La carbossimetilcellulosa (CMC) e la metilcellulosa (MC) sono due derivati della cellulosa ampiamente utilizzati in molti settori. Sebbene siano entrambi derivati dalla cellulosa naturale, a causa dei diversi processi di modificazione chimica, CMC e MC presentano differenze significative nella struttura chimica, nelle proprietà fisiche e chimiche e nei campi di applicazione.
1. Fonte e panoramica di base
La carbossimetilcellulosa (CMC) viene preparata facendo reagire la cellulosa naturale con acido cloroacetico dopo trattamento alcalino. È un derivato anionico della cellulosa solubile in acqua. La CMC solitamente esiste sotto forma di sale di sodio, quindi è anche chiamata carbossimetilcellulosa di sodio (Na-CMC). Grazie alla sua buona solubilità e funzione di regolazione della viscosità, la CMC è ampiamente utilizzata nelle industrie alimentare, farmaceutica, di trivellazione petrolifera, tessile e della carta.
La metilcellulosa (MC) viene preparata metilando la cellulosa con cloruro di metile (o altri reagenti metilanti). È un derivato non ionico della cellulosa. MC ha proprietà di gel termico, la soluzione solidifica quando riscaldata e si dissolve quando viene raffreddata. Grazie alle sue proprietà uniche, MC è ampiamente utilizzato nei materiali da costruzione, nelle preparazioni farmaceutiche, nei rivestimenti, nell'industria alimentare e in altri settori.
2. Struttura chimica
La struttura di base della CMC è l'introduzione di un gruppo carbossimetilico (–CH2COOH) sull'unità glucosio del legame β-1,4-glucosidico della cellulosa. Questo gruppo carbossilico lo rende anionico. La struttura molecolare della CMC ha un gran numero di gruppi carbossilato di sodio. Questi gruppi si dissociano facilmente in acqua, rendendo le molecole CMC caricate negativamente, conferendole così una buona solubilità in acqua e proprietà addensanti.
La struttura molecolare dell'MC è l'introduzione di gruppi metossi (–OCH3) nelle molecole di cellulosa e questi gruppi metossi sostituiscono parte dei gruppi idrossilici nelle molecole di cellulosa. Non ci sono gruppi ionizzati nella struttura MC, quindi è non ionica, il che significa che non si dissocia né si carica in soluzione. Le sue proprietà uniche di gel termico sono causate dalla presenza di questi gruppi metossi.
3. Solubilità e proprietà fisiche
La CMC ha una buona solubilità in acqua e può dissolversi rapidamente in acqua fredda per formare un liquido viscoso trasparente. Poiché è un polimero anionico, la solubilità della CMC è influenzata dalla forza ionica e dal valore del pH dell'acqua. In ambienti ad alto contenuto di sale o in condizioni di forte acidità, la solubilità e la stabilità della CMC diminuiranno. Inoltre, la viscosità della CMC è relativamente stabile a diverse temperature.
La solubilità di MC in acqua dipende dalla temperatura. Può essere sciolto in acqua fredda ma forma un gel quando riscaldato. Questa proprietà del gel termico consente a MC di svolgere funzioni speciali nell'industria alimentare e nei materiali da costruzione. La viscosità dell'MC diminuisce all'aumentare della temperatura e ha una buona resistenza alla degradazione enzimatica e alla stabilità.
4. Caratteristiche di viscosità
La viscosità della CMC è una delle sue proprietà fisiche più importanti. La viscosità è strettamente correlata al suo peso molecolare e al grado di sostituzione. La viscosità della soluzione CMC ha una buona regolabilità, producendo solitamente una viscosità più elevata a basse concentrazioni (1%-2%), quindi viene spesso utilizzata come addensante, stabilizzante e agente di sospensione.
La viscosità dell'MC è anche correlata al suo peso molecolare e al grado di sostituzione. MC con diversi gradi di sostituzione ha caratteristiche di viscosità diverse. MC ha anche un buon effetto addensante nella soluzione, ma quando riscaldata a una certa temperatura, la soluzione MC gelifica. Questa proprietà gelificante è ampiamente utilizzata nel settore edile (come gesso, cemento) e nella lavorazione alimentare (come addensamento, formazione di film, ecc.).
5. Aree di applicazione
La CMC è comunemente usata come addensante, emulsionante, stabilizzante e agente di sospensione nell'industria alimentare. Ad esempio, nel gelato, nello yogurt e nelle bevande alla frutta, la CMC può prevenire efficacemente la separazione degli ingredienti e migliorare il gusto e la stabilità del prodotto. Nell'industria petrolifera, la CMC viene utilizzata come agente di trattamento dei fanghi per aiutare a controllare la fluidità e la perdita di liquidi dei fluidi di perforazione. Inoltre, la CMC viene utilizzata anche per la modificazione della pasta nell'industria della carta e come agente collante nell'industria tessile.
MC è ampiamente utilizzato nel settore edile, in particolare nelle malte secche, negli adesivi per piastrelle e nelle polveri di mastice. Come agente addensante e agente di ritenzione dell'acqua, MC può migliorare le prestazioni di costruzione e la forza di adesione. Nell'industria farmaceutica, gli MC vengono utilizzati come leganti per compresse, materiali a rilascio prolungato e materiali per le pareti delle capsule. Le sue proprietà termogelificanti consentono un rilascio controllato in alcune formulazioni. Inoltre, MC viene utilizzato anche nell'industria alimentare come addensante, stabilizzante ed emulsionante per alimenti, come salse, ripieni, pane, ecc.
6. Sicurezza e biodegradabilità
La CMC è considerata un additivo alimentare sicuro. Studi tossicologici approfonditi hanno dimostrato che la CMC è innocua per il corpo umano al dosaggio raccomandato. Poiché la CMC è un derivato a base di cellulosa naturale e ha una buona biodegradabilità, è relativamente rispettosa dell'ambiente e può essere degradata dai microrganismi.
MC è anche considerato un additivo sicuro ed è ampiamente utilizzato in medicinali, alimenti e cosmetici. La sua natura non ionica lo rende altamente stabile in vivo e in vitro. Sebbene MC non sia biodegradabile come CMC, può anche essere degradato dai microrganismi in condizioni specifiche.
Sebbene la carbossimetilcellulosa e la metilcellulosa siano entrambe derivate dalla cellulosa naturale, hanno caratteristiche diverse nelle applicazioni pratiche a causa delle loro diverse strutture chimiche, proprietà fisiche e campi di applicazione. La CMC è ampiamente utilizzata nei settori alimentare, farmaceutico e industriale per le sue buone proprietà di idrosolubilità, addensamento e sospensione, mentre MC occupa una posizione importante nell'industria edile, farmaceutica e alimentare per le sue proprietà di gel termico e stabilità. Entrambi hanno applicazioni uniche nell'industria moderna ed entrambi sono materiali ecologici e rispettosi dell'ambiente.
Orario di pubblicazione: 18 ottobre 2024