Koks yra ryšys tarp DS ir natrio CMC molekulinės masės

Natrio karboksimetilceliuliozė (CMC) yra universalus vandenyje tirpus polimeras, gaunamas iš celiuliozės – natūralaus polisacharido, randamo augalų ląstelių sienelėse. Dėl savo unikalių savybių ir funkcijų jis plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose, įskaitant maisto, farmacijos, kosmetikos, tekstilės gaminius ir naftos gręžimą.

Natrio CMC struktūra ir savybės:

CMC sintetinamas cheminiu būdu modifikuojant celiuliozę, kai karboksimetilo grupės (-CH2-COOH) įvedamos į celiuliozės pagrindą eterinimo arba esterinimo reakcijų metu. Pakeitimo laipsnis (DS) reiškia vidutinį karboksimetilo grupių skaičių viename gliukozės vienete celiuliozės grandinėje. DS reikšmės paprastai svyruoja nuo 0,2 iki 1,5, priklausomai nuo sintezės sąlygų ir norimų CMC savybių.

CMC molekulinė masė nurodo vidutinį polimerų grandinių dydį ir gali labai skirtis priklausomai nuo tokių veiksnių kaip celiuliozės šaltinis, sintezės metodas, reakcijos sąlygos ir gryninimo būdai. Molekulinė masė dažnai apibūdinama tokiais parametrais kaip vidutinė molekulinė masė (Mn), masės vidutinė molekulinė masė (Mw) ir klampumo vidutinė molekulinė masė (Mv).

Natrio CMC sintezė:

CMC sintezė paprastai apima celiuliozės reakciją su natrio hidroksidu (NaOH) ir chloracto rūgštimi (ClCH2COOH) arba jos natrio druska (NaClCH2COOH). Reakcija vyksta nukleofiliniu pakeitimu, kai hidroksilo grupės (-OH) ant celiuliozės pagrindo reaguoja su chloracetilo grupėmis (-ClCH2COOH), sudarydamos karboksimetilo grupes (-CH2-COOH).

CMC DS gali būti kontroliuojamas reguliuojant chloracto rūgšties ir celiuliozės molinį santykį, reakcijos laiką, temperatūrą, pH ir kitus parametrus sintezės metu. Didesnės DS vertės paprastai pasiekiamos naudojant didesnę chloracto rūgšties koncentraciją ir ilgesnį reakcijos laiką.

CMC molekulinę masę įtakoja įvairūs veiksniai, įskaitant pradinės celiuliozės medžiagos molekulinės masės pasiskirstymą, skilimo mastą sintezės metu ir CMC grandinių polimerizacijos laipsnį. Skirtingi sintezės metodai ir reakcijos sąlygos gali sukelti CMC su skirtingu molekulinės masės pasiskirstymu ir vidutiniais dydžiais.

Ryšys tarp DS ir molekulinės masės:

Ryšys tarp pakeitimo laipsnio (DS) ir natrio karboksimetilceliuliozės (CMC) molekulinės masės yra sudėtingas ir įtakojamas daugelio veiksnių, susijusių su CMC sinteze, struktūra ir savybėmis.

1. DS poveikis molekulinei svoriui:
   • Didesnės DS reikšmės paprastai atitinka mažesnę CMC molekulinę masę. Taip yra todėl, kad didesnės DS reikšmės rodo didesnį karboksimetilo grupių pakeitimo laipsnį ant celiuliozės pagrindo, todėl polimero grandinės trumpėja ir molekulinė masė vidutiniškai mažesnė.
   • Karboksimetilo grupių įvedimas sutrikdo tarpmolekulinį vandenilio ryšį tarp celiuliozės grandinių, todėl sintezės metu grandinė nutrūksta ir suskaidoma. Dėl šio skilimo proceso gali sumažėti CMC molekulinė masė, ypač esant didesnėms DS vertėms ir intensyvesnėms reakcijoms.
   • Ir atvirkščiai, mažesnės DS reikšmės yra susijusios su ilgesnėmis polimero grandinėmis ir vidutiniškai didesnėmis molekulinėmis masėmis. Taip yra todėl, kad mažesni pakeitimo laipsniai lemia mažiau karboksimetilo grupių viename gliukozės vienete, todėl ilgesni nemodifikuotų celiuliozės grandinių segmentai išliks nepažeisti.
2. Molekulinės masės poveikis DS:
   • CMC molekulinė masė gali turėti įtakos sintezės metu pasiektam pakeitimo laipsniui. Didesnė celiuliozės molekulinė masė gali suteikti daugiau reaktyvių vietų karboksimetilinimo reakcijoms, todėl tam tikromis sąlygomis galima pasiekti didesnį pakeitimo laipsnį.
   • Tačiau pernelyg didelė celiuliozės molekulinė masė taip pat gali trukdyti hidroksilo grupių prieinamumui pakeitimo reakcijoms, todėl karboksimetilinimas yra nepilnas arba neefektyvus ir DS vertės mažėja.
   • Be to, pradinės celiuliozės medžiagos molekulinės masės pasiskirstymas gali turėti įtakos DS verčių pasiskirstymui gautame CMC produkte. Dėl molekulinės masės heterogeniškumo sintezės metu gali skirtis reaktyvumas ir pakeitimo efektyvumas, todėl galutiniame CMC produkte gali atsirasti platesnis DS verčių diapazonas.

