Kakav je odnos između DS -a i molekularne težine natrijevog CMC -a

Natrijev karboksimetil celuloza (CMC) je svestrani polimer topljiv u vodi izveden iz celuloze, prirodnog polisaharida koji se nalazi u biljnim staničnim zidovima. Široko se koristi u raznim industrijama, uključujući hranu, lijekove, kozmetiku, tekstil i bušenje nafte, zbog svojih jedinstvenih svojstava i funkcionalnosti.

Struktura i svojstva natrijevog CMC -a:

CMC se sintetizira kemijskom modifikacijom celuloze, pri čemu se na karboksimetilsku skupinu (-CH2-COOH) unose na kralježnu celuloze eterifikacijom ili reakcijama esterifikacije. Stupanj supstitucije (DS) odnosi se na prosječni broj karboksimetilnih skupina po jedinici glukoze u lancu celuloze. DS vrijednosti obično se kreću od 0,2 do 1,5, ovisno o uvjetima sinteze i željenim svojstvima CMC -a.

Molekularna masa CMC odnosi se na prosječnu veličinu polimernih lanaca i može značajno varirati ovisno o čimbenicima kao što su izvor celuloze, metode sinteze, reakcijskih uvjeta i tehnika pročišćavanja. Molekularna masa često se karakterizira parametrima kao što su molekulska masa prosječne brojeve (MN), prosječna molekulska težina težine (MW) i prosječna molekulska masa viskoznosti (MV).

Sinteza natrijevog CMC -a:

Sinteza CMC -a obično uključuje reakciju celuloze s natrijevim hidroksidom (NaOH) i klorooctenom kiselinom (CLCH2COOH) ili njegove natrijeve soli (NaClCH2COOH). Reakcija se odvija kroz nukleofilnu supstituciju, gdje hidroksilne skupine (-OH) na kralježnici celuloze reagiraju s kloroacetilnim skupinama (-CLCH2COOH) kako bi se formirale karboksimetilne skupine (-CH2-COOH).

DS CMC može se kontrolirati podešavanjem molarnog omjera klorooctene kiseline i celuloze, vremena reakcije, temperature, pH i drugih parametara tijekom sinteze. Veće vrijednosti DS -a obično se postižu s višim koncentracijama klorooctene kiseline i dužim reakcijskim vremenima.

Na molekulsku težinu CMC utječu različiti čimbenici, uključujući raspodjelu molekularne mase početnog celuloznog materijala, opseg razgradnje tijekom sinteze i stupanj polimerizacije CMC lanaca. Različite metode sinteze i reakcijski uvjeti mogu rezultirati CMC -om s različitim raspodjelom molekularne mase i prosječnim veličinama.

Odnos između DS -a i molekularne mase:

Odnos između stupnja supstitucije (DS) i molekularne težine natrijevog karboksimetil celuloze (CMC) složen je i utječe višestruki čimbenici koji se odnose na sintezu, strukturu i svojstva CMC -a.

1. Učinak DS -a na molekulsku masu:
   • Veće vrijednosti DS -a uglavnom odgovaraju nižim molekularnim masama CMC -a. To je zato što veće vrijednosti DS -a ukazuju na veći stupanj supstitucije karboksimetilnih skupina na kralježnicu celuloze, što dovodi u prosječno kraćim polimernim lancima i manjim molekularnim težinama.
   • Uvođenje karboksimetilnih skupina ometa intermolekularno vezanje vodika između lanca celuloze, što rezultira ukidanjem lanca i fragmentacijom tijekom sinteze. Ovaj proces razgradnje može dovesti do smanjenja molekulske mase CMC -a, posebno pri višim vrijednostima DS -a i opsežnijim reakcijama.
   • Suprotno tome, niže vrijednosti DS -a povezane su s duljim polimernim lancima i višom molekularnom težinom u prosjeku. To je zato što niži stupnjevi supstitucije rezultiraju u manje karboksimetilnih skupina po jedinici glukoze, što omogućava da dulji segmenti nemodificiranih celuloznih lanaca ostanu netaknuti.
2. Učinak molekularne mase na DS:
   • Molekularna masa CMC može utjecati na stupanj supstitucije postignutog tijekom sinteze. Veće molekularne težine celuloze mogu pružiti više reaktivnih mjesta za reakcije karboksimetilacije, omogućujući postizanje većeg stupnja supstitucije u određenim uvjetima.
   • Međutim, prekomjerno visoke molekularne težine celuloze također mogu ometati pristupačnost hidroksilnih skupina za supstitucijske reakcije, što dovodi do nepotpune ili neučinkovite karboksimetilacije i nižih vrijednosti DS -a.
   • Uz to, raspodjela molekulske mase početnog celuloznog materijala može utjecati na raspodjelu DS vrijednosti u rezultirajućem CMC proizvodu. Heterogenosti molekularne mase mogu rezultirati promjenama u reaktivnosti i učinkovitosti supstitucije tijekom sinteze, što dovodi do šireg raspona vrijednosti DS u konačnom CMC proizvodu.

