Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и метилцеллюлоза (МЦ) — два производных целлюлозы, широко используемые во многих отраслях промышленности. Хотя оба они получены из натуральной целлюлозы, из-за различных процессов химической модификации КМЦ и МК имеют существенные различия в химической структуре, физических и химических свойствах и областях применения.
1. Источник и базовый обзор
Карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) получают путем взаимодействия природной целлюлозы с хлоруксусной кислотой после обработки щелочью. Это анионное водорастворимое производное целлюлозы. КМЦ обычно существует в форме натриевой соли, поэтому ее также называют карбоксиметилцеллюлозой натрия (Na-КМЦ). Благодаря хорошей растворимости и функции регулирования вязкости КМЦ широко используется в пищевой, фармацевтической, нефтяной, текстильной и бумажной промышленности.
Метилцеллюлозу (МЦ) получают путем метилирования целлюлозы метилхлоридом (или другими метилирующими реагентами). Это неионное производное целлюлозы. МК обладает свойствами термогеля, раствор затвердевает при нагревании и растворяется при охлаждении. Благодаря своим уникальным свойствам МС широко используется в строительных материалах, фармацевтических препаратах, покрытиях, пищевой и других отраслях промышленности.
2. Химическая структура
Основная структура КМЦ представляет собой введение карбоксиметильной группы (–CH2COOH) в глюкозное звено β-1,4-глюкозидной связи целлюлозы. Эта карбоксильная группа делает его анионным. Молекулярная структура КМЦ имеет большое количество карбоксилатных групп натрия. Эти группы легко диссоциируют в воде, делая молекулы КМЦ отрицательно заряженными, что придает им хорошую растворимость в воде и загущающие свойства.
Молекулярная структура МК заключается во введении в молекулы целлюлозы метоксигрупп (–OCH3), которые заменяют часть гидроксильных групп в молекулах целлюлозы. В структуре MC нет ионизированных групп, поэтому он неионен, то есть не диссоциирует и не заряжается в растворе. Его уникальные свойства термогеля обусловлены наличием этих метоксигрупп.
3. Растворимость и физические свойства.
КМЦ хорошо растворяется в воде и может быстро растворяться в холодной воде с образованием прозрачной вязкой жидкости. Поскольку это анионный полимер, на растворимость КМЦ влияют ионная сила и значение pH воды. В средах с высоким содержанием солей или в условиях сильной кислоты растворимость и стабильность КМЦ уменьшаются. Кроме того, вязкость КМЦ относительно стабильна при различных температурах.
Растворимость МК в воде зависит от температуры. Его можно растворить в холодной воде, но при нагревании он образует гель. Это свойство термогеля позволяет MC выполнять особые функции в пищевой промышленности и строительных материалах. Вязкость MC уменьшается с повышением температуры, он обладает хорошей устойчивостью к ферментативному разложению и стабильностью.
4. Характеристики вязкости
Вязкость КМЦ является одним из наиболее важных ее физических свойств. Вязкость тесно связана с его молекулярной массой и степенью замещения. Вязкость раствора КМЦ хорошо регулируется, обычно обеспечивая более высокую вязкость при низкой концентрации (1–2%), поэтому его часто используют в качестве загустителя, стабилизатора и суспендирующего агента.
Вязкость MC также связана с его молекулярной массой и степенью замещения. МК с разной степенью замещения имеют разные вязкостные характеристики. MC также обладает хорошим загущающим эффектом в растворе, но при нагревании до определенной температуры раствор MC превращается в гель. Это гелеобразующее свойство широко используется в строительной промышленности (например, при производстве гипса, цемента) и пищевой промышленности (например, при утолщении, формировании пленки и т. д.).
5. Области применения
КМЦ обычно используется в пищевой промышленности в качестве загустителя, эмульгатора, стабилизатора и суспендирующего агента. Например, в мороженом, йогурте и фруктовых напитках КМЦ может эффективно предотвращать разделение ингредиентов и улучшать вкус и стабильность продукта. В нефтяной промышленности КМЦ используется в качестве агента для обработки бурового раствора, помогающего контролировать текучесть и водоотдачу буровых растворов. Кроме того, КМЦ также используется для модификации целлюлозы в бумажной промышленности и в качестве проклеивающего вещества в текстильной промышленности.
MC широко используется в строительной отрасли, особенно в сухих строительных растворах, плиточных клеях и порошковых шпаклевках. В качестве загустителя и водоудерживающего агента MC может улучшить характеристики конструкции и прочность сцепления. В фармацевтической промышленности MC используется в качестве связующих веществ для таблеток, материалов с пролонгированным высвобождением и материалов для стенок капсул. Его термогелеобразующие свойства обеспечивают контролируемое высвобождение в определенных составах. Кроме того, MC также используется в пищевой промышленности в качестве загустителя, стабилизатора и эмульгатора для пищевых продуктов, таких как соусы, начинки, хлеб и т. д.
6. Безопасность и биоразлагаемость.
КМЦ считается безопасной пищевой добавкой. Обширные токсикологические исследования показали, что КМЦ безвредна для организма человека в рекомендуемой дозировке. Поскольку КМЦ является производным на основе натуральной целлюлозы и обладает хорошей биоразлагаемостью, она относительно безопасна для окружающей среды и может разлагаться микроорганизмами.
MC также считается безопасной добавкой и широко используется в лекарствах, продуктах питания и косметике. Его неионная природа делает его очень стабильным in vivo и in vitro. Хотя MC не так биоразлагаемы, как CMC, они также способны разлагаться микроорганизмами при определенных условиях.
Хотя и карбоксиметилцеллюлоза, и метилцеллюлоза получены из натуральной целлюлозы, они имеют разные характеристики при практическом применении из-за разной химической структуры, физических свойств и областей применения. КМЦ широко используется в пищевой, фармацевтической и промышленной сферах благодаря своей хорошей растворимости в воде, свойствам загущения и суспендирования, тогда как МК занимает важное место в строительной, фармацевтической и пищевой промышленности благодаря своим свойствам термогеля и стабильности. Оба имеют уникальные применения в современной промышленности и являются экологически чистыми материалами.
Время публикации: 18 октября 2024 г.