Karboksümetüültselluloos (CMC) ja metüültselluloos (MC) on kaks tselluloosi derivaati, mida kasutatakse laialdaselt paljudes tööstusharudes. Kuigi need mõlemad on saadud looduslikust tselluloosist, on erinevate keemiliste modifitseerimisprotsesside tõttu CMC-l ja MC-l olulised erinevused keemilises struktuuris, füüsikalistes ja keemilistes omadustes ning kasutusvaldkondades.
1. Allikas ja põhiülevaade
Karboksümetüültselluloos (CMC) valmistatakse loodusliku tselluloosi reageerimisel kloroäädikhappega pärast töötlemist leelisega. See on anioonne vees lahustuv tselluloosi derivaat. CMC esineb tavaliselt naatriumsoola kujul, seega nimetatakse seda ka naatriumkarboksümetüültselluloosiks (Na-CMC). Tänu heale lahustuvuse ja viskoossuse reguleerimise funktsioonile kasutatakse CMC-d laialdaselt toiduaine-, farmaatsia-, naftapuurimis-, tekstiili- ja paberitööstuses.
Metüültselluloosi (MC) valmistatakse tselluloosi metüülimisel metüülkloriidiga (või muude metüülivate reagentidega). See on mitteioonne tselluloosi derivaat. MC-l on termogeeli omadused, lahus kuumutamisel tahkub ja jahutamisel lahustub. Tänu oma ainulaadsetele omadustele kasutatakse MC-d laialdaselt ehitusmaterjalides, farmaatsiapreparaatides, kattekihtides, toiduainetööstuses ja muudes tööstusharudes.
2. Keemiline struktuur
CMC põhistruktuur on karboksümetüülrühma (-CH2COOH) lisamine tselluloosi β-1,4-glükosiidsideme glükoosiühikule. See karboksüülrühm muudab selle anioonseks. CMC molekulaarstruktuuris on suur hulk naatriumkarboksülaatrühmi. Need rühmad dissotsieeruvad vees kergesti, muutes CMC molekulid negatiivselt laetuks, andes seega neile hea vees lahustuvuse ja paksendavad omadused.
MC molekulaarstruktuur seisneb metoksürühmade (-OCH3) sisestamises tselluloosi molekulidesse ja need metoksürühmad asendavad osa hüdroksüülrühmadest tselluloosi molekulides. MC struktuuris ei ole ioniseeritud rühmi, seega on see mitteioonne, mis tähendab, et see ei dissotsieeru ega lae lahuses. Selle ainulaadsed termilise geeli omadused on tingitud nende metoksürühmade olemasolust.
3. Lahustuvus ja füüsikalised omadused
CMC lahustub hästi vees ja lahustub kiiresti külmas vees, moodustades läbipaistva viskoosse vedeliku. Kuna tegemist on anioonse polümeeriga, mõjutab CMC lahustuvust vee ioontugevus ja pH väärtus. Suure soolasisaldusega keskkonnas või tugevates happelistes tingimustes väheneb CMC lahustuvus ja stabiilsus. Lisaks on CMC viskoossus erinevatel temperatuuridel suhteliselt stabiilne.
MC lahustuvus vees sõltub temperatuurist. Seda saab lahustada külmas vees, kuid kuumutamisel moodustab see geeli. See termogeeli omadus võimaldab MC-l täita erifunktsioone toiduainetööstuses ja ehitusmaterjalides. MC viskoossus väheneb temperatuuri tõustes ning sellel on hea vastupidavus ensümaatilisele lagunemisele ja stabiilsus.
4. Viskoossuse karakteristikud
CMC viskoossus on üks selle olulisemaid füüsikalisi omadusi. Viskoossus on tihedalt seotud selle molekulmassi ja asendusastmega. CMC lahuse viskoossus on hästi reguleeritav, tekitades tavaliselt kõrgema viskoossuse madalal kontsentratsioonil (1% -2%), seetõttu kasutatakse seda sageli paksendaja, stabilisaatori ja suspendeeriva ainena.
MC viskoossus on seotud ka selle molekulmassi ja asendusastmega. Erineva asendusastmega MC-l on erinevad viskoossusomadused. MC-l on ka lahuses hea paksendav toime, kuid teatud temperatuurini kuumutamisel MC lahus tarretub. Seda geelistavat omadust kasutatakse laialdaselt ehitustööstuses (nagu kips, tsement) ja toiduainete töötlemisel (näiteks paksenemine, kile moodustamine jne).
5. Kasutusalad
CMC-d kasutatakse toiduainetööstuses tavaliselt paksendajana, emulgaatorina, stabilisaatorina ja suspendeeriva ainena. Näiteks jäätises, jogurtis ja puuviljajookides saab CMC tõhusalt ära hoida koostisosade eraldumist ning parandada toote maitset ja stabiilsust. Naftatööstuses kasutatakse CMC-d mudatöötlusvahendina, mis aitab kontrollida puurimisvedelike voolavust ja vedelikukadu. Lisaks kasutatakse CMC-d ka paberimassi modifitseerimiseks paberitööstuses ja liimainena tekstiilitööstuses.
MC-d kasutatakse laialdaselt ehitustööstuses, eriti kuivmörtide, plaadiliimide ja pahtlipulbrite valmistamisel. Paksendava ja vett hoidva ainena võib MC parandada konstruktsiooni jõudlust ja sidumistugevust. Farmaatsiatööstuses kasutatakse MC-d tablettide sideainetena, toimeainet prolongeeritult vabastavate materjalidena ja kapsli seinamaterjalina. Selle termogeelistuvad omadused võimaldavad teatud preparaatides kontrollitud vabanemist. Lisaks kasutatakse MC-d ka toiduainetööstuses toiduainete paksendajana, stabilisaatorina ja emulgaatorina, nagu kastmed, täidised, leivad jne.
6. Ohutus ja biolagunevus
CMC-d peetakse ohutuks toidulisandiks. Ulatuslikud toksikoloogilised uuringud on näidanud, et CMC on soovitatud annustes inimorganismile kahjutu. Kuna CMC on looduslikul tselluloosil põhinev ja hea biolagunevusega derivaat, on see suhteliselt keskkonnasõbralik ja mikroorganismid võivad seda lagundada.
MC-d peetakse ka ohutuks lisandiks ning seda kasutatakse laialdaselt ravimites, toiduainetes ja kosmeetikas. Selle mitteioonne olemus muudab selle väga stabiilseks in vivo ja in vitro. Kuigi MC ei ole nii biolagunev kui CMC, suudavad seda teatud tingimustes ka mikroorganismid lagundada.
Kuigi karboksümetüültselluloos ja metüültselluloos on mõlemad saadud looduslikust tselluloosist, on neil praktilistes rakendustes erinevad omadused tulenevalt nende erinevast keemilisest struktuurist, füüsikalistest omadustest ja kasutusvaldkondadest. CMC-d kasutatakse laialdaselt toidu-, farmaatsia- ja tööstusvaldkonnas tänu selle heale vees lahustuvusele, paksendamisele ja suspensioonile, samas kui MC-l on oma termilise geeli omaduste ja stabiilsuse tõttu oluline koht ehitus-, farmaatsia- ja toiduainetööstuses. Mõlemal on kaasaegses tööstuses ainulaadsed rakendused ning mõlemad on rohelised ja keskkonnasõbralikud materjalid.
Postitusaeg: 18.10.2024