تفاوت کربوکسی متیل سلولز و متیل سلولز چیست؟

کربوکسی متیل سلولز (CMC) و متیل سلولز (MC) دو مشتق سلولزی هستند که به طور گسترده در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه هر دو از سلولز طبیعی مشتق شده‌اند، به دلیل فرآیندهای اصلاح شیمیایی مختلف، CMC و MC تفاوت‌های قابل‌توجهی در ساختار شیمیایی، خواص فیزیکی و شیمیایی و زمینه‌های کاربرد دارند.

1. منبع و نمای کلی
کربوکسی متیل سلولز (CMC) با واکنش سلولز طبیعی با اسید کلرواستیک پس از عملیات قلیایی تهیه می شود. این یک مشتق آنیونی سلولز محلول در آب است. CMC معمولاً به شکل نمک سدیم وجود دارد، بنابراین به آن سدیم کربوکسی متیل سلولز (Na-CMC) نیز می‌گویند. به دلیل حلالیت خوب و عملکرد تنظیم ویسکوزیته، CMC به طور گسترده در صنایع غذایی، دارویی، حفاری نفت، نساجی و کاغذ استفاده می شود.

متیل سلولز (MC) با متیل کردن سلولز با متیل کلرید (یا سایر معرف‌های متیل کننده) تهیه می‌شود. این یک مشتق سلولز غیر یونی است. MC دارای خواص ژل حرارتی است، محلول هنگام گرم شدن جامد می شود و زمانی که سرد می شود حل می شود. با توجه به خواص منحصر به فرد خود، MC به طور گسترده در مصالح ساختمانی، آماده سازی دارویی، پوشش ها، مواد غذایی و سایر صنایع استفاده می شود.

2. ساختار شیمیایی
ساختار اصلی CMC معرفی یک گروه کربوکسی متیل (-CH2COOH) بر روی واحد گلوکز پیوند β-1،4-گلوکوزیدی سلولز است. این گروه کربوکسیل آن را آنیونی می کند. ساختار مولکولی CMC دارای تعداد زیادی گروه کربوکسیلات سدیم است. این گروه‌ها به راحتی در آب تفکیک می‌شوند و مولکول‌های CMC را دارای بار منفی می‌کنند و در نتیجه به آن خاصیت انحلال‌پذیری و غلیظ شدن آب می‌دهند.

ساختار مولکولی MC معرفی گروه‌های متوکسی (-OCH3) به مولکول‌های سلولز است و این گروه‌های متوکسی جایگزین بخشی از گروه‌های هیدروکسیل در مولکول‌های سلولز می‌شوند. در ساختار MC هیچ گروه یونیزه ای وجود ندارد، بنابراین غیر یونی است، به این معنی که در محلول تفکیک یا باردار نمی شود. خواص منحصر به فرد ژل حرارتی آن به دلیل وجود این گروه های متوکسی ایجاد می شود.

3. حلالیت و خواص فیزیکی
CMC حلالیت خوبی در آب دارد و می تواند به سرعت در آب سرد حل شود و یک مایع چسبناک شفاف تشکیل دهد. از آنجایی که این یک پلیمر آنیونی است، حلالیت CMC تحت تأثیر قدرت یونی و مقدار pH آب است. در محیط های پر نمک یا شرایط اسیدی قوی، حلالیت و پایداری CMC کاهش می یابد. علاوه بر این، ویسکوزیته CMC در دماهای مختلف نسبتاً پایدار است.

حلالیت MC در آب به دما بستگی دارد. می توان آن را در آب سرد حل کرد اما با گرم شدن به شکل ژل در می آید. این خاصیت ژل حرارتی MC را قادر می سازد تا عملکردهای خاصی را در صنایع غذایی و مصالح ساختمانی انجام دهد. ویسکوزیته MC با افزایش دما کاهش می یابد و مقاومت خوبی در برابر تخریب آنزیمی و پایداری دارد.

4. ویژگی های ویسکوزیته
ویسکوزیته CMC یکی از مهمترین خواص فیزیکی آن است. ویسکوزیته ارتباط نزدیکی با وزن مولکولی و درجه جایگزینی آن دارد. ویسکوزیته محلول CMC قابلیت تنظیم خوبی دارد، معمولاً ویسکوزیته بالاتری را در غلظت کم (1٪ - 2٪) تولید می کند، بنابراین اغلب به عنوان ضخیم کننده، تثبیت کننده و عامل تعلیق استفاده می شود.