Utjecaj DS -a i molekularne mase na svojstva i primjene CMC -a:

1. Reološka svojstva:
   • Stupanj supstitucije (DS) i molekularna masa CMC -a mogu utjecati na njegova reološka svojstva, uključujući viskoznost, ponašanje prorjeđivanja smicanja i stvaranje gela.
   • Veće vrijednosti DS -a općenito rezultiraju nižim viskoznim i više pseudoplastičnim (smičnim stanjivanjem) ponašanjem zbog kraćih polimernih lanaca i smanjene molekularne zapletenosti.
   • Suprotno tome, niže vrijednosti DS -a i veće molekularne težine povećavaju viskoznost i pojačavaju pseudoplastično ponašanje CMC otopina, što dovodi do poboljšanih svojstava zadebljanja i suspenzije.
2. Topljivost u vodi i ponašanje oteklina:
   • CMC s višim vrijednostima DS -a ima tendenciju da pokazuje veću topljivost u vodi i brže stope hidratacije zbog veće koncentracije hidrofilnih karboksimetilnih skupina duž polimernih lanaca.
   • Međutim, pretjerano visoke vrijednosti DS -a također mogu rezultirati smanjenom topljivošću vode i povećanim stvaranjem gela, posebno u visokim koncentracijama ili u prisutnosti multivalentnih kationa.
   • Molekularna masa CMC -a može utjecati na njegovo ponašanje oteklina i zadržavanje vode. Veće molekularne težine općenito rezultiraju sporijom stopom hidratacije i većim kapacitetom zadržavanja vode, što može biti korisno u primjenama koje zahtijevaju kontrolu trajnog oslobađanja ili vlage.
3. Svojstva filma i barijere:
   • CMC filmovi formirani iz otopina ili disperzija pokazuju svojstva barijere protiv kisika, vlage i drugih plinova, što ih čini prikladnim za pakiranje i prevlačenje.
   • DS i molekularna masa CMC -a mogu utjecati na mehaničku čvrstoću, fleksibilnost i propusnost rezultirajućih filmova. Veće vrijednosti DS -a i niže molekularne težine mogu dovesti do filmova s ​​nižom vlačnoj čvrstoći i većoj propusnosti zbog kraćih polimernih lanaca i smanjenih intermolekularnih interakcija.
4. Prijave u raznim industrijama:
   • CMC s različitim vrijednostima DS -a i molekularne težine pronalazi primjene u raznim industrijama, uključujući hranu, lijekove, kozmetiku, tekstil i bušenje nafte.
   • U prehrambenoj industriji CMC se koristi kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator u proizvodima kao što su umaci, preljevi i pića. Izbor CMC ocjene ovisi o željenim zahtjevima teksture, osjećaja usta i stabilnosti konačnog proizvoda.
   • U farmaceutskim formulacijama, CMC služi kao vezivo, raspadanje i sredstvo za formiranje filma u tabletama, kapsulama i usmenim suspenzijama. DS i molekularna masa CMC -a mogu utjecati na kinetiku oslobađanja lijekova, bioraspoloživost i usklađenost s pacijentima.
   • U kozmetičkoj industriji CMC se koristi u kremama, losionima i proizvodima za njegu kose kao zgušnjivač, stabilizator i hidratantnu kremu. Izbor CMC ocjene ovisi o čimbenicima kao što su tekstura, širenje i senzorni atributi.
   • U industriji bušenja nafte, CMC se koristi za bušenje tekućina kao viskosifikator, sredstvo za kontrolu gubitka tekućine i inhibitor škriljaca. DS i molekularna masa CMC -a mogu utjecati na njegove performanse u održavanju stabilnosti bušotine, kontroliranju gubitka tekućine i inhibiranju oticanja gline.

Zaključak:

Odnos između stupnja supstitucije (DS) i molekularne težine natrijevog karboksimetil celuloze (CMC) složen je i utječe višestruki čimbenici koji se odnose na sintezu, strukturu i svojstva CMC -a. Veće vrijednosti DS -a uglavnom odgovaraju nižim molekularnim masama CMC -a, dok niže vrijednosti DS -a i veće molekularne težine imaju tendenciju da u prosjeku rezultiraju duljim polimernim lancima i većom molekularnom težinom. Razumijevanje ovog odnosa ključno je za optimizaciju svojstava i performansi CMC -a u različitim primjenama u industrijama, uključujući hranu, lijekove, kozmetiku, tekstil i bušenje nafte. Potrebni su daljnji napori za istraživanje i razvoj kako bi se rasvijetlili temeljni mehanizmi i optimizirali sintezu i karakterizaciju CMC -a s prilagođenim DS -om i raspodjelom molekularne mase za specifične primjene.