Karboksymetyloceluloza (CMC) i metyloceluloza (MC) to dwie pochodne celulozy szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Chociaż oba pochodzą z naturalnej celulozy, ze względu na różne procesy modyfikacji chemicznej, CMC i MC mają znaczne różnice w strukturze chemicznej, właściwościach fizycznych i chemicznych oraz obszarach zastosowań.
1. Źródło i przegląd podstawowy
Karboksymetylocelulozę (CMC) wytwarza się w reakcji naturalnej celulozy z kwasem chlorooctowym po obróbce alkalicznej. Jest anionową, rozpuszczalną w wodzie pochodną celulozy. CMC zwykle występuje w postaci soli sodowej, dlatego nazywana jest również karboksymetylocelulozą sodową (Na-CMC). Ze względu na dobrą rozpuszczalność i funkcję regulacji lepkości, CMC jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, wiertniczym, tekstylnym i papierniczym.
Metylocelulozę (MC) wytwarza się przez metylowanie celulozy chlorkiem metylu (lub innymi odczynnikami metylującymi). Jest niejonową pochodną celulozy. MC ma właściwości żelu termicznego, roztwór twardnieje po podgrzaniu i rozpuszcza się po ochłodzeniu. Ze względu na swoje unikalne właściwości MC jest szeroko stosowany w materiałach budowlanych, preparatach farmaceutycznych, powłokach, przemyśle spożywczym i innych gałęziach przemysłu.
2. Struktura chemiczna
Podstawowa struktura CMC polega na wprowadzeniu grupy karboksymetylowej (–CH2COOH) do jednostki glukozowej wiązania β-1,4-glukozydowego celulozy. Ta grupa karboksylowa czyni go anionowym. Struktura molekularna CMC ma dużą liczbę grup karboksylanu sodu. Grupy te łatwo ulegają dysocjacji w wodzie, powodując, że cząsteczki CMC są naładowane ujemnie, co zapewnia dobrą rozpuszczalność w wodzie i właściwości zagęszczające.
Struktura molekularna MC polega na wprowadzeniu grup metoksylowych (–OCH3) do cząsteczek celulozy, a te grupy metoksylowe zastępują część grup hydroksylowych w cząsteczkach celulozy. W strukturze MC nie ma grup zjonizowanych, więc jest ona niejonowa, co oznacza, że nie dysocjuje ani nie ładuje się w roztworze. Jego unikalne właściwości żelu termicznego wynikają z obecności grup metoksylowych.
3. Rozpuszczalność i właściwości fizyczne
CMC ma dobrą rozpuszczalność w wodzie i może szybko rozpuścić się w zimnej wodzie, tworząc przezroczystą lepką ciecz. Ponieważ jest to polimer anionowy, na rozpuszczalność CMC wpływa siła jonowa i wartość pH wody. W środowiskach o wysokiej zawartości soli lub w warunkach silnego kwasu rozpuszczalność i stabilność CMC zmniejszą się. Ponadto lepkość CMC jest stosunkowo stabilna w różnych temperaturach.
Rozpuszczalność MC w wodzie zależy od temperatury. Można go rozpuścić w zimnej wodzie, ale po podgrzaniu tworzy żel. Ta właściwość żelu termicznego umożliwia MC spełnianie specjalnych funkcji w przemyśle spożywczym i materiałach budowlanych. Lepkość MC zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i ma dobrą odporność na degradację enzymatyczną i stabilność.
4. Charakterystyka lepkościowa
Lepkość CMC jest jedną z jego najważniejszych właściwości fizycznych. Lepkość jest ściśle związana z jej masą cząsteczkową i stopniem podstawienia. Lepkość roztworu CMC można dobrze regulować, zwykle powodując wyższą lepkość przy niskim stężeniu (1% -2%), dlatego często stosuje się go jako zagęszczacz, stabilizator i środek zawieszający.
Lepkość MC jest również związana z jego masą cząsteczkową i stopniem podstawienia. MC o różnym stopniu podstawienia ma różne charakterystyki lepkości. MC ma również dobre działanie zagęszczające w roztworze, ale po podgrzaniu do określonej temperatury roztwór MC zacznie żelować. Ta właściwość żelowania jest szeroko stosowana w przemyśle budowlanym (takim jak gips, cement) i przetwórstwie spożywczym (takim jak zagęszczanie, tworzenie filmu itp.).
5. Obszary zastosowań
CMC jest powszechnie stosowany jako zagęszczacz, emulgator, stabilizator i środek zawieszający w przemyśle spożywczym. Na przykład w lodach, jogurtach i napojach owocowych CMC może skutecznie zapobiegać rozdzielaniu się składników oraz poprawiać smak i stabilność produktu. W przemyśle naftowym CMC stosuje się jako środek do obróbki błota, który pomaga kontrolować płynność i utratę płynu w płuczkach wiertniczych. Ponadto CMC stosuje się również do modyfikacji masy celulozowej w przemyśle papierniczym oraz jako środek zaklejający w przemyśle tekstylnym.
MC ma szerokie zastosowanie w budownictwie, szczególnie w suchych zaprawach, klejach do płytek i proszkach szpachlowych. Jako środek zagęszczający i zatrzymujący wodę, MC może poprawić wydajność konstrukcji i siłę wiązania. W przemyśle farmaceutycznym MC stosuje się jako spoiwa do tabletek, materiały o przedłużonym uwalnianiu i materiały na ścianki kapsułek. Jego właściwości termożelujące umożliwiają kontrolowane uwalnianie w niektórych preparatach. Ponadto MC ma także zastosowanie w przemyśle spożywczym jako zagęszczacz, stabilizator i emulgator do żywności, takiej jak sosy, nadzienia, pieczywo itp.
6. Bezpieczeństwo i biodegradowalność
CMC jest uważany za bezpieczny dodatek do żywności. Szeroko zakrojone badania toksykologiczne wykazały, że CMC w zalecanych dawkach jest nieszkodliwy dla organizmu ludzkiego. Ponieważ CMC jest pochodną na bazie naturalnej celulozy i charakteryzuje się dobrą biodegradowalnością, jest stosunkowo przyjazna dla środowiska i może być rozkładana przez mikroorganizmy.
MC jest również uważany za bezpieczny dodatek i jest szeroko stosowany w lekach, żywności i kosmetykach. Jego niejonowy charakter sprawia, że jest wysoce stabilny in vivo i in vitro. Chociaż MC nie ulega biodegradacji w takim stopniu jak CMC, może również ulegać rozkładowi przez mikroorganizmy w określonych warunkach.
Chociaż zarówno karboksymetyloceluloza, jak i metyloceluloza pochodzą z naturalnej celulozy, mają one różne właściwości w praktycznych zastosowaniach ze względu na różne struktury chemiczne, właściwości fizyczne i obszary zastosowań. CMC jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i przemysłowym ze względu na dobrą rozpuszczalność w wodzie, właściwości zagęszczające i zawieszające, natomiast MC zajmuje ważną pozycję w przemyśle budowlanym, farmaceutycznym i spożywczym ze względu na właściwości żelu termicznego i stabilność. Obydwa mają unikalne zastosowania we współczesnym przemyśle, oba są materiałami ekologicznymi i przyjaznymi dla środowiska.
Czas publikacji: 18 października 2024 r