Karboksimetil celuloza (CMC) i metil celuloza (MC) dva su derivata celuloze koji se široko koriste u mnogim industrijama. Iako su oboje izvedeni iz prirodne celuloze, zbog različitih procesa kemijske modifikacije, CMC i MC imaju značajne razlike u kemijskoj strukturi, fizičkim i kemijskim svojstvima te područjima primjene.
1. Izvor i osnovni pregled
Karboksimetilceluloza (CMC) se priprema reakcijom prirodne celuloze s klorooctenom kiselinom nakon alkalne obrade. To je anionski derivat celuloze topiv u vodi. CMC obično postoji u obliku natrijeve soli, pa se naziva i natrijeva karboksimetil celuloza (Na-CMC). Zbog svoje dobre topivosti i funkcije prilagodbe viskoznosti, CMC se naširoko koristi u prehrambenoj, farmaceutskoj industriji, industriji bušenja nafte, tekstilnoj i papirnoj industriji.
Metilceluloza (MC) se priprema metiliranjem celuloze s metil kloridom (ili drugim reagensima za metiliranje). To je neionski derivat celuloze. MC ima svojstva toplinskog gela, otopina se stvrdnjava zagrijavanjem i otapa kada se ohladi. Zbog svojih jedinstvenih svojstava, MC se široko koristi u građevinskim materijalima, farmaceutskim pripravcima, premazima, prehrambenoj i drugim industrijama.
2. Kemijska struktura
Osnovna struktura CMC je uvođenje karboksimetilne skupine (–CH2COOH) na glukoznu jedinicu β-1,4-glukozidne veze celuloze. Ova karboksilna skupina čini ga anionskim. Molekularna struktura CMC-a ima veliki broj natrijevih karboksilatnih skupina. Te se skupine lako disociraju u vodi, čineći CMC molekule negativno nabijenima, što mu daje dobru topljivost u vodi i svojstva zgušnjavanja.
Molekularna struktura MC je uvođenje metoksi skupina (–OCH3) u molekule celuloze, a te metoksi skupine zamjenjuju dio hidroksilnih skupina u molekulama celuloze. U strukturi MC nema ioniziranih skupina, pa je neionska, što znači da ne disocira niti postaje nabijena u otopini. Njegova jedinstvena svojstva toplinskog gela uzrokovana su prisutnošću ovih metoksi skupina.
3. Topljivost i fizikalna svojstva
CMC ima dobru topljivost u vodi i može se brzo otopiti u hladnoj vodi i formirati prozirnu viskoznu tekućinu. Budući da je riječ o anionskom polimeru, na topljivost CMC-a utječu ionska jakost i pH vrijednost vode. U sredinama s visokim udjelom soli ili jakim kiselim uvjetima, topivost i stabilnost CMC-a će se smanjiti. Osim toga, viskoznost CMC-a je relativno stabilna na različitim temperaturama.
Topivost MC u vodi ovisi o temperaturi. Može se otopiti u hladnoj vodi, ali će formirati gel kada se zagrije. Ovo svojstvo toplinskog gela omogućuje MC-u da ima posebne funkcije u prehrambenoj industriji i građevinskim materijalima. Viskoznost MC-a opada kako se temperatura povećava, a ima dobru otpornost na enzimatsku razgradnju i stabilnost.
4. Karakteristike viskoznosti
Viskoznost CMC-a jedno je od njegovih najvažnijih fizikalnih svojstava. Viskoznost je usko povezana s njegovom molekularnom težinom i stupnjem supstitucije. Viskoznost CMC otopine ima dobru prilagodljivost, obično stvara veću viskoznost pri niskim koncentracijama (1%-2%), pa se često koristi kao zgušnjivač, stabilizator i sredstvo za suspendiranje.
Viskoznost MC također je povezana s njegovom molekulskom težinom i stupnjem supstitucije. MC s različitim stupnjevima supstitucije ima različite karakteristike viskoznosti. MC također ima dobar učinak zgušnjavanja u otopini, ali kada se zagrije na određenu temperaturu, MC otopina će želirati. Ovo svojstvo želiranja naširoko se koristi u građevinskoj industriji (kao što je gips, cement) i preradi hrane (kao što je zgušnjavanje, stvaranje filma itd.).
5. Područja primjene
CMC se obično koristi kao zgušnjivač, emulgator, stabilizator i sredstvo za suspendiranje u prehrambenoj industriji. Na primjer, u sladoledu, jogurtu i voćnim napicima CMC može učinkovito spriječiti odvajanje sastojaka i poboljšati okus i stabilnost proizvoda. U naftnoj industriji, CMC se koristi kao sredstvo za obradu isplake za pomoć pri kontroli fluidnosti i gubitka tekućine u tekućinama za bušenje. Osim toga, CMC se također koristi za modificiranje celuloze u industriji papira i kao sredstvo za klejenje u tekstilnoj industriji.
MC se naširoko koristi u građevinskoj industriji, posebno u suhim mortovima, ljepilima za pločice i kitovima u prahu. Kao sredstvo za zgušnjavanje i zadržavanje vode, MC može poboljšati izvedbu konstrukcije i snagu lijepljenja. U farmaceutskoj industriji, MC se koristi kao vezivo za tablete, materijali za produljeno otpuštanje i materijali za stijenke kapsula. Njegova svojstva termogeliranja omogućuju kontrolirano otpuštanje u određenim formulacijama. Osim toga, MC se također koristi u prehrambenoj industriji kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator za hranu, kao što su umaci, nadjevi, kruh itd.
6. Sigurnost i biorazgradivost
CMC se smatra sigurnim prehrambenim aditivom. Opsežna toksikološka istraživanja pokazala su da je KMC bezopasan za ljudski organizam u preporučenim dozama. Budući da je CMC derivat baziran na prirodnoj celulozi i ima dobru biorazgradivost, relativno je prihvatljiv za okoliš i mogu ga razgraditi mikroorganizmi.
MC se također smatra sigurnim aditivom i naširoko se koristi u lijekovima, hrani i kozmetici. Njegova neionska priroda čini ga vrlo stabilnim in vivo i in vitro. Iako MC nije biorazgradiv kao CMC, također ga mogu razgraditi mikroorganizmi pod određenim uvjetima.
Iako su i karboksimetil celuloza i metil celuloza izvedene iz prirodne celuloze, imaju različite karakteristike u praktičnim primjenama zbog različitih kemijskih struktura, fizičkih svojstava i područja primjene. CMC se naširoko koristi u prehrambenoj, farmaceutskoj i industrijskoj industriji zbog svoje dobre topivosti u vodi, svojstava zgušnjavanja i suspenzije, dok MC zauzima važno mjesto u građevinskoj, farmaceutskoj i prehrambenoj industriji zbog svojstava toplinskog gela i stabilnosti. Oba imaju jedinstvenu primjenu u modernoj industriji i oba su zeleni i ekološki prihvatljivi materijali.
Vrijeme objave: 18. listopada 2024