Karboksymetylcellulose (CMC) og metylcellulose (MC) er to cellulosederivater som er mye brukt i mange bransjer. Selv om de begge er avledet fra naturlig cellulose, på grunn av forskjellige kjemiske modifikasjonsprosesser, har CMC og MC betydelige forskjeller i kjemisk struktur, fysiske og kjemiske egenskaper og bruksområder.
1. Kilde og grunnleggende oversikt
Karboksymetylcellulose (CMC) fremstilles ved å reagere naturlig cellulose med kloreddiksyre etter alkalibehandling. Det er et anionisk vannløselig cellulosederivat. CMC finnes vanligvis i form av natriumsalt, så det kalles også Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC). På grunn av sin gode løselighet og viskositetsjusteringsfunksjon, er CMC mye brukt i mat-, farmasøytisk, oljeboring, tekstil- og papirindustri.
Metylcellulose (MC) fremstilles ved å metylere cellulose med metylklorid (eller andre metyleringsreagenser). Det er et ikke-ionisk cellulosederivat. MC har termiske gelegenskaper, løsningen stivner ved oppvarming og oppløses ved avkjøling. På grunn av sine unike egenskaper er MC mye brukt i byggematerialer, farmasøytiske preparater, belegg, mat og andre industrier.
2. Kjemisk struktur
Den grunnleggende strukturen til CMC er introduksjonen av en karboksymetylgruppe (–CH2COOH) på glukoseenheten til β-1,4-glukosidbindingen til cellulose. Denne karboksylgruppen gjør den anionisk. Den molekylære strukturen til CMC har et stort antall natriumkarboksylatgrupper. Disse gruppene dissosieres lett i vann, noe som gjør CMC-molekylene negativt ladet, og gir den gode vannløselighet og fortykningsegenskaper.
Den molekylære strukturen til MC er introduksjonen av metoksygrupper (–OCH3) i cellulosemolekylene, og disse metoksygruppene erstatter deler av hydroksylgruppene i cellulosemolekylene. Det er ingen ioniserte grupper i MC-strukturen, så den er ikke-ionisk, noe som betyr at den ikke dissosierer eller blir ladet i løsning. Dens unike termiske gelegenskaper er forårsaket av tilstedeværelsen av disse metoksygruppene.
3. Løselighet og fysiske egenskaper
CMC har god løselighet i vann og kan raskt løses opp i kaldt vann for å danne en gjennomsiktig viskøs væske. Siden det er en anionisk polymer, påvirkes løseligheten til CMC av ionestyrken og pH-verdien til vann. I miljøer med høyt saltinnhold eller sterke sure forhold, vil løseligheten og stabiliteten til CMC reduseres. I tillegg er viskositeten til CMC relativt stabil ved forskjellige temperaturer.
Løseligheten til MC i vann avhenger av temperaturen. Den kan løses i kaldt vann, men vil danne en gel når den varmes opp. Denne termiske gelegenskapen gjør at MC kan spille spesielle funksjoner i næringsmiddelindustrien og byggematerialer. Viskositeten til MC avtar når temperaturen øker, og den har god motstand mot enzymatisk nedbrytning og stabilitet.
4. Viskositetsegenskaper
Viskositeten til CMC er en av dens viktigste fysiske egenskaper. Viskositeten er nært knyttet til dens molekylvekt og substitusjonsgrad. Viskositeten til CMC-løsningen har god justerbarhet, og gir vanligvis høyere viskositet ved lav konsentrasjon (1%-2%), så den brukes ofte som fortykningsmiddel, stabilisator og suspensjonsmiddel.
Viskositeten til MC er også relatert til dens molekylvekt og substitusjonsgrad. MC med ulik grad av substitusjon har forskjellige viskositetsegenskaper. MC har også en god fortykningseffekt i løsningen, men ved oppvarming til en viss temperatur vil MC-løsningen gelere. Denne geleringsegenskapen er mye brukt i byggeindustrien (som gips, sement) og næringsmiddelforedling (som fortykning, filmdannelse, etc.).
5. Bruksområder
CMC brukes ofte som fortykningsmiddel, emulgator, stabilisator og suspenderingsmiddel i næringsmiddelindustrien. For eksempel, i iskrem, yoghurt og fruktdrikker, kan CMC effektivt forhindre ingrediensseparasjon og forbedre smaken og stabiliteten til produktet. I petroleumsindustrien brukes CMC som et slambehandlingsmiddel for å hjelpe til med å kontrollere fluiditeten og væsketapet til borevæsker. I tillegg brukes CMC også til massemodifikasjon i papirindustrien og som limingsmiddel i tekstilindustrien.
MC er mye brukt i byggebransjen, spesielt i tørrmørtel, flislim og sparkelpulver. Som fortykningsmiddel og vannholdende middel kan MC forbedre konstruksjonsytelsen og bindestyrken. I den farmasøytiske industrien brukes MC som tablettbindere, forsinket frigjøringsmaterialer og kapselveggmaterialer. Dens termogelerende egenskaper muliggjør kontrollert frigjøring i visse formuleringer. I tillegg brukes MC også i næringsmiddelindustrien som fortykningsmiddel, stabilisator og emulgator for mat, som sauser, fyll, brød m.m.
6. Sikkerhet og biologisk nedbrytbarhet
CMC regnes som et trygt mattilsetningsstoff. Omfattende toksikologiske studier har vist at CMC er ufarlig for menneskekroppen ved anbefalt dosering. Siden CMC er et derivat basert på naturlig cellulose og har god biologisk nedbrytbarhet, er det relativt miljøvennlig og kan brytes ned av mikroorganismer.
MC regnes også som et trygt tilsetningsstoff og er mye brukt i medisiner, matvarer og kosmetikk. Dens ikke-ioniske natur gjør den svært stabil in vivo og in vitro. Selv om MC ikke er like biologisk nedbrytbart som CMC, er det også i stand til å brytes ned av mikroorganismer under spesifikke forhold.
Selv om karboksymetylcellulose og metylcellulose begge er avledet fra naturlig cellulose, har de forskjellige egenskaper i praktiske anvendelser på grunn av deres forskjellige kjemiske strukturer, fysiske egenskaper og bruksområder. CMC er mye brukt i næringsmiddel-, farmasøytiske og industrielle felt på grunn av dets gode vannløselighet, fortyknings- og suspensjonsegenskaper, mens MC inntar en viktig posisjon i konstruksjons-, farmasøytisk og næringsmiddelindustrien på grunn av sine termiske gelegenskaper og stabilitet. Begge har unike bruksområder i moderne industri, og begge er grønne og miljøvennlige materialer.
Innleggstid: 18. oktober 2024