Kāda ir saistība starp DS un nātrija CMC molekulmasu

Nātrija karboksimetilceluloze (CMC) ir daudzpusīgs ūdenī šķīstošs polimērs, kas iegūts no celulozes, dabā sastopama polisaharīda, kas atrodams augu šūnu sieniņās. Tā unikālo īpašību un funkcionalitātes dēļ to plaši izmanto dažādās nozarēs, tostarp pārtikā, farmācijā, kosmētikā, tekstilizstrādājumos un naftas urbšanā.

Nātrija CMC struktūra un īpašības:

CMC tiek sintezēts ar celulozes ķīmisko modifikāciju, kur karboksimetilgrupas (-CH2-COOH) tiek ievadītas celulozes mugurkaulā, izmantojot ēterizācijas vai esterifikācijas reakcijas. Aizvietošanas pakāpe (DS) attiecas uz vidējo karboksimetilgrupu skaitu vienā glikozes vienībā celulozes ķēdē. DS vērtības parasti svārstās no 0,2 līdz 1,5 atkarībā no sintēzes apstākļiem un vēlamajām CMC īpašībām.

CMC molekulmasa attiecas uz vidējo polimēru ķēžu izmēru un var ievērojami atšķirties atkarībā no tādiem faktoriem kā celulozes avots, sintēzes metode, reakcijas apstākļi un attīrīšanas metodes. Molekulmasu bieži raksturo tādi parametri kā skaitliskā vidējā molekulmasa (Mn), svara vidējā molekulmasa (Mw) un viskozitātes vidējā molekulmasa (Mv).

Nātrija CMC sintēze:

CMC sintēze parasti ietver celulozes reakciju ar nātrija hidroksīdu (NaOH) un hloretiķskābi (ClCH2COOH) vai tās nātrija sāli (NaClCH2COOH). Reakcija notiek ar nukleofīlo aizvietošanu, kur hidroksilgrupas (-OH) uz celulozes mugurkaula reaģē ar hloracetilgrupām (-ClCH2COOH), veidojot karboksimetilgrupas (-CH2-COOH).

CMC DS var kontrolēt, regulējot hloretiķskābes molāro attiecību pret celulozi, reakcijas laiku, temperatūru, pH un citus parametrus sintēzes laikā. Augstākas DS vērtības parasti tiek sasniegtas ar augstāku hloretiķskābes koncentrāciju un ilgāku reakcijas laiku.

CMC molekulmasu ietekmē dažādi faktori, tostarp izejas celulozes materiāla molekulmasas sadalījums, noārdīšanās pakāpe sintēzes laikā un CMC ķēžu polimerizācijas pakāpe. Dažādas sintēzes metodes un reakcijas apstākļi var radīt CMC ar atšķirīgu molekulmasas sadalījumu un vidējo izmēru.

Saistība starp DS un molekulmasu:

Attiecība starp aizvietošanas pakāpi (DS) un nātrija karboksimetilcelulozes (CMC) molekulmasu ir sarežģīta, un to ietekmē vairāki faktori, kas saistīti ar CMC sintēzi, struktūru un īpašībām.

1. DS ietekme uz molekulmasu:
   • Augstākas DS vērtības parasti atbilst mazākām CMC molekulmasām. Tas ir tāpēc, ka augstākas DS vērtības norāda uz lielāku karboksimetilgrupu aizstāšanas pakāpi uz celulozes mugurkaula, kas noved pie īsākas polimēru ķēdes un vidēji mazākas molekulmasas.
   • Karboksimetilgrupu ievadīšana izjauc starpmolekulāro ūdeņraža saiti starp celulozes ķēdēm, izraisot ķēdes šķelšanos un sadrumstalotību sintēzes laikā. Šis noārdīšanās process var izraisīt CMC molekulmasas samazināšanos, īpaši pie augstākām DS vērtībām un plašākām reakcijām.
   • Un otrādi, zemākas DS vērtības ir saistītas ar garākām polimēru ķēdēm un vidēji lielāku molekulmasu. Tas ir tāpēc, ka zemākas aizvietošanas pakāpes rada mazāk karboksimetilgrupu uz vienu glikozes vienību, ļaujot ilgākiem nemodificētu celulozes ķēžu segmentiem palikt neskartiem.
2. Molekulmasas ietekme uz DS:
   • CMC molekulmasa var ietekmēt sintēzes laikā sasniegto aizstāšanas pakāpi. Augstākas celulozes molekulmasas var nodrošināt reaktīvākas vietas karboksimetilēšanas reakcijām, ļaujot noteiktos apstākļos sasniegt augstāku aizvietošanas pakāpi.
   • Tomēr pārāk liela celulozes molekulmasa var arī kavēt hidroksilgrupu pieejamību aizvietošanas reakcijām, izraisot nepilnīgu vai neefektīvu karboksimetilēšanu un zemākas DS vērtības.
   • Turklāt sākuma celulozes materiāla molekulmasas sadalījums var ietekmēt DS vērtību sadalījumu iegūtajā CMC produktā. Molekulmasas neviendabīgums var izraisīt reaktivitātes un aizvietošanas efektivitātes izmaiņas sintēzes laikā, izraisot plašāku DS vērtību diapazonu gala CMC produktā.

