Каква е врската помеѓу DS и молекуларната тежина на натриум CMC

Натриум карбоксиметил целулоза (CMC) е разноврсен полимер растворлив во вода добиен од целулоза, природен полисахарид кој се наоѓа во ѕидовите на растителните клетки. Широко се користи во различни индустрии, вклучувајќи храна, фармацевтски производи, козметика, текстил и дупчење нафта, поради неговите уникатни својства и функционалности.

Структура и својства на натриум CMC:

CMC се синтетизира со хемиска модификација на целулоза, при што карбоксиметил групи (-CH2-COOH) се внесуваат на целулозниот столб преку реакции на етерификација или естерификација. Степенот на супституција (DS) се однесува на просечниот број на карбоксиметил групи по единица гликоза во синџирот на целулоза. Вредностите на DS обично се движат од 0,2 до 1,5, во зависност од условите на синтезата и саканите својства на CMC.

Молекуларната тежина на CMC се однесува на просечната големина на полимерните синџири и може значително да варира во зависност од факторите како што се изворот на целулоза, методот на синтеза, условите за реакција и техниките на прочистување. Молекуларната тежина често се карактеризира со параметри како бројно-просечна молекуларна тежина (Mn), просечна тежина-просечна молекуларна тежина (Mw) и просечна молекуларна тежина-просечна вискозност (Mv).

Синтеза на натриум CMC:

Синтезата на CMC обично вклучува реакција на целулоза со натриум хидроксид (NaOH) и хлорооцетна киселина (ClCH2COOH) или нејзината натриумова сол (NaClCH2COOH). Реакцијата продолжува преку нуклеофилна супституција, каде што хидроксилните групи (-OH) на целулозниот столб реагираат со хлороацетил групи (-ClCH2COOH) за да формираат карбоксиметил групи (-CH2-COOH).

DS на CMC може да се контролира со прилагодување на моларниот сооднос на хлорооцетна киселина со целулоза, време на реакција, температура, pH и други параметри за време на синтезата. Повисоките вредности на ДС обично се постигнуваат со повисоки концентрации на хлорооцетна киселина и подолго време на реакција.

Молекуларната тежина на CMC е под влијание на различни фактори, вклучувајќи ја и распределбата на молекуларната тежина на почетниот целулозен материјал, степенот на деградација за време на синтезата и степенот на полимеризација на синџирите на CMC. Различни методи на синтеза и услови на реакција може да резултираат со CMC со различна дистрибуција на молекуларна тежина и просечни големини.

Односот помеѓу DS и молекуларната тежина:

Врската помеѓу степенот на супституција (DS) и молекуларната тежина на натриум карбоксиметил целулоза (CMC) е сложена и под влијание на повеќе фактори поврзани со синтезата, структурата и својствата на CMC.

1. Ефектот на ДС врз молекуларната тежина:
   • Повисоките вредности на DS генерално одговараат на помалите молекуларни тежини на CMC. Тоа е затоа што повисоките вредности на ДС укажуваат на поголем степен на замена на карбоксиметил групите на целулозниот столб, што доведува до пократки полимерни синџири и помала молекуларна тежина во просек.
   • Воведувањето на карбоксиметил групи ја нарушува меѓумолекуларната водородна врска помеѓу целулозните синџири, што резултира со сечење на синџирот и фрагментација за време на синтезата. Овој процес на деградација може да доведе до намалување на молекуларната тежина на CMC, особено при повисоки вредности на DS и пообемни реакции.
   • Спротивно на тоа, пониските вредности на DS се поврзани со подолги полимерни синџири и повисоки молекуларни тежини во просек. Ова е затоа што пониските степени на супституција резултираат со помалку карбоксиметил групи по единица гликоза, што овозможува подолгите сегменти на немодифицирани целулозни синџири да останат недопрени.
2. Ефект на молекуларната тежина врз ДС:
   • Молекуларната тежина на CMC може да влијае на степенот на супституција постигнат за време на синтезата. Поголемите молекуларни тежини на целулоза може да обезбедат повеќе реактивни места за реакции на карбоксиметилација, што овозможува да се постигне повисок степен на замена под одредени услови.
   • Сепак, прекумерно високите молекуларни тежини на целулоза, исто така, може да ја попречат пристапноста на хидроксилните групи за реакции на супституција, што доведува до нецелосна или неефикасна карбоксиметилација и пониски вредности на ДС.
   • Дополнително, распределбата на молекуларната тежина на почетниот целулозен материјал може да влијае на распределбата на вредностите на DS во добиениот CMC производ. Хетерогеностите во молекуларната тежина може да резултираат со варијации во реактивноста и ефикасноста на супституцијата за време на синтезата, што доведува до поширок опсег на вредности на DS во финалниот CMC производ.

