La carboxyméthylcellulose (CMC) et la méthylcellulose (MC) sont deux dérivés de la cellulose largement utilisés dans de nombreuses industries. Bien qu'elles soient toutes deux dérivées de la cellulose naturelle, en raison de processus de modification chimique différents, la CMC et la MC présentent des différences significatives en termes de structure chimique, de propriétés physiques et chimiques et de domaines d'application.
1. Source et aperçu de base
La carboxyméthylcellulose (CMC) est préparée en faisant réagir de la cellulose naturelle avec de l'acide chloroacétique après un traitement alcalin. C'est un dérivé de cellulose anionique hydrosoluble. La CMC existe généralement sous forme de sel de sodium, elle est donc également appelée carboxyméthylcellulose de sodium (Na-CMC). En raison de sa bonne solubilité et de sa fonction d’ajustement de la viscosité, la CMC est largement utilisée dans les industries alimentaire, pharmaceutique, pétrolière, textile et papetière.
La méthylcellulose (MC) est préparée en méthylant la cellulose avec du chlorure de méthyle (ou d'autres réactifs de méthylation). C'est un dérivé non ionique de la cellulose. MC a des propriétés de gel thermique, la solution se solidifie lorsqu'elle est chauffée et se dissout lorsqu'elle est refroidie. En raison de ses propriétés uniques, le MC est largement utilisé dans les matériaux de construction, les préparations pharmaceutiques, les revêtements, l'alimentation et d'autres industries.
2. Structure chimique
La structure de base de la CMC est l'introduction d'un groupe carboxyméthyle (–CH2COOH) sur l'unité glucose de la liaison β-1,4-glucosidique de la cellulose. Ce groupe carboxyle le rend anionique. La structure moléculaire de la CMC comporte un grand nombre de groupes carboxylate de sodium. Ces groupes se dissocient facilement dans l’eau, ce qui rend les molécules CMC chargées négativement, leur conférant ainsi une bonne solubilité dans l’eau et des propriétés épaississantes.
La structure moléculaire de MC est l'introduction de groupes méthoxy (-OCH3) dans les molécules de cellulose, et ces groupes méthoxy remplacent une partie des groupes hydroxyle dans les molécules de cellulose. Il n'y a pas de groupes ionisés dans la structure MC, elle est donc non ionique, ce qui signifie qu'elle ne se dissocie pas et ne se charge pas en solution. Ses propriétés uniques de gel thermique sont causées par la présence de ces groupes méthoxy.
3. Solubilité et propriétés physiques
La CMC a une bonne solubilité dans l'eau et peut se dissoudre rapidement dans l'eau froide pour former un liquide visqueux transparent. Puisqu'il s'agit d'un polymère anionique, la solubilité de la CMC est affectée par la force ionique et le pH de l'eau. Dans des environnements riches en sel ou dans des conditions fortement acides, la solubilité et la stabilité de la CMC diminueront. De plus, la viscosité de la CMC est relativement stable à différentes températures.
La solubilité du MC dans l'eau dépend de la température. Il peut être dissous dans l'eau froide mais formera un gel lorsqu'il sera chauffé. Cette propriété du gel thermique permet au MC de jouer des fonctions particulières dans l'industrie alimentaire et les matériaux de construction. La viscosité du MC diminue à mesure que la température augmente et il présente une bonne résistance à la dégradation enzymatique et une bonne stabilité.
4. Caractéristiques de viscosité
La viscosité de la CMC est l'une de ses propriétés physiques les plus importantes. La viscosité est étroitement liée à son poids moléculaire et à son degré de substitution. La viscosité de la solution CMC a une bonne adaptabilité, produisant généralement une viscosité plus élevée à faible concentration (1 % à 2 %), elle est donc souvent utilisée comme épaississant, stabilisant et agent de suspension.
La viscosité du MC est également liée à son poids moléculaire et à son degré de substitution. Les MC avec différents degrés de substitution ont des caractéristiques de viscosité différentes. MC a également un bon effet épaississant dans la solution, mais lorsqu'elle est chauffée à une certaine température, la solution MC gélifie. Cette propriété gélifiante est largement utilisée dans l'industrie de la construction (comme le gypse, le ciment) et l'agroalimentaire (comme l'épaississement, la formation de film, etc.).
5. Domaines d'application
La CMC est couramment utilisée comme épaississant, émulsifiant, stabilisant et agent de suspension dans l'industrie alimentaire. Par exemple, dans les glaces, les yaourts et les boissons aux fruits, la CMC peut empêcher efficacement la séparation des ingrédients et améliorer le goût et la stabilité du produit. Dans l'industrie pétrolière, la CMC est utilisée comme agent de traitement des boues pour aider à contrôler la fluidité et la perte de fluide des fluides de forage. De plus, la CMC est également utilisée pour la modification de la pâte à papier dans l'industrie du papier et comme agent d'encollage dans l'industrie textile.
Le MC est largement utilisé dans l’industrie de la construction, notamment dans les mortiers secs, les colles à carrelage et les poudres de mastic. En tant qu'agent épaississant et agent de rétention d'eau, MC peut améliorer les performances de construction et la force de liaison. Dans l'industrie pharmaceutique, le MC est utilisé comme liant pour comprimés, comme matériau à libération prolongée et comme matériau pour les parois des capsules. Ses propriétés thermogélifiantes permettent une libération contrôlée dans certaines formulations. De plus, le MC est également utilisé dans l'industrie alimentaire comme épaississant, stabilisant et émulsifiant pour les aliments, tels que les sauces, les garnitures, le pain, etc.
6. Sécurité et biodégradabilité
La CMC est considérée comme un additif alimentaire sûr. Des études toxicologiques approfondies ont montré que la CMC est inoffensive pour le corps humain à la dose recommandée. La CMC étant un dérivé à base de cellulose naturelle et présentant une bonne biodégradabilité, elle est relativement respectueuse de l'environnement et peut être dégradée par les micro-organismes.
Le MC est également considéré comme un additif sûr et est largement utilisé dans les médicaments, les aliments et les cosmétiques. Sa nature non ionique le rend très stable in vivo et in vitro. Bien que le MC ne soit pas aussi biodégradable que le CMC, il peut également être dégradé par des micro-organismes dans des conditions spécifiques.
Bien que la carboxyméthylcellulose et la méthylcellulose soient toutes deux dérivées de la cellulose naturelle, elles présentent des caractéristiques différentes dans les applications pratiques en raison de leurs structures chimiques, propriétés physiques et domaines d'application différents. La CMC est largement utilisée dans les domaines alimentaire, pharmaceutique et industriel en raison de sa bonne solubilité dans l'eau, de ses propriétés d'épaississement et de suspension, tandis que la MC occupe une position importante dans les industries de la construction, pharmaceutique et alimentaire en raison de ses propriétés de gel thermique et de sa stabilité. Les deux ont des applications uniques dans l’industrie moderne et sont tous deux des matériaux verts et respectueux de l’environnement.
Heure de publication : 18 octobre 2024