Karboksimetilceluloze (CMC) un metilceluloze (MC) ir divi celulozes atvasinājumi, ko plaši izmanto daudzās nozarēs. Lai gan tie abi ir iegūti no dabiskās celulozes, dažādu ķīmisko modifikāciju procesu dēļ CMC un MC būtiski atšķiras ķīmiskā struktūra, fizikālās un ķīmiskās īpašības un pielietojuma jomas.
1. Avots un pamata pārskats
Karboksimetilceluloze (CMC) tiek iegūta, dabīgai celulozei reaģējot ar hloretiķskābi pēc apstrādes ar sārmu. Tas ir anjonu ūdenī šķīstošs celulozes atvasinājums. CMC parasti pastāv nātrija sāls formā, tāpēc to sauc arī par nātrija karboksimetilcelulozi (Na-CMC). Pateicoties labajai šķīdības un viskozitātes regulēšanas funkcijai, CMC plaši izmanto pārtikas, farmācijas, naftas urbšanas, tekstila un papīra rūpniecībā.
Metilceluloze (MC) tiek iegūta, metilējot celulozi ar metilhlorīdu (vai citiem metilēšanas reaģentiem). Tas ir nejonu celulozes atvasinājums. MC piemīt termiski gēla īpašības, šķīdums sacietē karsējot un izšķīst atdzesējot. Pateicoties savām unikālajām īpašībām, MC tiek plaši izmantots būvmateriālu, farmaceitisko preparātu, pārklājumu, pārtikas un citās nozarēs.
2. Ķīmiskā struktūra
CMC pamatstruktūra ir karboksimetilgrupas (-CH2COOH) ievadīšana celulozes β-1,4-glikozīdiskās saites glikozes vienībā. Šī karboksilgrupa padara to anjonu. CMC molekulārajā struktūrā ir liels skaits nātrija karboksilāta grupu. Šīs grupas ūdenī viegli sadalās, padarot CMC molekulas negatīvi lādētas, tādējādi nodrošinot labu šķīdību ūdenī un sabiezēšanas īpašības.
MC molekulārā struktūra ir metoksigrupu (-OCH3) ievadīšana celulozes molekulās, un šīs metoksigrupas aizvieto daļu no hidroksilgrupām celulozes molekulās. MC struktūrā nav jonizētu grupu, tāpēc tā nav jonu, kas nozīmē, ka šķīdumā tā nedalās un neuzlādējas. Tā unikālās termiskās gēla īpašības izraisa šo metoksigrupu klātbūtne.
3. Šķīdība un fizikālās īpašības
CMC labi šķīst ūdenī un var ātri izšķīst aukstā ūdenī, veidojot caurspīdīgu viskozu šķidrumu. Tā kā tas ir anjonu polimērs, CMC šķīdību ietekmē ūdens jonu stiprums un pH vērtība. Vidēs ar augstu sāls saturu vai stipras skābes apstākļos CMC šķīdība un stabilitāte samazināsies. Turklāt CMC viskozitāte ir relatīvi stabila dažādās temperatūrās.
MC šķīdība ūdenī ir atkarīga no temperatūras. To var izšķīdināt aukstā ūdenī, bet karsējot tas veidos želeju. Šī termiskā gēla īpašība ļauj MC veikt īpašas funkcijas pārtikas rūpniecībā un būvmateriālos. MC viskozitāte samazinās, paaugstinoties temperatūrai, un tai ir laba izturība pret enzīmu noārdīšanos un stabilitāte.
4. Viskozitātes raksturlielumi
CMC viskozitāte ir viena no svarīgākajām fizikālajām īpašībām. Viskozitāte ir cieši saistīta ar tās molekulmasu un aizvietošanas pakāpi. CMC šķīduma viskozitātei ir laba regulējamība, kas parasti rada augstāku viskozitāti zemā koncentrācijā (1%-2%), tāpēc to bieži izmanto kā biezinātāju, stabilizatoru un suspendējošu līdzekli.
MC viskozitāte ir saistīta arī ar tā molekulmasu un aizvietošanas pakāpi. MC ar dažādu aizstāšanas pakāpi ir dažādas viskozitātes īpašības. MC ir arī labs sabiezēšanas efekts šķīdumā, bet, uzkarsējot līdz noteiktai temperatūrai, MC šķīdums saželēs. Šo želējošu īpašību plaši izmanto būvniecības nozarē (piemēram, ģipsis, cements) un pārtikas pārstrādē (piemēram, sabiezēšana, plēves veidošana utt.).
5. Pielietojuma jomas
CMC pārtikas rūpniecībā parasti izmanto kā biezinātāju, emulgatoru, stabilizatoru un suspendējošu līdzekli. Piemēram, saldējumā, jogurtā un augļu dzērienos CMC var efektīvi novērst sastāvdaļu atdalīšanu un uzlabot produkta garšu un stabilitāti. Naftas rūpniecībā CMC izmanto kā dubļu apstrādes līdzekli, lai palīdzētu kontrolēt urbšanas šķidrumu plūstamību un šķidruma zudumus. Turklāt CMC izmanto arī celulozes pārveidošanai papīra rūpniecībā un kā līmēšanas līdzekli tekstilrūpniecībā.
MC tiek plaši izmantots būvniecības nozarē, īpaši sausās javas, flīžu līmēs un špakteles pulveros. Kā biezinātājs un ūdeni aizturošs līdzeklis MC var uzlabot konstrukcijas veiktspēju un saķeres izturību. Farmācijas rūpniecībā MC izmanto kā tablešu saistvielas, ilgstošas darbības materiālus un kapsulu sieniņu materiālus. Tā termoželējošās īpašības nodrošina kontrolētu izdalīšanos noteiktos preparātos. Turklāt MC tiek izmantots arī pārtikas rūpniecībā kā biezinātājs, stabilizators un emulgators pārtikai, piemēram, mērcēs, pildījumos, maizēs u.c.
6. Drošība un bioloģiskā noārdīšanās
CMC tiek uzskatīta par drošu pārtikas piedevu. Plaši toksikoloģiskie pētījumi ir parādījuši, ka CMC ieteiktajās devās ir nekaitīgs cilvēka ķermenim. Tā kā CMC ir atvasinājums uz dabiskās celulozes bāzes un tam ir laba bionoārdīšanās spēja, tas ir salīdzinoši draudzīgs videi un to var noārdīt mikroorganismi.
MC tiek uzskatīta arī par drošu piedevu, un to plaši izmanto medicīnā, pārtikā un kosmētikā. Tā nejonu raksturs padara to ļoti stabilu in vivo un in vitro. Lai gan MC nav tik bioloģiski noārdāms kā CMC, to īpašos apstākļos spēj arī noārdīt mikroorganismi.
Lai gan karboksimetilceluloze un metilceluloze ir iegūtas no dabiskās celulozes, tām ir atšķirīgas īpašības praktiskajā pielietojumā to atšķirīgo ķīmisko struktūru, fizikālo īpašību un pielietojuma jomu dēļ. CMC tiek plaši izmantots pārtikas, farmācijas un rūpniecības jomās, pateicoties tā labajai šķīdībai ūdenī, sabiezēšanas un suspensijas īpašībām, savukārt MC ieņem nozīmīgu vietu būvniecības, farmācijas un pārtikas rūpniecībā, pateicoties tā termiskās gēla īpašībām un stabilitātei. Abiem ir unikāls pielietojums mūsdienu rūpniecībā, un abi ir zaļi un videi draudzīgi materiāli.
Izlikšanas laiks: 18. oktobris 2024