Влијанието на DS и молекуларната тежина врз својствата и апликациите на CMC:

1. Реолошки својства:
   • Степенот на супституција (DS) и молекуларната тежина на CMC може да влијаат на неговите реолошки својства, вклучувајќи вискозност, однесување на разредување со смолкнување и формирање на гел.
   • Повисоките вредности на DS генерално резултираат со пониски вискозности и повеќе псевдопластично (разредување со смолкнување) однесување поради пократки полимерни синџири и намалена молекуларна заплетка.
   • Спротивно на тоа, пониските вредности на DS и повисоките молекуларни тежини имаат тенденција да ја зголемат вискозноста и да го подобрат псевдопластичното однесување на растворите на CMC, што доведува до подобри својства на задебелување и суспензија.
2. Растворливост во вода и однесување на оток:
   • CMC со повисоки вредности на DS има тенденција да покажува поголема растворливост во вода и побрзи стапки на хидратација поради повисоката концентрација на хидрофилни карбоксиметил групи долж полимерните синџири.
   • Сепак, претерано високите вредности на ДС може да резултираат и со намалена растворливост во вода и зголемено формирање на гел, особено при високи концентрации или во присуство на повеќевалентни катјони.
   • Молекуларната тежина на CMC може да влијае на неговото однесување на отекување и својствата на задржување на водата. Поголемите молекуларни тежини генерално резултираат со побавни стапки на хидратација и поголем капацитет за задржување на водата, што може да биде поволно во апликациите кои бараат постојано ослободување или контрола на влагата.
3. Својства за формирање филм и бариера:
   • CMC филмовите формирани од раствори или дисперзии покажуваат бариерни својства против кислородот, влагата и другите гасови, што ги прави погодни за апликации за пакување и обложување.
   • DS и молекуларната тежина на CMC може да влијаат на механичката цврстина, флексибилноста и пропустливоста на добиените филмови. Повисоките вредности на DS и помалата молекуларна тежина може да доведат до филмови со помала цврстина на истегнување и поголема пропустливост поради пократки полимерни синџири и намалени интермолекуларни интеракции.
4. Апликации во различни индустрии:
   • CMC со различни DS вредности и молекуларни тежини наоѓа примена во различни индустрии, вклучувајќи храна, фармацевтски производи, козметика, текстил и дупчење нафта.
   • Во прехранбената индустрија, CMC се користи како згуснувач, стабилизатор и емулгатор во производи како што се сосови, преливи и пијалоци. Изборот на степенот на CMC зависи од саканата текстура, чувството во устата и барањата за стабилност на финалниот производ.
   • Во фармацевтските формулации, CMC служи како врзивно средство, дезинтегратор и средство за формирање филм во таблети, капсули и орални суспензии. DS и молекуларната тежина на CMC може да влијаат на кинетиката на ослободување на лекот, биорасположивоста и усогласеноста на пациентот.
   • Во козметичката индустрија, CMC се користи во креми, лосиони и производи за нега на коса како згуснувач, стабилизатор и навлажнувач. Изборот на степенот на CMC зависи од фактори како што се текстурата, можност за ширење и сензорни атрибути.
   • Во индустријата за дупчење нафта, CMC се користи во течности за дупчење како вискозификатор, средство за контрола на загубата на течности и инхибитор на шкрилци. DS и молекуларната тежина на CMC може да влијаат на неговите перформанси за одржување на стабилноста на бунарот, контролирање на загубата на течности и инхибиција на отекување на глина.

Заклучок:

Врската помеѓу степенот на супституција (DS) и молекуларната тежина на натриум карбоксиметил целулоза (CMC) е сложена и под влијание на повеќе фактори поврзани со синтезата, структурата и својствата на CMC. Повисоките вредности на DS генерално одговараат на пониски молекуларни тежини на CMC, додека пониските вредности на DS и повисоките молекуларни тежини имаат тенденција да резултираат со подолги полимерни синџири и повисоки молекуларни тежини во просек. Разбирањето на оваа врска е од клучно значење за оптимизирање на својствата и перформансите на CMC во различни апликации низ индустриите, вклучувајќи храна, фармацевтски производи, козметика, текстил и дупчење нафта. Потребни се дополнителни напори за истражување и развој за да се разјаснат основните механизми и да се оптимизира синтезата и карактеризацијата на CMC со приспособени DS и распределби на молекуларна тежина за специфични апликации.