Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC) sind zwei Cellulosederivate, die in vielen Branchen weit verbreitet sind. Obwohl sie beide aus natürlicher Zellulose gewonnen werden, weisen CMC und MC aufgrund unterschiedlicher chemischer Modifikationsprozesse erhebliche Unterschiede in der chemischen Struktur, den physikalischen und chemischen Eigenschaften und den Anwendungsbereichen auf.
1. Quelle und grundlegender Überblick
Carboxymethylcellulose (CMC) wird durch Reaktion natürlicher Cellulose mit Chloressigsäure nach einer Alkalibehandlung hergestellt. Es ist ein anionisches wasserlösliches Cellulosederivat. CMC liegt normalerweise in Form von Natriumsalz vor und wird daher auch Natriumcarboxymethylcellulose (Na-CMC) genannt. Aufgrund seiner guten Löslichkeit und Viskositätseinstellungsfunktion wird CMC häufig in der Lebensmittel-, Pharma-, Ölbohr-, Textil- und Papierindustrie eingesetzt.
Methylcellulose (MC) wird durch Methylierung von Cellulose mit Methylchlorid (oder anderen Methylierungsreagenzien) hergestellt. Es ist ein nichtionisches Cellulosederivat. MC hat thermische Geleigenschaften, die Lösung verfestigt sich beim Erhitzen und löst sich beim Abkühlen auf. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wird MC häufig in Baumaterialien, pharmazeutischen Präparaten, Beschichtungen, Lebensmitteln und anderen Industrien eingesetzt.
2. Chemische Struktur
Die Grundstruktur von CMC ist die Einführung einer Carboxymethylgruppe (–CH2COOH) an der Glucoseeinheit der β-1,4-glucosidischen Bindung von Cellulose. Diese Carboxylgruppe macht es anionisch. Die Molekülstruktur von CMC weist eine große Anzahl von Natriumcarboxylatgruppen auf. Diese Gruppen dissoziieren leicht in Wasser, wodurch die CMC-Moleküle negativ geladen werden und dadurch gute Wasserlöslichkeit und Verdickungseigenschaften erhalten.
Die Molekülstruktur von MC beruht auf der Einführung von Methoxygruppen (–OCH3) in die Cellulosemoleküle, und diese Methoxygruppen ersetzen einen Teil der Hydroxylgruppen in den Cellulosemolekülen. Die MC-Struktur enthält keine ionisierten Gruppen, daher ist sie nichtionisch, was bedeutet, dass sie in Lösung nicht dissoziiert oder aufgeladen wird. Seine einzigartigen thermischen Geleigenschaften werden durch das Vorhandensein dieser Methoxygruppen verursacht.
3. Löslichkeit und physikalische Eigenschaften
CMC hat eine gute Wasserlöslichkeit und kann sich in kaltem Wasser schnell auflösen und eine transparente viskose Flüssigkeit bilden. Da es sich um ein anionisches Polymer handelt, wird die Löslichkeit von CMC durch die Ionenstärke und den pH-Wert des Wassers beeinflusst. In Umgebungen mit hohem Salzgehalt oder stark sauren Bedingungen nimmt die Löslichkeit und Stabilität von CMC ab. Darüber hinaus ist die Viskosität von CMC bei verschiedenen Temperaturen relativ stabil.
Die Löslichkeit von MC in Wasser hängt von der Temperatur ab. Es lässt sich in kaltem Wasser auflösen, bildet beim Erhitzen jedoch ein Gel. Diese thermische Geleigenschaft ermöglicht es MC, besondere Funktionen in der Lebensmittelindustrie und bei Baumaterialien zu übernehmen. Die Viskosität von MC nimmt mit steigender Temperatur ab und es weist eine gute Beständigkeit gegen enzymatischen Abbau und Stabilität auf.
