Carboxymethylcellulose (CMC) ist ein Polymer mit wichtigem industriellem Wert. Es handelt sich um einen wasserlöslichen anionischen Celluloseether, der aus natürlicher Cellulose gewonnen wird. Cellulose ist eines der am häufigsten vorkommenden organischen Polymere in der Natur und der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Cellulose selbst hat eine schlechte Wasserlöslichkeit, aber durch chemische Modifikation kann Cellulose in Derivate mit guter Wasserlöslichkeit umgewandelt werden, und CMC ist eines davon.
Die Molekülstruktur von CMC wird durch Veretherung des Hydroxylteils (-OH) des Cellulosemoleküls mit Chloressigsäure (ClCH2COOH) erhalten, um einen Carboxymethylsubstituenten (-CH2COOH) zu erzeugen. Die Struktur von CMC behält die β-1,4-Glucose-Kettenstruktur von Cellulose bei, einige der darin enthaltenen Hydroxylgruppen sind jedoch durch Carboxymethylgruppen ersetzt. Daher behält CMC die Polymerketteneigenschaften von Cellulose bei und verfügt über die Funktionalität der Carboxymethylgruppe.
Chemische Eigenschaften von CMC
CMC ist ein anionisches Polymer. Da die Carboxylgruppe (-CH2COOH) in ihrer Struktur ionisieren kann, um in wässriger Lösung negative Ladungen zu erzeugen, kann CMC nach dem Auflösen in Wasser eine stabile kolloidale Lösung bilden. Die Wasserlöslichkeit und Löslichkeit von CMC werden durch seinen Substitutionsgrad (DS) und Polymerisationsgrad (DP) beeinflusst. Der Substitutionsgrad bezieht sich auf die Anzahl der Hydroxylgruppen, die in jeder Glucoseeinheit durch Carboxylgruppen ersetzt werden. Generell gilt: Je höher der Substitutionsgrad, desto besser ist die Wasserlöslichkeit. Darüber hinaus sind auch die Löslichkeit und Viskosität von CMC bei verschiedenen pH-Werten unterschiedlich. Im Allgemeinen zeigt es unter neutralen oder alkalischen Bedingungen eine bessere Löslichkeit und Stabilität, während unter sauren Bedingungen die Löslichkeit von CMC abnimmt und es sogar zu Ausfällungen kommen kann.
Physikalische Eigenschaften von CMC
Die Viskosität der CMC-Lösung ist eine ihrer wichtigsten physikalischen Eigenschaften. Seine Viskosität hängt von vielen Faktoren ab, darunter Lösungskonzentration, Substitutionsgrad, Polymerisationsgrad, Temperatur und pH-Wert. Diese Viskositätseigenschaft von CMC ermöglicht es ihm, in vielen Anwendungen verdickende, gelierende und stabilisierende Wirkungen zu zeigen. Die Viskosität von CMC weist auch die Eigenschaften einer Scherverdünnung auf, d. h. die Viskosität nimmt unter hoher Scherkraft ab, was es bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft macht, die eine hohe Fließfähigkeit erfordern.
Anwendungsgebiete von CMC
Aufgrund seiner einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften wird CMC in vielen Bereichen häufig eingesetzt. Hier sind einige der Hauptanwendungsbereiche:
Lebensmittelindustrie: CMC wird in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel, Stabilisator und Emulgator eingesetzt. Es kann die Textur und Stabilität von Lebensmitteln verbessern, beispielsweise bei üblichen Anwendungen in Eiscreme, Joghurt, Gelee und Soße.
Pharmazeutische Industrie: CMC wird im pharmazeutischen Bereich als Hilfsstoff für Arzneimittel und als Klebstoff für Tabletten verwendet. Es wird auch als Feuchtigkeitsspender und Filmbildner in Wundauflagen verwendet.
Alltagschemikalien: In Alltagsprodukten wie Zahnpasta, Shampoo, Waschmitteln usw. wird CMC als Verdickungsmittel, Suspensionsmittel und Stabilisator verwendet, um dem Produkt zu helfen, ein gutes Aussehen und eine gute Leistung zu bewahren.
Ölbohren: CMC wird als Viskositätsverstärker und Filtermittel in Ölbohrflüssigkeiten verwendet, was die rheologischen Eigenschaften von Bohrflüssigkeiten verbessern und ein übermäßiges Eindringen von Bohrflüssigkeiten verhindern kann.
Textil- und Papierindustrie: In der Textilindustrie wird CMC für Textilzellstoff und Veredelungsmittel verwendet, während es in der Papierindustrie als Verstärkungsmittel und Leimungsmittel für Papier verwendet wird, um die Festigkeit und Glätte des Papiers zu verbessern.
Umweltschutz und Sicherheit
CMC ist ein umweltfreundliches Material, das von Mikroorganismen in der Natur abgebaut werden kann und daher keine langfristige Umweltverschmutzung verursacht. Darüber hinaus weist CMC eine geringe Toxizität und hohe Sicherheit auf und weist eine gute Sicherheitsbilanz bei Lebensmittel- und Pharmaanwendungen auf. Dennoch sollte aufgrund der großtechnischen Produktion und Anwendung weiterhin auf die Behandlung chemischer Abfälle geachtet werden, die während des Produktionsprozesses entstehen können.
Carboxymethylcellulose (CMC) ist ein funktionell vielfältiges wasserlösliches anionisches Polymer. Durch chemische Modifizierung gewonnenes CMC behält die hervorragenden Eigenschaften natürlicher Cellulose bei und weist gleichzeitig eine gute Wasserlöslichkeit sowie einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften auf. Aufgrund seiner verdickenden, gelierenden, stabilisierenden und anderen Funktionen wird CMC in vielen Branchen wie der Lebensmittel-, Medizin-, täglichen Chemieindustrie, Ölförderung, Textil- und Papierherstellung eingesetzt. Sein Umweltschutz und seine Sicherheit machen es außerdem zum bevorzugten Zusatzstoff in vielen Produkten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. August 2024