Karboksimetyyliselluloosa (CMC) ja metyyliselluloosa (MC) ovat kaksi selluloosajohdannaista, joita käytetään laajalti monilla teollisuudenaloilla. Vaikka ne molemmat on johdettu luonnollisesta selluloosasta, CMC:llä ja MC:llä on erilaisten kemiallisten modifikaatioprosessien vuoksi merkittäviä eroja kemiallisessa rakenteessa, fysikaalisissa ja kemiallisissa ominaisuuksissa sekä käyttökohteissa.
1. Lähde ja peruskatsaus
Karboksimetyyliselluloosa (CMC) valmistetaan saattamalla luonnon selluloosa reagoimaan kloorietikkahapon kanssa alkalikäsittelyn jälkeen. Se on anioninen vesiliukoinen selluloosajohdannainen. CMC on yleensä natriumsuolan muodossa, joten sitä kutsutaan myös natriumkarboksimetyyliselluloosaksi (Na-CMC). Hyvän liukoisuuden ja viskositeetin säätötoiminnon ansiosta CMC:tä käytetään laajalti elintarvike-, lääke-, öljynporaus-, tekstiili- ja paperiteollisuudessa.
Metyyliselluloosa (MC) valmistetaan metyloimalla selluloosa metyylikloridilla (tai muilla metylointireagensseilla). Se on ioniton selluloosajohdannainen. MC:llä on lämpögeeliominaisuuksia, liuos jähmettyy kuumennettaessa ja liukenee jäähtyessään. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta MC:tä käytetään laajalti rakennusmateriaaleissa, lääkevalmisteissa, pinnoitteissa, elintarviketeollisuudessa ja muilla aloilla.
2. Kemiallinen rakenne
CMC:n perusrakenne on karboksimetyyliryhmän (-CH2COOH) liittäminen selluloosan β-1,4-glukosidisidoksen glukoosiyksikköön. Tämä karboksyyliryhmä tekee siitä anionisen. CMC:n molekyylirakenteessa on suuri määrä natriumkarboksylaattiryhmiä. Nämä ryhmät hajoavat helposti vedessä, jolloin CMC-molekyylit ovat negatiivisesti varautuneita, mikä antaa sille hyvän vesiliukoisuuden ja sakeuttamisominaisuudet.
MC:n molekyylirakenne on metoksiryhmien (-OCH3) tuominen selluloosamolekyyleihin, ja nämä metoksiryhmät korvaavat osan selluloosamolekyylien hydroksyyliryhmistä. MC-rakenteessa ei ole ionisoituneita ryhmiä, joten se on ioniton, eli se ei dissosioidu tai varaudu liuoksessa. Sen ainutlaatuiset lämpögeeliominaisuudet johtuvat näiden metoksiryhmien läsnäolosta.
3. Liukoisuus ja fysikaaliset ominaisuudet
CMC:llä on hyvä vesiliukoisuus ja se liukenee nopeasti kylmään veteen muodostaen läpinäkyvän viskoosin nesteen. Koska se on anioninen polymeeri, CMC:n liukoisuuteen vaikuttavat veden ionivahvuus ja pH-arvo. Paljon suolaa sisältävissä ympäristöissä tai vahvoissa happamissa olosuhteissa CMC:n liukoisuus ja stabiilisuus heikkenee. Lisäksi CMC:n viskositeetti on suhteellisen vakaa eri lämpötiloissa.
MC:n liukoisuus veteen riippuu lämpötilasta. Se voidaan liuottaa kylmään veteen, mutta se muodostaa geeliä kuumennettaessa. Tämä lämpögeeliominaisuus mahdollistaa MC:n erikoistoiminnot elintarviketeollisuudessa ja rakennusmateriaaleissa. MC:n viskositeetti laskee lämpötilan noustessa, ja sillä on hyvä entsymaattisen hajoamisen vastustuskyky ja stabiilisuus.