4. Viskositätseigenschaften
Die Viskosität von CMC ist eine seiner wichtigsten physikalischen Eigenschaften. Die Viskosität hängt eng mit dem Molekulargewicht und dem Substitutionsgrad zusammen. Die Viskosität der CMC-Lösung ist gut einstellbar und führt normalerweise zu einer höheren Viskosität bei niedriger Konzentration (1–2 %). Daher wird sie häufig als Verdickungsmittel, Stabilisator und Suspendiermittel verwendet.
Die Viskosität von MC hängt auch von seinem Molekulargewicht und dem Substitutionsgrad ab. MC mit unterschiedlichem Substitutionsgrad weist unterschiedliche Viskositätseigenschaften auf. MC hat auch eine gute Verdickungswirkung in der Lösung, aber wenn es auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, geliert die MC-Lösung. Diese Geliereigenschaft wird häufig in der Bauindustrie (z. B. Gips, Zement) und in der Lebensmittelverarbeitung (z. B. Eindickung, Filmbildung usw.) genutzt.
5. Anwendungsgebiete
CMC wird häufig als Verdickungsmittel, Emulgator, Stabilisator und Suspensionsmittel in der Lebensmittelindustrie verwendet. Beispielsweise kann CMC in Eiscreme, Joghurt und Fruchtgetränken die Trennung der Zutaten wirksam verhindern und den Geschmack und die Stabilität des Produkts verbessern. In der Erdölindustrie wird CMC als Schlammbehandlungsmittel verwendet, um die Fließfähigkeit und den Flüssigkeitsverlust von Bohrspülungen zu kontrollieren. Darüber hinaus wird CMC auch zur Zellstoffmodifizierung in der Papierindustrie und als Leimungsmittel in der Textilindustrie eingesetzt.
MC wird in der Bauindustrie häufig verwendet, insbesondere in Trockenmörteln, Fliesenklebern und Kittpulvern. Als Verdickungsmittel und Wasserrückhaltemittel kann MC die Bauleistung und die Klebefestigkeit verbessern. In der pharmazeutischen Industrie wird MC als Tablettenbindemittel, Retardmaterial und Kapselwandmaterial verwendet. Seine thermogelierenden Eigenschaften ermöglichen eine kontrollierte Freisetzung in bestimmten Formulierungen. Darüber hinaus wird MC auch in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel, Stabilisator und Emulgator für Lebensmittel wie Soßen, Füllungen, Brot usw. verwendet.
6. Sicherheit und biologische Abbaubarkeit
CMC gilt als sicherer Lebensmittelzusatzstoff. Umfangreiche toxikologische Studien haben gezeigt, dass CMC in der empfohlenen Dosierung für den menschlichen Körper unbedenklich ist. Da CMC ein auf natürlicher Zellulose basierendes Derivat ist und gut biologisch abbaubar ist, ist es relativ umweltfreundlich und kann von Mikroorganismen abgebaut werden.
MC gilt zudem als sicherer Zusatzstoff und wird häufig in Medikamenten, Lebensmitteln und Kosmetika verwendet. Aufgrund seiner nichtionischen Natur ist es in vivo und in vitro äußerst stabil. Obwohl MC nicht so biologisch abbaubar ist wie CMC, kann es unter bestimmten Bedingungen auch von Mikroorganismen abgebaut werden.
Obwohl Carboxymethylcellulose und Methylcellulose beide aus natürlicher Cellulose gewonnen werden, weisen sie in der praktischen Anwendung aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Strukturen, physikalischen Eigenschaften und Anwendungsgebiete unterschiedliche Eigenschaften auf. CMC wird aufgrund seiner guten Wasserlöslichkeit, Verdickungs- und Suspensionseigenschaften häufig in der Lebensmittel-, Pharma- und Industriebranche eingesetzt, während MC aufgrund seiner thermischen Geleigenschaften und Stabilität eine wichtige Position in der Bau-, Pharma- und Lebensmittelindustrie einnimmt. Beide haben einzigartige Anwendungen in der modernen Industrie und beide sind grüne und umweltfreundliche Materialien.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. Okt. 2024