Какова связь между DS и молекулярной массой CMC натрия

Карбоксиметил целлюлоза натрия (CMC) является универсальным водорастворимым полимером, полученным из целлюлозы, природного полисахарида, обнаруженного в клеточных стенках растений. Он широко используется в различных отраслях, включая продукты питания, фармацевтические препараты, косметику, текстиль и бурение нефти, благодаря его уникальным свойствам и функциональности.

Структура и свойства CMC натрия:

CMC синтезируется химической модификацией целлюлозы, при которой карбоксиметильные группы (-CH2-COOH) вводятся на основную целлюлозу посредством реакций этерификации или этерификации. Степень замещения (DS) относится к среднему количеству карбоксиметильных групп на единицу глюкозы в целлюлозной цепи. Значения DS обычно варьируются от 0,2 до 1,5, в зависимости от условий синтеза и желаемых свойств CMC.

Молекулярная масса CMC относится к среднему размеру полимерных цепей и может значительно варьироваться в зависимости от таких факторов, как источник целлюлозы, метод синтеза, условия реакции и методы очистки. Молекулярная масса часто характеризуется такими параметрами, как средняя молекулярная масса (MN), средняя молекулярная масса (MW) и средняя молекулярная масса, средняя вязкость (MV).

Синтез CMC натрия:

Синтез CMC обычно включает реакцию целлюлозы с гидроксидом натрия (NAOH) и хлоруксусной кислотой (CLCH2COOH) или ее солью натрия (NaClCh2coOH). Реакция проходит посредством нуклеофильной замены, где гидроксильные группы (-OH) на целлюлозной основной цепи реагируют с хлороацетильными группами (-ClCH2COOH) для образования карбоксиметильных групп (-CH2-COOH).

DS CMC может контролироваться путем регулировки молярного соотношения хлоруксусной кислоты к целлюлозе, времени реакции, температуры, pH и другим параметрам во время синтеза. Более высокие значения DS обычно достигаются с более высокими концентрациями хлоруакусной кислоты и более длительного времени реакции.

На молекулярную массу CMC влияет различные факторы, включая распределение молекулярной массы начального целлюлозного материала, степень деградации во время синтеза и степень полимеризации цепей CMC. Различные методы синтеза и условия реакции могут привести к CMC с различными распределениями молекулярной массы и средними размерами.

Взаимосвязь между DS и молекулярной массой:

Взаимосвязь между степенью замещения (DS) и молекулярной массой карбоксиметил целлюлозы натрия (CMC) является сложной и зависит от множества факторов, связанных с синтезом CMC, структурой и свойствами.

1. Влияние DS на молекулярную массу:
   • Более высокие значения DS обычно соответствуют более низкой молекулярной массе CMC. Это связано с тем, что более высокие значения DS указывают на большую степень замены карбоксиметильных групп на целлюлозу, что приводит к более коротким полимерным цепям и в среднем с более низкой молекулярной массой.
   • Введение карбоксиметильных групп нарушает межмолекулярную водородную связь между целлюлозными цепями, что приводит к рассеянию цепи и фрагментации во время синтеза. Этот процесс деградации может привести к снижению молекулярной массы CMC, особенно при более высоких значениях DS и более обширных реакциях.
   • И наоборот, более низкие значения DS связаны с более длинными полимерными цепями и более высокими молекулярными массами в среднем. Это связано с тем, что более низкая степень замены приводит к меньшему количеству карбоксиметильных групп на единицу глюкозы, что позволяет иметь более длинные сегменты немодифицированных целлюлозных цепей, чтобы оставаться нетронутыми.
2. Влияние молекулярной массы на DS:
   • Молекулярная масса CMC может влиять на степень замещения, достигнутую во время синтеза. Более высокая молекулярная масса целлюлозы может обеспечить больше реактивных сайтов для реакций карбоксиметилирования, что позволяет достичь более высокой степени замещения при определенных условиях.
   • Тем не менее, чрезмерно высокая молекулярная масса целлюлозы может также препятствовать доступности гидроксильных групп для реакций замещения, что приводит к неполному или неэффективному карбоксиметилированию и более низким значениям DS.
   • Кроме того, распределение молекулярной массы начального материала целлюлозы может влиять на распределение значений DS в результирующем продукте CMC. Гетерогенность в молекулярной массе может привести к изменениям в реактивности и эффективности замещения во время синтеза, что приводит к более широкому диапазону значений DS в конечном продукте CMC.