DS un molekulmasas ietekme uz CMC īpašībām un lietojumiem:

1. Reoloģiskās īpašības:
   • Aizvietošanas pakāpe (DS) un CMC molekulmasa var ietekmēt tā reoloģiskās īpašības, tostarp viskozitāti, bīdes retināšanas uzvedību un želejas veidošanos.
   • Augstākas DS vērtības parasti rada zemāku viskozitāti un pseidoplastiskāku (bīdes retināšanas) uzvedību īsāku polimēru ķēžu un samazinātas molekulārās sapīšanās dēļ.
   • Un otrādi, zemākas DS vērtības un lielākas molekulmasas mēdz palielināt viskozitāti un uzlabot CMC šķīdumu pseidoplastisko uzvedību, kā rezultātā uzlabojas sabiezēšanas un suspensijas īpašības.
2. Šķīdība ūdenī un uzpūšanās:
   • CMC ar augstākām DS vērtībām mēdz uzrādīt lielāku šķīdību ūdenī un ātrāku hidratācijas ātrumu, jo polimēru ķēdēs ir augstāka hidrofilo karboksimetilgrupu koncentrācija.
   • Tomēr pārmērīgi augstas DS vērtības var izraisīt arī samazinātu šķīdību ūdenī un palielināt želejas veidošanos, īpaši augstās koncentrācijās vai daudzvērtīgu katjonu klātbūtnē.
   • CMC molekulmasa var ietekmēt tā pietūkumu un ūdens aiztures īpašības. Lielāka molekulmasa parasti izraisa lēnāku hidratācijas ātrumu un lielāku ūdens aiztures spēju, kas var būt izdevīgi lietojumos, kuros nepieciešama ilgstoša izdalīšanās vai mitruma kontrole.
3. Plēves veidošanas un barjeras īpašības:
   • CMC plēvēm, kas veidotas no šķīdumiem vai dispersijām, piemīt barjeras īpašības pret skābekli, mitrumu un citām gāzēm, padarot tās piemērotas iepakošanai un pārklāšanai.
   • CMC DS un molekulmasa var ietekmēt iegūto plēvju mehānisko izturību, elastību un caurlaidību. Augstākas DS vērtības un mazākas molekulmasas var radīt plēves ar zemāku stiepes izturību un lielāku caurlaidību īsāku polimēru ķēžu un samazinātas starpmolekulārās mijiedarbības dēļ.
4. Pielietojums dažādās nozarēs:
   • CMC ar dažādām DS vērtībām un molekulmasu atrod pielietojumu dažādās nozarēs, tostarp pārtikā, farmācijā, kosmētikā, tekstilizstrādājumos un naftas urbšanā.
   • Pārtikas rūpniecībā CMC izmanto kā biezinātāju, stabilizatoru un emulgatoru tādos produktos kā mērces, mērces un dzērieni. CMC kategorijas izvēle ir atkarīga no gala produkta vēlamās tekstūras, sajūtas mutē un stabilitātes prasībām.
   • Farmaceitiskajos preparātos CMC kalpo kā saistviela, dezintegrants un plēvi veidojošs līdzeklis tabletēs, kapsulās un suspensijā iekšķīgai lietošanai. CMC DS un molekulmasa var ietekmēt zāļu izdalīšanās kinētiku, biopieejamību un pacienta atbilstību.
   • Kosmētikas rūpniecībā CMC izmanto krēmos, losjonos un matu kopšanas līdzekļos kā biezinātāju, stabilizatoru un mitrinātāju. CMC kategorijas izvēle ir atkarīga no tādiem faktoriem kā tekstūra, smērējamība un maņu īpašības.
   • Naftas urbšanas nozarē CMC izmanto urbšanas šķidrumos kā viskozizētāju, šķidruma zudumu kontroles līdzekli un slānekļa inhibitoru. CMC DS un molekulmasa var ietekmēt tā veiktspēju, saglabājot urbuma stabilitāti, kontrolējot šķidruma zudumu un kavējot mālu pietūkumu.

Secinājums:

Attiecība starp aizvietošanas pakāpi (DS) un nātrija karboksimetilcelulozes (CMC) molekulmasu ir sarežģīta, un to ietekmē vairāki faktori, kas saistīti ar CMC sintēzi, struktūru un īpašībām. Augstākas DS vērtības parasti atbilst mazākām CMC molekulmasām, savukārt zemākas DS vērtības un lielākas molekulmasas parasti rada garākas polimēru ķēdes un vidēji lielāku molekulmasu. Izpratne par šīm attiecībām ir ļoti svarīga, lai optimizētu CMC īpašības un veiktspēju dažādās lietojumprogrammās dažādās nozarēs, tostarp pārtikas, farmācijas, kosmētikas, tekstilizstrādājumu un naftas urbšanas jomā. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi un izstrādes centieni, lai noskaidrotu pamatā esošos mehānismus un optimizētu CMC sintēzi un raksturojumu ar īpašiem lietojumiem pielāgotu DS un molekulmasas sadalījumu.