4. Viskositeettiominaisuudet
CMC:n viskositeetti on yksi sen tärkeimmistä fysikaalisista ominaisuuksista. Viskositeetti liittyy läheisesti sen molekyylipainoon ja substituutioasteeseen. CMC-liuoksen viskositeetilla on hyvä säädettävyys, mikä tuottaa yleensä korkeamman viskositeetin alhaisella pitoisuudella (1%-2%), joten sitä käytetään usein sakeuttamis-, stabilointi- ja suspendointiaineena.
MC:n viskositeetti liittyy myös sen molekyylipainoon ja substituutioasteeseen. MC:llä, jolla on eri substituutioaste, on erilaiset viskositeettiominaisuudet. MC:llä on myös hyvä sakeuttamisvaikutus liuoksessa, mutta tiettyyn lämpötilaan kuumennettaessa MC-liuos geeliytyy. Tätä geeliytyvää ominaisuutta käytetään laajalti rakennusteollisuudessa (kuten kipsi, sementti) ja elintarviketeollisuudessa (kuten sakeuttamisessa, kalvonmuodostuksessa jne.).
5. Käyttöalueet
CMC:tä käytetään yleisesti sakeuttamisaineena, emulgaattorina, stabilointiaineena ja suspendointiaineena elintarviketeollisuudessa. Esimerkiksi jäätelössä, jogurtissa ja hedelmäjuomissa CMC voi tehokkaasti estää ainesosien erottumisen ja parantaa tuotteen makua ja pysyvyyttä. Öljyteollisuudessa CMC:tä käytetään mutakäsittelyaineena, joka auttaa hallitsemaan porausnesteiden juoksevuutta ja nestehävikkiä. Lisäksi CMC:tä käytetään myös paperiteollisuuden sellunmuokkaukseen ja liimausaineena tekstiiliteollisuudessa.
MC:tä käytetään laajalti rakennusteollisuudessa, erityisesti kuivalaastissa, laattaliimoissa ja kittijauheissa. Sakeutusaineena ja vettä pidättävänä aineena MC voi parantaa rakenteen suorituskykyä ja sidoslujuutta. Lääketeollisuudessa MC:tä käytetään tablettien sideaineina, hitaasti vapauttavina materiaaleina ja kapselin seinämateriaaleina. Sen lämpögeeliytymisominaisuudet mahdollistavat säädellyn vapautumisen tietyissä formulaatioissa. Lisäksi MC:tä käytetään elintarviketeollisuudessa sakeuttajana, stabilointiaineena ja emulgointiaineena elintarvikkeissa, kuten kastikkeissa, täytteissä, leivissä jne.
6. Turvallisuus ja biohajoavuus
CMC:tä pidetään turvallisena elintarvikelisäaineena. Laajat toksikologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että CMC on ihmiskeholle vaaraton suositelluilla annoksilla. Koska CMC on luonnolliseen selluloosaan perustuva johdannainen ja sillä on hyvä biohajoavuus, se on suhteellisen ympäristöystävällinen ja mikro-organismit voivat hajottaa sitä.
MC:tä pidetään myös turvallisena lisäaineena, ja sitä käytetään laajalti lääkkeissä, elintarvikkeissa ja kosmetiikassa. Sen ioniton luonne tekee siitä erittäin stabiilin in vivo ja in vitro. Vaikka MC ei ole yhtä biohajoava kuin CMC, mikro-organismit voivat myös hajottaa sen tietyissä olosuhteissa.
Vaikka karboksimetyyliselluloosa ja metyyliselluloosa ovat molemmat peräisin luonnollisesta selluloosasta, niillä on erilaiset ominaisuudet käytännön sovelluksissa niiden erilaisista kemiallisista rakenteista, fysikaalisista ominaisuuksista ja käyttöalueista johtuen. CMC:tä käytetään laajalti elintarvike-, lääke- ja teollisuusaloilla sen hyvän vesiliukoisuuden, sakeuttamis- ja suspensioominaisuuksien ansiosta, kun taas MC:llä on tärkeä asema rakennus-, lääke- ja elintarviketeollisuudessa lämpögeeliominaisuuksiensa ja stabiiliutensa ansiosta. Molemmilla on ainutlaatuisia sovelluksia modernissa teollisuudessa, ja molemmat ovat vihreitä ja ympäristöystävällisiä materiaaleja.
Postitusaika: 18.10.2024