Mikä on natrium CMC: n DS: n ja molekyylipainon välinen suhde

Natriumkarboksimetyyliselluloosa (CMC) on monipuolinen vesiliukoinen polymeeri, joka on johdettu selluloosasta, joka on luonnossa esiintyvä polysakkaridi, jota löytyy kasvisolujen seinämistä. Sitä käytetään laajasti eri toimialoilla, mukaan lukien elintarvikkeet, lääkkeet, kosmetiikka, tekstiilit ja öljyporaus ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ja toimintojensa vuoksi.

Natrium CMC: n rakenne ja ominaisuudet:

CMC syntetisoidaan selluloosan kemiallisella modifikaatiolla, jossa karboksimetyyliryhmät (-CH2-cOOH) otetaan käyttöön selluloosan runkoon eetterifikaatio- tai esteröintireaktioiden avulla. Substituutioaste (DS) viittaa karboksimetyyliryhmien keskimääräiseen lukumäärään glukoosiyksikköä kohti selluloosaketjussa. DS -arvot vaihtelevat tyypillisesti välillä 0,2 - 1,5, riippuen CMC: n synteesiolosuhteista ja halutuista ominaisuuksista.

CMC: n molekyylipaino viittaa polymeeriketjujen keskimääräiseen kooon ja voi vaihdella merkittävästi riippuen tekijöistä, kuten selluloosan lähde, synteesimenetelmä, reaktio -olosuhteet ja puhdistustekniikat. Molekyylipainolle on usein ominaista parametrit, kuten keskimääräinen molekyylipaino (MN), painon keskimääräinen molekyylipaino (MW) ja viskositeetin keskimääräinen molekyylipaino (MV).

Natrium CMC: n synteesi:

CMC: n synteesi sisältää tyypillisesti selluloosan reaktion natriumhydroksidilla (NaOH) ja kloorieetikkahapolla (CLCH2COOH) tai sen natriumsuolalla (NaClch2COOH). Reaktio etenee nukleofiilisen substituution kautta, jossa selluloosan runkoruunuun liittyvä hydroksyyliryhmät (-OH) reagoivat klooriasetyyliryhmien (-clch2COOH) kanssa karboksimetyyliryhmien (-CH2-CoOH) muodostamiseksi.

CMC: n DS: tä voidaan säätää säätämällä klorooetikkahapon molaarista suhdetta selluloosaan, reaktioaikaan, lämpötilaan, pH: han ja muihin parametreihin synteesin aikana. Korkeammat DS -arvot saavutetaan tyypillisesti korkeammilla kloorieetikkahappopitoisuuksilla ja pidemmillä reaktioaikoilla.

CMC: n molekyylipainoon vaikuttavat erilaiset tekijät, mukaan lukien aloivan selluloosamateriaalin molekyylipainon jakautuminen, hajoamisen laajuus synteesin aikana ja CMC -ketjujen polymeroinnin aste. Erilaiset synteesimenetelmät ja reaktio -olosuhteet voivat johtaa CMC: hen vaihtelevilla molekyylipainon jakautumisella ja keskimääräisillä kokoilla.

DS: n ja molekyylipainon välinen suhde:

Substituutioasteen (DS) ja natriumkarboksimetyyliselluloosan (CMC) molekyylipainon välinen suhde on monimutkainen, ja siihen vaikuttavat CMC: n synteesiin, rakenteeseen ja ominaisuuksiin liittyvät useita tekijöitä.

1. DS: n vaikutus molekyylipainoon:
   • Suuremmat DS -arvot vastaavat yleensä CMC: n alhaisempia molekyylipainoja. Tämä johtuu siitä, että korkeammat DS -arvot osoittavat karboksimetyyliryhmien suuremman substituutioasteen selluloosan runkoon, mikä johtaa lyhyempiin polymeeriketjuihin ja keskimäärin pienempiin molekyylipainoihin.
   • Karboksimetyyliryhmien käyttöönotto häiritsee molekyylien välistä vety -sidotusta selluloosaketjujen välillä, mikä johtaa ketjun leikkaamiseen ja pirstoutumiseen synteesin aikana. Tämä hajoamisprosessi voi johtaa CMC: n molekyylipainon vähentymiseen, etenkin korkeammilla DS -arvoilla ja laajemmilla reaktioilla.
   • Päinvastoin, alhaisemmat DS -arvot liittyvät keskimäärin pidempiin polymeeriketjuihin ja korkeampiin molekyylipainoihin. Tämä johtuu siitä, että alhaisemmat korvausasteet johtavat vähemmän karboksimetyyliryhmiä glukoosiyksikköä kohti, mikä mahdollistaa modifioimattomien selluloosaketjujen pidemmän segmentin pysymisen ehjänä.
2. Molekyylipainon vaikutus DS: hen:
   • CMC: n molekyylipaino voi vaikuttaa synteesin aikana saavutettuun substituutioasteeseen. Selluloosan korkeammat molekyylipainot voivat tarjota enemmän reaktiivisia kohtia karboksimetylaatioreaktioille, mikä mahdollistaa korkeamman substituution saavuttamisen tietyissä olosuhteissa.
   • Selluloosan liian suuret molekyylipainot voivat kuitenkin myös estää hydroksyyliryhmien saavutettavuutta substituutioreaktioihin, mikä johtaa epätäydelliseen tai tehottomaan karboksimetylaatioon ja alhaisempiin DS -arvoihin.
   • Lisäksi käynnistävän selluloosamateriaalin molekyylipainon jakautuminen voi vaikuttaa DS -arvojen jakautumiseen tuloksena olevassa CMC -tuotteessa. Molekyylipainon heterogeenisyydet voivat johtaa reaktiivisuuden ja substituutiotehokkuuden vaihteluihin synteesin aikana, mikä johtaa laajempaan DS -arvoalueeseen lopullisessa CMC -tuotteessa.

