Carboxymethylcellulose (CMC) en methylcellulose (MC) zijn twee cellulosederivaten die op grote schaal in veel industrieën worden gebruikt. Hoewel ze beide zijn afgeleid van natuurlijke cellulose, vertonen CMC en MC als gevolg van verschillende chemische modificatieprocessen aanzienlijke verschillen in chemische structuur, fysische en chemische eigenschappen en toepassingsgebieden.
1. Bron en basisoverzicht
Carboxymethylcellulose (CMC) wordt bereid door natuurlijke cellulose te laten reageren met chloorazijnzuur na behandeling met alkali. Het is een anionisch, in water oplosbaar cellulosederivaat. CMC bestaat meestal in de vorm van natriumzout en wordt daarom ook wel natriumcarboxymethylcellulose (Na-CMC) genoemd. Vanwege de goede oplosbaarheid en viscositeitsaanpassingsfunctie wordt CMC veel gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, olieboringen-, textiel- en papierindustrie.
Methylcellulose (MC) wordt bereid door cellulose te methyleren met methylchloride (of andere methyleringsreagentia). Het is een niet-ionisch cellulosederivaat. MC heeft thermische geleigenschappen, de oplossing stolt bij verhitting en lost op bij afkoelen. Vanwege zijn unieke eigenschappen wordt MC veel gebruikt in bouwmaterialen, farmaceutische preparaten, coatings, voedingsmiddelen en andere industrieën.
2. Chemische structuur
De basisstructuur van CMC is de introductie van een carboxymethylgroep (–CH2COOH) op de glucose-eenheid van de β-1,4-glucosidebinding van cellulose. Deze carboxylgroep maakt het anionisch. De moleculaire structuur van CMC heeft een groot aantal natriumcarboxylaatgroepen. Deze groepen worden gemakkelijk gedissocieerd in water, waardoor de CMC-moleculen negatief geladen worden, waardoor het goede wateroplosbaarheid en verdikkingseigenschappen krijgt.
De moleculaire structuur van MC is de introductie van methoxygroepen (–OCH3) in de cellulosemoleculen, en deze methoxygroepen vervangen een deel van de hydroxylgroepen in de cellulosemoleculen. Er zijn geen geïoniseerde groepen in de MC-structuur, dus het is niet-ionisch, wat betekent dat het niet dissocieert of geladen raakt in oplossing. De unieke thermische geleigenschappen worden veroorzaakt door de aanwezigheid van deze methoxygroepen.
3. Oplosbaarheid en fysische eigenschappen
CMC heeft een goede oplosbaarheid in water en kan snel oplossen in koud water om een transparante stroperige vloeistof te vormen. Omdat het een anionisch polymeer is, wordt de oplosbaarheid van CMC beïnvloed door de ionsterkte en pH-waarde van water. In omgevingen met een hoog zoutgehalte of sterk zure omstandigheden zullen de oplosbaarheid en stabiliteit van CMC afnemen. Bovendien is de viscositeit van CMC relatief stabiel bij verschillende temperaturen.
De oplosbaarheid van MC in water is afhankelijk van de temperatuur. Het kan worden opgelost in koud water, maar vormt bij verhitting een gel. Door deze thermische geleigenschap kan MC speciale functies vervullen in de voedingsmiddelenindustrie en bouwmaterialen. De viscositeit van MC neemt af naarmate de temperatuur stijgt, en het heeft een goede weerstand tegen enzymatische afbraak en stabiliteit.
4. Viscositeitseigenschappen
De viscositeit van CMC is een van de belangrijkste fysische eigenschappen. De viscositeit hangt nauw samen met het molecuulgewicht en de substitutiegraad. De viscositeit van de CMC-oplossing is goed aanpasbaar en produceert gewoonlijk een hogere viscositeit bij een lage concentratie (1% -2%), daarom wordt deze vaak gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en suspendeermiddel.
De viscositeit van MC houdt ook verband met het molecuulgewicht en de substitutiegraad. MC met verschillende substitutiegraden heeft verschillende viscositeitskarakteristieken. MC heeft ook een goed verdikkend effect in de oplossing, maar bij verhitting tot een bepaalde temperatuur zal de MC-oplossing geleren. Deze gelerende eigenschap wordt veel gebruikt in de bouwsector (zoals gips, cement) en voedselverwerking (zoals verdikking, filmvorming, enz.).
5. Toepassingsgebieden
CMC wordt vaak gebruikt als verdikkingsmiddel, emulgator, stabilisator en suspendeermiddel in de voedingsmiddelenindustrie. In ijs, yoghurt en vruchtendranken kan CMC bijvoorbeeld effectief scheiding van ingrediënten voorkomen en de smaak en stabiliteit van het product verbeteren. In de aardolie-industrie wordt CMC gebruikt als modderbehandelingsmiddel om de vloeibaarheid en het vloeistofverlies van boorvloeistoffen onder controle te houden. Daarnaast wordt CMC ook gebruikt voor pulpmodificatie in de papierindustrie en als lijmmiddel in de textielindustrie.
MC wordt veel gebruikt in de bouwsector, vooral in droge mortels, tegellijmen en stopverfpoeders. Als verdikkingsmiddel en watervasthoudend middel kan MC de constructieprestaties en hechtsterkte verbeteren. In de farmaceutische industrie wordt MC gebruikt als tabletbindmiddel, materiaal met vertraagde afgifte en capsulewandmateriaal. De thermogelerende eigenschappen maken een gecontroleerde afgifte in bepaalde formuleringen mogelijk. Daarnaast wordt MC in de voedingsmiddelenindustrie ook gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en emulgator voor voedingsmiddelen, zoals sauzen, vullingen, brood etc.
6. Veiligheid en biologische afbreekbaarheid
CMC wordt beschouwd als een veilig levensmiddelenadditief. Uitgebreide toxicologische onderzoeken hebben aangetoond dat CMC bij de aanbevolen dosering onschadelijk is voor het menselijk lichaam. Omdat CMC een derivaat is op basis van natuurlijke cellulose en een goede biologische afbreekbaarheid heeft, is het relatief vriendelijk voor het milieu en kan het worden afgebroken door micro-organismen.
MC wordt ook beschouwd als een veilig additief en wordt veel gebruikt in medicijnen, voedingsmiddelen en cosmetica. Zijn niet-ionische aard maakt het zeer stabiel in vivo en in vitro. Hoewel MC niet zo biologisch afbreekbaar is als CMC, kan het onder specifieke omstandigheden ook door micro-organismen worden afgebroken.
Hoewel carboxymethylcellulose en methylcellulose beide zijn afgeleid van natuurlijke cellulose, hebben ze verschillende kenmerken in praktische toepassingen vanwege hun verschillende chemische structuren, fysische eigenschappen en toepassingsgebieden. CMC wordt veel gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische en industriële sector vanwege zijn goede wateroplosbaarheid, verdikkings- en suspensie-eigenschappen, terwijl MC een belangrijke positie inneemt in de bouw-, farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie vanwege zijn thermische geleigenschappen en stabiliteit. Beide hebben unieke toepassingen in de moderne industrie, en beide zijn groene en milieuvriendelijke materialen.
Posttijd: 18 oktober 2024