Karboksymetyloceluloza (CMC) to polimer o istotnym znaczeniu przemysłowym. Jest to rozpuszczalny w wodzie anionowy eter celulozy otrzymywany z naturalnej celulozy. Celuloza jest jednym z najpowszechniej występujących w przyrodzie polimerów organicznych i jest głównym składnikiem ścian komórkowych roślin. Sama celuloza jest słabo rozpuszczalna w wodzie, ale poprzez modyfikację chemiczną celulozę można przekształcić w pochodne o dobrej rozpuszczalności w wodzie, a CMC jest jednym z nich.
Strukturę molekularną CMC uzyskuje się poprzez eteryfikację hydroksylowej (-OH) części cząsteczki celulozy kwasem chlorooctowym (ClCH2COOH) w celu wytworzenia podstawnika karboksymetylowego (-CH2COOH). Struktura CMC zachowuje strukturę łańcucha β-1,4-glukozy celulozy, ale niektóre zawarte w niej grupy hydroksylowe są zastąpione grupami karboksymetylowymi. Dlatego CMC zachowuje właściwości łańcucha polimerowego celulozy i ma funkcjonalność grupy karboksymetylowej.
Właściwości chemiczne CMC
CMC jest polimerem anionowym. Ponieważ grupa karboksylowa (-CH2COOH) w swojej strukturze może jonizować, tworząc ładunki ujemne w roztworze wodnym, CMC może tworzyć stabilny roztwór koloidalny po rozpuszczeniu w wodzie. Na rozpuszczalność w wodzie i rozpuszczalność CMC wpływa stopień podstawienia (DS) i stopień polimeryzacji (DP). Stopień podstawienia odnosi się do liczby grup hydroksylowych zastąpionych przez grupy karboksylowe w każdej jednostce glukozy. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższy stopień podstawienia, tym lepsza rozpuszczalność w wodzie. Ponadto rozpuszczalność i lepkość CMC przy różnych wartościach pH są również różne. Generalnie wykazuje lepszą rozpuszczalność i stabilność w warunkach obojętnych lub zasadowych, natomiast w warunkach kwaśnych rozpuszczalność CMC zmniejszy się, a nawet może wytrącić się.
Właściwości fizyczne CMC
Lepkość roztworu CMC jest jedną z jego najważniejszych właściwości fizycznych. Na jego lepkość wpływa wiele czynników, m.in. stężenie roztworu, stopień podstawienia, stopień polimeryzacji, temperatura i wartość pH. Ta charakterystyka lepkości CMC pozwala mu wykazywać działanie zagęszczające, żelujące i stabilizujące w wielu zastosowaniach. Lepkość CMC ma również właściwości rozrzedzania pod wpływem ścinania, to znaczy lepkość zmniejsza się pod wpływem dużej siły ścinającej, co czyni go korzystnym w niektórych zastosowaniach wymagających dużej płynności.
Obszary zastosowań CMC
Ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne, CMC jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach. Oto niektóre z głównych obszarów zastosowań:
Przemysł spożywczy: CMC jest stosowany jako zagęszczacz, stabilizator i emulgator w przemyśle spożywczym. Może poprawić teksturę i stabilność żywności, na przykład w powszechnych zastosowaniach w lodach, jogurcie, galaretce i sosie.
Przemysł farmaceutyczny: CMC jest stosowany jako substancja pomocnicza do leków i klej do tabletek w branży farmaceutycznej. Stosowany jest także jako środek nawilżający i błonotwórczy w opatrunkach na rany.
Chemikalia stosowane codziennie: W produktach codziennego użytku, takich jak pasta do zębów, szampon, detergent itp., CMC stosuje się jako zagęszczacz, środek zawieszający i stabilizator, aby pomóc produktowi zachować dobry wygląd i działanie.
Wiercenie ropy naftowej: CMC stosuje się jako środek zwiększający lepkość i środek filtrujący w płuczkach wiertniczych, który może poprawić właściwości reologiczne płuczek wiertniczych i zapobiec nadmiernej penetracji płuczek wiertniczych.
Przemysł tekstylny i papierniczy: W przemyśle tekstylnym CMC stosuje się do masy tekstylnej i środków wykończeniowych, natomiast w przemyśle papierniczym stosuje się go jako środek wzmacniający i środek zaklejający do papieru w celu poprawy wytrzymałości i gładkości papieru.
Ochrona środowiska i bezpieczeństwo
CMC jest materiałem przyjaznym dla środowiska, który w przyrodzie może być rozkładany przez mikroorganizmy, dzięki czemu nie będzie powodował długotrwałego zanieczyszczenia środowiska. Ponadto CMC ma niską toksyczność i wysokie bezpieczeństwo, a także ma dobre wyniki w zakresie bezpieczeństwa w zastosowaniach spożywczych i farmaceutycznych. Niemniej jednak, ze względu na jego produkcję i zastosowanie na dużą skalę, nadal należy zwracać uwagę na zagospodarowanie odpadów chemicznych, które mogą powstawać w procesie jego produkcji.
Karboksymetyloceluloza (CMC) jest funkcjonalnie zróżnicowanym, rozpuszczalnym w wodzie polimerem anionowym. CMC otrzymany poprzez modyfikację chemiczną zachowuje doskonałe właściwości naturalnej celulozy, posiadając jednocześnie dobrą rozpuszczalność w wodzie oraz unikalne właściwości fizykochemiczne. Dzięki zagęszczaniu, żelowaniu, stabilizacji i innym funkcjom CMC jest szeroko stosowany w wielu gałęziach przemysłu, takich jak żywność, medycyna, chemikalia codziennego użytku, wiercenia ropy naftowej, tekstylia i papiernictwo. Ochrona środowiska i bezpieczeństwo sprawiają, że jest to preferowany dodatek do wielu produktów.
Czas publikacji: 23 sierpnia 2024 r