Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) — два распространенных производных целлюлозы, которые широко используются в пищевой, медицинской, косметической промышленности, строительных материалах и других областях. Хотя оба они получены из натуральной целлюлозы и получены путем химической модификации, существуют очевидные различия в химической структуре, физико-химических свойствах, областях применения и функциональных эффектах.
1. Химическая структура
Основная структурная особенность карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) заключается в том, что гидроксильные группы в молекулах целлюлозы заменены карбоксиметильными (-CH2COOH) группами. Эта химическая модификация делает КМЦ чрезвычайно водорастворимой, особенно в воде, с образованием вязкого коллоидного раствора. Вязкость его раствора тесно связана со степенью его замещения (т.е. степенью карбоксиметильного замещения).
Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) образуется путем замены гидроксильных групп целлюлозы на гидроксиэтиловые (-CH2CH2OH). Гидроксиэтильная группа в молекуле ГЭЦ повышает водорастворимость и гидрофильность целлюлозы и при определенных условиях может образовывать гель. Такая структура позволяет ГЭЦ проявлять хорошие эффекты загущения, суспендирования и стабилизации в водном растворе.
2. Физико-химические свойства.
Растворимость в воде:
КМЦ можно полностью растворить как в холодной, так и в горячей воде с образованием прозрачного или полупрозрачного коллоидного раствора. Его раствор имеет высокую вязкость, а вязкость меняется в зависимости от температуры и значения pH. ГЭЦ также можно растворять в холодной и горячей воде, но по сравнению с КМЦ скорость ее растворения медленнее, и для образования однородного раствора требуется больше времени. Вязкость раствора ГЭЦ относительно низкая, но он обладает лучшей солеустойчивостью и стабильностью.
Регулировка вязкости:
На вязкость КМЦ легко влияет значение pH. Обычно она выше в нейтральных или щелочных условиях, но вязкость значительно снижается в сильнокислых условиях. Вязкость ГЭЦ меньше зависит от значения pH, имеет более широкий диапазон стабильности pH и подходит для применения в различных кислых и щелочных условиях.
Устойчивость к соли:
КМЦ очень чувствительна к соли, и присутствие соли значительно снижает вязкость ее раствора. ГЭЦ, с другой стороны, демонстрирует сильную солеустойчивость и может сохранять хороший загущающий эффект в среде с высоким содержанием соли. Таким образом, ГЭЦ имеет очевидные преимущества в системах, требующих использования солей.
3. Области применения
Пищевая промышленность:
КМЦ широко используется в пищевой промышленности в качестве загустителя, стабилизатора и эмульгатора. Например, в таких продуктах, как мороженое, напитки, джемы и соусы, КМЦ может улучшить вкус и стабильность продукта. ГЭК относительно редко используется в пищевой промышленности и в основном используется в некоторых продуктах с особыми требованиями, таких как низкокалорийные продукты и специальные пищевые добавки.
Медицина и косметика:
КМЦ часто используется для приготовления таблеток с пролонгированным высвобождением лекарств, глазных жидкостей и т. д. из-за ее хорошей биосовместимости и безопасности. ГЭК широко используется в косметических средствах, таких как лосьоны, кремы и шампуни, благодаря своим превосходным пленкообразующим и увлажняющим свойствам, которые могут обеспечить приятное ощущение и увлажняющий эффект.
Строительные материалы:
В строительных материалах как КМЦ, так и ГЭЦ можно использовать в качестве загустителей и водоудерживающих средств, особенно в материалах на основе цемента и гипса. ГЭЦ более широко используется в строительных материалах из-за его хорошей солеустойчивости и стабильности, что может улучшить строительные характеристики и долговечность материалов.
Добыча нефти:
При добыче нефти КМЦ в качестве добавки к буровому раствору может эффективно контролировать вязкость и потерю воды в буровом растворе. ГЭЦ, благодаря своей превосходной солестойкости и свойствам загущения, стал важным компонентом нефтепромысловых химикатов, используемых в буровых растворах и жидкости для гидроразрыва для повышения эксплуатационной эффективности и экономической выгоды.
4. Защита окружающей среды и биоразлагаемость.
И КМЦ, и ГЭК получены из натуральной целлюлозы и обладают хорошей биоразлагаемостью и экологичностью. В естественной среде они могут разлагаться микроорганизмами с образованием безвредных веществ, таких как углекислый газ и вода, что снижает загрязнение окружающей среды. Кроме того, поскольку они нетоксичны и безвредны, они широко используются в продуктах, вступающих в прямой контакт с организмом человека, таких как продукты питания, лекарства и косметика.
Хотя карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) являются производными целлюлозы, они имеют существенные различия по химической структуре, физико-химическим свойствам, областям применения и функциональным эффектам. КМЦ широко используется в пищевой, медицинской, нефтедобывающей и других областях благодаря своей высокой вязкости и восприимчивости к воздействиям окружающей среды. ГЭЦ, однако, более широко используется в косметике, строительных материалах и т. д. благодаря своей превосходной солеустойчивости, стабильности и пленкообразующим свойствам. При выборе его использования необходимо выбрать наиболее подходящее производное целлюлозы в соответствии с конкретным сценарием применения и необходимостью достижения наилучшего эффекта использования.
Время публикации: 21 августа 2024 г.