מה ההבדל בין קרבוקסיתילצלולוזה ומתילצלולוזה?

Carboxymethyl Cellulose (CMC) ומתיל תאית (MC) הם שני נגזרות תאית בשימוש נרחב בתעשיות רבות. למרות ששניהם נגזרים מתאית טבעית, בשל תהליכי שינוי כימיים שונים, ל-CMC ול-MC יש הבדלים משמעותיים במבנה הכימי, בתכונות הפיזיקליות והכימיות ובתחומי היישום.

1. מקור וסקירה בסיסית
Carboxymethylcellulose (CMC) מוכן על ידי תגובה של תאית טבעית עם חומצה כלורואצטית לאחר טיפול אלקלי. זוהי נגזרת תאית אניונית המסיסה במים. CMC קיים בדרך כלל בצורה של מלח נתרן, ולכן הוא נקרא גם Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC). בשל פונקציית המסיסות וההתאמת הצמיגות הטובה שלו, CMC נמצא בשימוש נרחב בתעשיות מזון, תרופות, קידוחי נפט, טקסטיל ונייר.

מתילצלולוזה (MC) מוכנה על ידי מתילציה של תאית עם מתיל כלוריד (או ריאגנטים מתילציה אחרים). זוהי נגזרת תאית לא יונית. ל-MC תכונות ג'ל תרמיות, התמיסה מתמצקת בחימום ומתמוססת בקירור. בשל תכונותיו הייחודיות, MC נמצא בשימוש נרחב בחומרי בניין, תכשירים פרמצבטיים, ציפויים, מזון ותעשיות אחרות.

2. מבנה כימי
המבנה הבסיסי של CMC הוא החדרה של קבוצת קרבוקסימטיל (-CH2COOH) על יחידת הגלוקוז של הקשר β-1,4-גלוקוזידי של תאית. קבוצת קרבוקסיל זו הופכת אותו לאניוני. למבנה המולקולרי של CMC יש מספר רב של קבוצות נתרן קרבוקסילטים. קבוצות אלו מתפרקות בקלות במים, מה שהופך את מולקולות ה-CMC למטען שלילי, ובכך מעניק לה מסיסות מים טובה ותכונות עיבוי.

המבנה המולקולרי של MC הוא החדרת קבוצות מתוקסי (-OCH3) למולקולות התאית, וקבוצות מתוקסי אלו מחליפות חלק מקבוצות ההידרוקסיל במולקולות התאית. אין קבוצות מיוננות במבנה MC, ולכן הוא לא יוני, כלומר אינו מתנתק או נטען בתמיסה. תכונות הג'ל התרמיות הייחודיות שלו נגרמות על ידי נוכחותן של קבוצות מתוקסי אלו.

3. מסיסות ותכונות פיזיקליות
ל-CMC מסיסות טובה במים ויכולה להתמוסס במהירות במים קרים ליצירת נוזל צמיג שקוף. מכיוון שמדובר בפולימר אניוני, המסיסות של CMC מושפעת מהחוזק היוני ומערך ה-pH של מים. בסביבות עתירות מלח או בתנאי חומצה חזקה, המסיסות והיציבות של CMC יפחתו. בנוסף, הצמיגות של CMC יציבה יחסית בטמפרטורות שונות.

המסיסות של MC במים תלויה בטמפרטורה. ניתן להמיס אותו במים קרים אך יווצר ג'ל בחימום. תכונת ג'ל תרמי זו מאפשרת ל-MC לשחק פונקציות מיוחדות בתעשיית המזון ובחומרי בניין. הצמיגות של MC יורדת ככל שהטמפרטורה עולה, ויש לו עמידות טובה לפירוק ויציבות אנזימטית.

4. מאפייני צמיגות
הצמיגות של CMC היא אחת התכונות הפיזיקליות החשובות ביותר שלו. הצמיגות קשורה קשר הדוק למשקל המולקולרי ולמידת ההחלפה שלה. לצמיגות של תמיסת CMC יש יכולת התאמה טובה, בדרך כלל מייצרת צמיגות גבוהה יותר בריכוז נמוך (1%-2%), ולכן היא משמשת לעתים קרובות כחומר מעבה, מייצב וחומר מרחף.

הצמיגות של MC קשורה גם למשקל המולקולרי שלו ולמידת ההחלפה שלו. ל-MC עם דרגות שונות של החלפה יש מאפייני צמיגות שונים. ל-MC יש גם אפקט עיבוי טוב בתמיסה, אך בחימום לטמפרטורה מסוימת, תמיסת ה-MC תג'ל. מאפיין ג'ל זה נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הבנייה (כגון גבס, מלט) ועיבוד מזון (כגון עיבוי, היווצרות סרט וכו').

5. אזורי יישום
CMC משמש בדרך כלל כחומר מעבה, מתחלב, מייצב וחומר מרחף בתעשיית המזון. לדוגמה, במשקאות גלידה, יוגורט ופרי, CMC יכולה למנוע ביעילות הפרדת מרכיבים ולשפר את הטעם והיציבות של המוצר. בתעשיית הנפט, CMC משמש כחומר לטיפול בבוץ כדי לסייע בשליטה על הנזילות ואובדן הנוזלים של נוזלי הקידוח. בנוסף, CMC משמשת גם לשינוי עיסת תעשיית הנייר וכחומר חומרי התאמה בתעשיית הטקסטיל.

MC נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הבנייה, במיוחד במלטות יבשות, דבקי אריחים ואבקות שפכטל. כחומר עיבוי וחומר שומר מים, MC יכול לשפר את ביצועי הבנייה וחוזק ההדבקה. בתעשיית התרופות, MC משמש כקלסרים לטבליות, חומרים לשחרור מושהה וחומרי קיר קפסולה. תכונות התרמוג'ל שלו מאפשרות שחרור מבוקר בתכשירים מסוימים. בנוסף, MC משמש גם בתעשיית המזון כחומר מעבה, מייצב ומתחלב למזון כמו רטבים, מילויים, לחמים וכו'.

6. בטיחות והתכלות ביולוגית
CMC נחשב כתוסף מזון בטוח. מחקרים טוקסיקולוגיים מקיפים הראו כי CMC אינו מזיק לגוף האדם במינון המומלץ. מכיוון ש-CMC היא נגזרת המבוססת על תאית טבעית ובעלת מתכלות ביולוגית טובה, היא ידידותית יחסית לסביבה וניתנת לפירוק על ידי מיקרואורגניזמים.

MC נחשב גם כתוסף בטוח ונמצא בשימוש נרחב בתרופות, מזון וקוסמטיקה. אופיו הלא-יוני הופך אותו ליציב מאוד in vivo ו-in vitro. למרות ש-MC אינו מתכלה כמו CMC, הוא גם מסוגל להתפרק על ידי מיקרואורגניזמים בתנאים ספציפיים.

למרות שתאית קרבוקסימטיל ומתיל תאית מופקים שניהם מתאית טבעית, יש להם מאפיינים שונים ביישומים מעשיים בשל המבנים הכימיים השונים, התכונות הפיזיקליות ושדות היישום שלהם. CMC נמצא בשימוש נרחב בתחומי המזון, התרופות והתעשייה בשל תכונות מסיסות המים, העיבוי וההשעיה הטובה שלה, בעוד ש-MC תופסת עמדה חשובה בתעשיות הבנייה, התרופות והמזון בשל תכונות הג'ל התרמי ויציבותה. לשניהם יישומים ייחודיים בתעשייה המודרנית, ושניהם חומרים ירוקים וידידותיים לסביבה.