Влияние DS и молекулярной массы на свойства и применение CMC:

1. Реологические свойства:
   • Степень замещения (DS) и молекулярная масса CMC могут влиять на его реологические свойства, включая вязкость, поведение истончения сдвига и образование геля.
   • Более высокие значения DS, как правило, приводят к более низкой вязкости и более псевдопластическому (истончению сдвига) из -за более коротких полимерных цепей и уменьшенной молекулярной запутанности.
   • И наоборот, более низкие значения DS и более высокая молекулярная масса имеют тенденцию увеличивать вязкость и усилить псевдопластическое поведение растворов CMC, что приводит к улучшению утолщения и суспензии.
2. Растворимость воды и поведение набухания:
   • CMC с более высокими значениями DS имеет тенденцию демонстрировать большую растворимость воды и более высокие скорости гидратации из -за более высокой концентрации гидрофильных карбоксиметильных групп вдоль полимерных цепей.
   • Однако чрезмерно высокие значения DS также могут привести к снижению растворимости воды и увеличению образования геля, особенно при высоких концентрациях или в присутствии многовалентных катионов.
   • Молекулярная масса CMC может влиять на его поведение набухания и свойства удержания воды. Более высокая молекулярная масса, как правило, приводит к более медленной скорости гидратации и большей способности задержки воды, что может быть выгодным в приложениях, требующих устойчивого высвобождения или контроля влаги.
3. Формирование фильма и свойства барьера:
   • Пленки CMC, сформированные из решений или дисперсий, демонстрируют свойства барьера против кислорода, влаги и других газов, что делает их подходящими для применения в упаковке и покрытии.
   • DS и молекулярная масса CMC могут влиять на механическую прочность, гибкость и проницаемость полученных пленок. Более высокие значения DS и более низкие молекулярные массы могут привести к пленкам с более низкой прочностью растяжения и более высокой проницаемостью из -за более коротких полимерных цепей и снижения межмолекулярных взаимодействий.
4. Приложения в различных отраслях:
   • CMC с различными значениями DS и молекулярной массой находит применение в различных отраслях, включая продукты питания, фармацевтические препараты, косметику, текстиль и бурение нефти.
   • В пищевой промышленности CMC используется в качестве загустителя, стабилизатора и эмульгатора в таких продуктах, как соусы, поправки и напитки. Выбор оценки CMC зависит от желаемой текстуры, кафедра и стабильности конечного продукта.
   • В фармацевтических составах CMC служит связующим, распаданным и пленком-формирующим агентом в таблетках, капсулах и пероральных суспензиях. DS и молекулярная масса CMC могут влиять на кинетику высвобождения лекарств, биодоступность и соответствие пациентам.
   • В косметической индустрии CMC используется в кремах, лосьонах и средствах по уходу за волосами в качестве загустителя, стабилизатора и увлажняющего крема. Выбор оценки CMC зависит от таких факторов, как текстура, распространение и сенсорные атрибуты.
   • В нефтяной буровой промышленности CMC используется в буровых жидкостях в качестве вязко -категории, агента по убыткам жидкости и ингибитора сланца. DS и молекулярная масса CMC могут влиять на его производительность при поддержании стабильности скважины, контроля потери жидкости и ингибировании отек глины.

Заключение:

Взаимосвязь между степенью замещения (DS) и молекулярной массой карбоксиметил целлюлозы натрия (CMC) является сложной и зависит от множества факторов, связанных с синтезом CMC, структурой и свойствами. Более высокие значения DS обычно соответствуют более низкой молекулярной массе CMC, в то время как более низкие значения DS и более высокие молекулярные массы имеют тенденцию привести к более длинным полимерным цепям и в среднем более высокие молекулярные массы. Понимание этих отношений имеет решающее значение для оптимизации свойств и производительности CMC в различных применениях в разных отраслях, включая продукты питания, фармацевтические препараты, косметику, текстиль и бурение нефти. Необходимы дальнейшие исследования и разработки для выяснения основных механизмов и оптимизации синтеза и характеристики CMC с индивидуальными DS и распределением молекулярной массы для конкретных применений.