DS ir molekulinės masės įtaka CMC savybėms ir pritaikymams:

1. Reologinės savybės:
   • Pakeitimo laipsnis (DS) ir CMC molekulinė masė gali turėti įtakos jo reologinėms savybėms, įskaitant klampumą, šlyties plonėjimą ir gelio susidarymą.
   • Didesnės DS vertės paprastai lemia mažesnį klampumą ir didesnį pseudoplastinį (šlyties plonėjimą) elgesį dėl trumpesnių polimerų grandinių ir sumažėjusio molekulinio susipynimo.
   • Ir atvirkščiai, mažesnės DS vertės ir didesnė molekulinė masė padidina CMC tirpalų klampumą ir pseudoplastinį elgesį, todėl pagerėja sutirštėjimo ir suspensijos savybės.
2. Tirpumas vandenyje ir brinkimas:
   • CMC, turintis didesnes DS vertes, turi didesnį tirpumą vandenyje ir greitesnį hidratacijos greitį dėl didesnės hidrofilinių karboksimetilo grupių koncentracijos polimero grandinėse.
   • Tačiau per didelės DS vertės taip pat gali sumažinti tirpumą vandenyje ir padidinti gelio susidarymą, ypač esant didelėms koncentracijoms arba esant daugiavalečiams katijonams.
   • CMC molekulinė masė gali turėti įtakos jo brinkimui ir vandens sulaikymo savybėms. Didesnė molekulinė masė paprastai lemia lėtesnį hidratacijos greitį ir didesnį vandens sulaikymo pajėgumą, o tai gali būti naudinga tais atvejais, kai reikalingas ilgalaikis išsiskyrimas arba drėgmės kontrolė.
3. Plėvelės formavimo ir barjero savybės:
   • CMC plėvelės, suformuotos iš tirpalų ar dispersijų, pasižymi deguonies, drėgmės ir kitų dujų barjerinėmis savybėmis, todėl yra tinkamos pakuoti ir dengti.
   • CMC DS ir molekulinė masė gali turėti įtakos gaunamų plėvelių mechaniniam stiprumui, lankstumui ir pralaidumui. Didesnės DS vertės ir mažesnė molekulinė masė gali lemti, kad dėl trumpesnių polimerų grandinių ir sumažėjusios tarpmolekulinės sąveikos gali susidaryti plėvelės, turinčios mažesnį tempimo stiprumą ir didesnį pralaidumą.
4. Taikymas įvairiose pramonės šakose:
   • CMC su skirtingomis DS vertėmis ir molekulinėmis masėmis yra pritaikytas įvairiose pramonės šakose, įskaitant maisto, farmacijos, kosmetikos, tekstilės gaminius ir naftos gręžimą.
   • Maisto pramonėje CMC naudojamas kaip tirštiklis, stabilizatorius ir emulsiklis gaminiuose, tokiuose kaip padažai, užpilai ir gėrimai. CMC klasės pasirinkimas priklauso nuo norimos tekstūros, pojūčio burnoje ir galutinio produkto stabilumo reikalavimų.
   • Farmacinėse kompozicijose CMC yra rišiklis, dezintegrantas ir plėvelę formuojantis agentas tabletėse, kapsulėse ir geriamosiose suspensijose. CMC DS ir molekulinė masė gali turėti įtakos vaisto išsiskyrimo kinetikai, biologiniam prieinamumui ir paciento sutikimui.
   • Kosmetikos pramonėje CMC naudojamas kremuose, losjonuose ir plaukų priežiūros priemonėse kaip tirštiklis, stabilizatorius ir drėkiklis. CMC klasės pasirinkimas priklauso nuo tokių veiksnių kaip tekstūra, tepamumas ir jutimo savybės.
   • Naftos gręžimo pramonėje CMC naudojamas gręžimo skysčiuose kaip klampumą didinanti medžiaga, skysčių praradimo kontrolės priemonė ir skalūnų inhibitorius. CMC DS ir molekulinė masė gali turėti įtakos jo veikimui palaikant gręžinio stabilumą, kontroliuojant skysčių praradimą ir slopinant molio patinimą.

Išvada:

Ryšys tarp pakeitimo laipsnio (DS) ir natrio karboksimetilceliuliozės (CMC) molekulinės masės yra sudėtingas ir įtakojamas daugelio veiksnių, susijusių su CMC sinteze, struktūra ir savybėmis. Didesnės DS vertės paprastai atitinka mažesnę CMC molekulinę masę, o mažesnės DS vertės ir didesnės molekulinės masės paprastai lemia ilgesnes polimerų grandines ir didesnę molekulinę masę. Šio ryšio supratimas yra labai svarbus norint optimizuoti CMC savybes ir veikimą įvairiose pramonės šakose, įskaitant maisto, vaistų, kosmetikos, tekstilės ir naftos gręžimo pramonę. Reikia tolesnių mokslinių tyrimų ir plėtros pastangų, siekiant išsiaiškinti pagrindinius mechanizmus ir optimizuoti CMC sintezę ir apibūdinimą su pritaikytu DS ir molekulinės masės pasiskirstymu konkrečioms reikmėms.