ویسکوزیته MC به وزن مولکولی و درجه جایگزینی آن نیز مرتبط است. MC با درجات مختلف جایگزینی دارای ویژگی های ویسکوزیته متفاوت است. MC همچنین اثر غلیظ کنندگی خوبی در محلول دارد، اما وقتی تا دمای معینی گرم شود، محلول MC ژل می‌شود. این خاصیت ژل شدن به طور گسترده در صنعت ساختمان سازی (مانند گچ، سیمان) و فرآوری مواد غذایی (مانند ضخیم شدن، تشکیل فیلم و غیره) استفاده می شود.

5. حوزه های کاربردی
CMC معمولا به عنوان قوام دهنده، امولسیفایر، تثبیت کننده و عامل تعلیق در صنایع غذایی استفاده می شود. به عنوان مثال، در بستنی، ماست و نوشیدنی های میوه ای، CMC می تواند به طور موثری از جدا شدن مواد تشکیل دهنده جلوگیری کند و طعم و ثبات محصول را بهبود بخشد. در صنعت نفت، CMC به عنوان یک عامل تصفیه گل برای کمک به کنترل سیالیت و از دست دادن سیال سیالات حفاری استفاده می شود. علاوه بر این، CMC همچنین برای اصلاح خمیر در صنعت کاغذ و به عنوان عامل اندازه‌گیری در صنعت نساجی استفاده می‌شود.

MC به طور گسترده در صنعت ساختمان سازی به ویژه در ملات خشک، چسب کاشی و پودر بتونه استفاده می شود. به عنوان یک عامل ضخیم کننده و عامل نگهدارنده آب، MC می تواند عملکرد ساخت و ساز و استحکام اتصال را بهبود بخشد. در صنعت داروسازی، MC به عنوان چسب قرص، مواد با رهش پایدار و مواد دیواره کپسول استفاده می شود. خواص ترموژل کنندگی آن باعث آزادسازی کنترل شده در فرمولاسیون های خاص می شود. علاوه بر این، MC در صنایع غذایی به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده و امولسیفایر مواد غذایی مانند سس، فیلینگ، نان و غیره نیز استفاده می شود.

6. ایمنی و زیست تخریب پذیری
CMC یک افزودنی غذایی ایمن در نظر گرفته می شود. مطالعات سم شناسی گسترده نشان داده است که CMC در دوز توصیه شده برای بدن انسان بی ضرر است. از آنجایی که CMC یک مشتق بر پایه سلولز طبیعی است و قابلیت تجزیه زیستی خوبی دارد، در محیط نسبتاً دوستانه است و می تواند توسط میکروارگانیسم ها تجزیه شود.

MC همچنین یک افزودنی بی خطر در نظر گرفته می شود و به طور گسترده در داروها، غذاها و لوازم آرایشی استفاده می شود. ماهیت غیر یونی آن باعث می شود در داخل بدن و در شرایط آزمایشگاهی بسیار پایدار باشد. اگرچه MC به اندازه CMC زیست تخریب پذیر نیست، اما در شرایط خاص می تواند توسط میکروارگانیسم ها تجزیه شود.

اگرچه کربوکسی متیل سلولز و متیل سلولز هر دو از سلولز طبیعی مشتق شده‌اند، اما به دلیل ساختار شیمیایی، خواص فیزیکی و زمینه‌های کاربردی متفاوت، در کاربردهای عملی ویژگی‌های متفاوتی دارند. CMC به دلیل حلالیت خوب در آب، ضخیم شدن و خاصیت تعلیق آن به طور گسترده در زمینه های غذایی، دارویی و صنعتی استفاده می شود، در حالی که MC به دلیل خواص ژل حرارتی و پایداری، جایگاه مهمی در صنایع ساختمانی، دارویی و غذایی دارد. هر دو دارای کاربردهای منحصر به فردی در صنعت مدرن هستند و هر دو مواد سبز و دوستدار محیط زیست هستند.