DS: n ja molekyylipainon vaikutus CMC -ominaisuuksiin ja sovelluksiin:

1. Reologiset ominaisuudet:
   • CMC: n substituutioaste (DS) ja molekyylipaino voivat vaikuttaa sen reologisiin ominaisuuksiin, mukaan lukien viskositeetti, leikkaus ohenemiskäyttäytyminen ja geelien muodostuminen.
   • Suuremmat DS -arvot johtavat yleensä pienempiin viskositeetteihin ja pseudoplastisempaan (leikkaus ohenemiseen) käyttäytymiseen lyhyempien polymeeriketjujen ja vähentyneen molekyylin takertumisen vuoksi.
   • Päinvastoin, pienemmät DS -arvot ja korkeammat molekyylipainot yleensä lisäävät viskositeettia ja parantamaan CMC -liuosten pseudoplastista käyttäytymistä, mikä johtaa parantuneisiin sakeutumis- ja suspensio -ominaisuuksiin.
2. Veden liukoisuus ja turvotuskäyttäytyminen:
   • CMC: llä, jolla on korkeammat DS -arvot, on taipumus olla suurempi veden liukoisuus ja nopeammat hydraatioasteet johtuen hydrofiilisten karboksimetyyliryhmien korkeammasta pitoisuudesta polymeeriketjuissa.
   • Liian korkeat DS -arvot voivat kuitenkin johtaa myös vähentyneeseen veden liukoisuuteen ja lisääntyneeseen geelien muodostumiseen, etenkin korkeissa pitoisuuksissa tai moniperiaalisten kationien läsnä ollessa.
   • CMC: n molekyylipaino voi vaikuttaa sen turvotuskäyttäytymiseen ja vedenpidätysominaisuuksiin. Korkeammat molekyylipainot johtavat yleensä hitaampiin hydraatioasteisiin ja suurempaan vedenpidätyskykyyn, mikä voi olla edullinen sovelluksissa, jotka vaativat jatkuvaa vapautumista tai kosteudenhallintaa.
3. Kalvonmuodostus- ja esteominaisuudet:
   • Liuoksista tai dispersioista muodostuvilla CMC -kalvoilla on esteominaisuuksia happea, kosteutta ja muita kaasuja vastaan, mikä sopii niihin sopiviksi pakkaus- ja päällystyssovelluksiin.
   • CMC: n DS ja molekyylipaino voivat vaikuttaa tuloksena olevien kalvojen mekaaniseen lujuuteen, joustavuuteen ja läpäisevyyteen. Korkeammat DS -arvot ja alhaisemmat molekyylipainot voivat johtaa kalvoihin, joilla on alhaisempi vetolujuus ja suurempi läpäisevyys lyhyempien polymeeriketjujen ja vähentyneiden molekyylien välisten vuorovaikutusten vuoksi.
4. Hakemukset eri toimialoilla:
   • CMC, jolla on erilaiset DS -arvot ja molekyylipainot, löytää sovelluksia eri toimialoilla, mukaan lukien elintarvike, lääkkeet, kosmetiikka, tekstiilit ja öljyporaus.
   • Elintarviketeollisuudessa CMC: tä käytetään sakeutusaineena, stabilointinä ja emulgointina, kuten kastikkeet, kastikkeet ja juomat. CMC -luokan valinta riippuu lopputuotteen halutusta tekstuurista, suuhun ja vakausvaatimuksista.
   • Farmaseuttisissa formulaatioissa CMC toimii sideaineena, hajoajana ja kalvonmuodostusaineena tabletteissa, kapseleissa ja suun suspensioissa. CMC: n DS ja molekyylipaino voivat vaikuttaa lääkkeen vapautumiskinetiikkaan, hyötyosuuteen ja potilaan noudattamiseen.
   • Kosmetiikkateollisuudessa CMC: tä käytetään voiteiden, voiteiden ja hiustenhoitotuotteiden sakeutusaineena, stabilointina ja kosteusvoideina. CMC -luokan valinta riippuu tekijöistä, kuten rakenne, leviämiskyky ja aistien ominaisuudet.
   • Öljyporausteollisuudessa CMC: tä käytetään porausnesteissä viskosiferinä, nesteen menetyksen hallinta -aineena ja liuske -estäjänä. CMC: n DS ja molekyylipaino voivat vaikuttaa sen suorituskykyyn kairanreiän stabiilisuuden ylläpitämisessä, nesteen menetyksen hallitsemisessa ja saviturvan estämisessä.

Päätelmä:

Substituutioasteen (DS) ja natriumkarboksimetyyliselluloosan (CMC) molekyylipainon välinen suhde on monimutkainen, ja siihen vaikuttavat CMC: n synteesiin, rakenteeseen ja ominaisuuksiin liittyvät useita tekijöitä. Korkeammat DS -arvot vastaavat yleensä CMC: n alhaisempia molekyylipainoja, kun taas alhaisemmat DS -arvot ja korkeammat molekyylipainot johtavat yleensä pidempiin polymeeriketjuihin ja keskimäärin korkeampiin molekyylipainoihin. Tämän suhteen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää CMC: n ominaisuuksien ja suorituskyvyn optimoimiseksi eri aloilla, mukaan lukien elintarvike, lääkkeet, kosmetiikka, tekstiilit ja öljyporaus. Jatkotutkimusta ja kehitystyötä tarvitaan taustalla olevien mekanismien selvittämiseksi ja CMC: n synteesin ja karakterisoinnin optimoimiseksi räätälöityjen DS: n ja molekyylipainon jakautumisen kanssa tiettyihin sovelluksiin.