose (CMC) fremstilles ved at omsætte naturlig cellulose med chloreddikesyre efter alkalibehandling. Det er et anionisk vandopløseligt cellulosederivat. CMC findes normalt i form af natriumsalt, så det kaldes også natriumcarboxymethylcellulose (Na-CMC). På grund af sin gode opløselighed og viskositetsjusteringsfunktion er CMC meget udbredt i fødevare-, medicinal-, olieboring-, tekstil- og papirindustrien.
Methylcellulose (MC) fremstilles ved at methylere cellulose med methylchlorid (eller andre methyleringsreagenser). Det er et ikke-ionisk cellulosederivat. MC har termiske gelegenskaber, opløsningen størkner ved opvarmning og opløses ved afkøling. På grund af dets unikke egenskaber er MC meget brugt i byggematerialer, farmaceutiske præparater, belægninger, fødevarer og andre industrier.
2. Kemisk struktur
Den grundlæggende struktur af CMC er introduktionen af en carboxymethylgruppe (-CH2COOH) på glucosenheden af β-1,4-glucosidbindingen af cellulose. Denne carboxylgruppe gør den anionisk. Den molekylære struktur af CMC har et stort antal natriumcarboxylatgrupper. Disse grupper adskilles let i vand, hvilket gør CMC-molekylerne negativt ladede, hvilket giver det gode vandopløselighed og fortykkende egenskaber.
Den molekylære struktur af MC er indførelsen af methoxygrupper (–OCH3) i cellulosemolekylerne, og disse methoxygrupper erstatter en del af hydroxylgrupperne i cellulosemolekylerne. Der er ingen ioniserede grupper i MC-strukturen, så den er ikke-ionisk, hvilket betyder, at den ikke dissocierer eller bliver ladet i opløsning. Dens unikke termiske gelegenskaber er forårsaget af tilstedeværelsen af disse methoxygrupper.
3. Opløselighed og fysiske egenskaber
CMC har god opløselighed i vand og kan hurtigt opløses i koldt vand for at danne en gennemsigtig tyktflydende væske. Da det er en anionisk polymer, påvirkes opløseligheden af CMC af vandets ionstyrke og pH-værdi. I miljøer med højt saltindhold eller stærke sure forhold vil opløseligheden og stabiliteten af CMC falde. Derudover er viskositeten af CMC relativt stabil ved forskellige temperaturer.
Opløseligheden af MC i vand afhænger af temperaturen. Det kan opløses i koldt vand, men vil danne en gel ved opvarmning. Denne termiske gelegenskab gør det muligt for MC at spille særlige funktioner i fødevareindustrien og byggematerialer. Viskositeten af MC falder, når temperaturen stiger, og den har god modstandsdygtighed over for enzymatisk nedbrydning og stabilitet.
4. Viskositetsegenskaber
Viskositeten af CMC er en af dens vigtigste fysiske egenskaber. Viskositeten er tæt forbundet med dens molekylvægt og substitutionsgrad. Viskositeten af CMC-opløsningen har god justerbarhed, hvilket normalt giver højere viskositet ved lav koncentration (1%-2%), så den bruges ofte som fortykningsmiddel, stabilisator og suspenderingsmiddel.
Viskositeten af MC er også relateret til dets molekylvægt og substitutionsgrad. MC med forskellige grader af substitution har forskellige viskositetskarakteristika. MC har også en god fortykkende effekt i opløsningen, men ved opvarmning til en bestemt temperatur vil MC opløsningen gelere. Denne geleringsegenskab er meget brugt i byggeindustrien (såsom gips, cement) og fødevareforarbejdning (såsom fortykkelse, filmdannelse osv.).
5. Anvendelsesområder
CMC er almindeligt anvendt som fortykningsmiddel, emulgator, stabilisator og suspenderingsmiddel i fødevareindustrien. For eksempel i is, yoghurt og frugtdrikke kan CMC effektivt forhindre ingrediensadskillelse og forbedre smagen og stabiliteten af produktet. I olieindustrien bruges CMC som et mudderbehandlingsmiddel til at hjælpe med at kontrollere fluiditeten og væsketabet af borevæsker. Derudover bruges CMC også til pulpmodifikation i papirindustrien og som limningsmiddel i tekstilindustrien.
MC er meget udbredt i byggebranchen, især i tørmørtler, fliseklæber og spartelpulver. Som fortykningsmiddel og vandtilbageholdende middel kan MC forbedre konstruktionens ydeevne og bindestyrken. I den farmaceutiske industri bruges MC som tabletbindere, materialer med forlænget frigivelse og kapselvægmaterialer. Dens termogelerende egenskaber muliggør kontrolleret frigivelse i visse formuleringer. Derudover bruges MC også i fødevareindustrien som fortykningsmiddel, stabilisator og emulgator til fødevarer, såsom saucer, fyld, brød mv.
6. Sikkerhed og biologisk nedbrydelighed
CMC betragtes som et sikkert fødevaretilsætningsstof. Omfattende toksikologiske undersøgelser har vist, at CMC er uskadelig for den menneskelige krop ved den anbefalede dosis. Da CMC er et derivat baseret på naturlig cellulose og har god biologisk nedbrydelighed, er det relativt venligt i miljøet og kan nedbrydes af mikroorganismer.
MC betragtes også som et sikkert tilsætningsstof og er meget udbredt i medicin, fødevarer og kosmetik. Dens ikke-ioniske natur gør den meget stabil in vivo og in vitro. Selvom MC ikke er så biologisk nedbrydeligt som CMC, er det også i stand til at blive nedbrudt af mikroorganismer under specifikke forhold.
Selvom carboxymethylcellulose og methylcellulose begge er afledt af naturlig cellulose, har de forskellige egenskaber i praktiske anvendelser på grund af deres forskellige kemiske strukturer, fysiske egenskaber og anvendelsesområder. CMC er meget udbredt inden for fødevare-, farmaceutiske og industrielle områder på grund af dets gode vandopløselighed, fortyknings- og suspensionsegenskaber, mens MC indtager en vigtig position i bygge-, medicinal- og fødevareindustrien på grund af dets termiske gelegenskaber og stabilitet. Begge har unikke anvendelser i moderne industri, og begge er grønne og miljøvenlige materialer.
Indlægstid: 18. oktober 2024