Karboxymetylcelulóza (CMC) a metylcelulóza (MC) sú dva deriváty celulózy široko používané v mnohých priemyselných odvetviach. Hoci sú obe odvodené z prírodnej celulózy, v dôsledku rôznych procesov chemickej modifikácie majú CMC a MC významné rozdiely v chemickej štruktúre, fyzikálnych a chemických vlastnostiach a oblastiach použitia.
1. Zdroj a základný prehľad
Karboxymetylcelulóza (CMC) sa pripravuje reakciou prírodnej celulózy s kyselinou chlóroctovou po alkalickom spracovaní. Je to aniónový vo vode rozpustný derivát celulózy. CMC zvyčajne existuje vo forme sodnej soli, preto sa nazýva aj sodná soľ karboxymetylcelulózy (Na-CMC). Vďaka svojej dobrej rozpustnosti a funkcii úpravy viskozity je CMC široko používaný v potravinárskom, farmaceutickom, ropnom, textilnom a papierenskom priemysle.
Metylcelulóza (MC) sa pripravuje metyláciou celulózy metylchloridom (alebo inými metylačnými činidlami). Je to neiónový derivát celulózy. MC má vlastnosti tepelného gélu, roztok pri zahriatí stuhne a po ochladení sa rozpustí. Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam sa MC široko používa v stavebných materiáloch, farmaceutických prípravkoch, náteroch, potravinárskom a inom priemysle.
2. Chemická štruktúra
Základnou štruktúrou CMC je zavedenie karboxymetylovej skupiny (–CH2COOH) na glukózovú jednotku β-1,4-glukozidovej väzby celulózy. Táto karboxylová skupina ho robí aniónovým. Molekulová štruktúra CMC má veľký počet karboxylátových skupín sodných. Tieto skupiny sa vo vode ľahko disociujú, vďaka čomu sú molekuly CMC negatívne nabité, čo im dáva dobrú rozpustnosť vo vode a zahusťovacie vlastnosti.
Molekulárna štruktúra MC spočíva v zavedení metoxyskupín (–OCH3) do molekúl celulózy a tieto metoxyskupiny nahrádzajú časť hydroxylových skupín v molekulách celulózy. V štruktúre MC nie sú žiadne ionizované skupiny, takže je neiónová, čo znamená, že sa v roztoku nedisociuje ani nenabíja. Jeho jedinečné vlastnosti tepelného gélu sú spôsobené prítomnosťou týchto metoxyskupín.
3. Rozpustnosť a fyzikálne vlastnosti
CMC má dobrú rozpustnosť vo vode a môže sa rýchlo rozpustiť v studenej vode za vzniku priehľadnej viskóznej kvapaliny. Keďže ide o aniónový polymér, rozpustnosť CMC je ovplyvnená iónovou silou a hodnotou pH vody. V prostredí s vysokým obsahom soli alebo v silne kyslých podmienkach sa rozpustnosť a stabilita CMC zníži. Okrem toho je viskozita CMC relatívne stabilná pri rôznych teplotách.
Rozpustnosť MC vo vode závisí od teploty. Môže sa rozpustiť v studenej vode, ale po zahriatí vytvorí gél. Táto vlastnosť tepelného gélu umožňuje MC hrať špeciálne funkcie v potravinárskom priemysle a stavebných materiáloch. Viskozita MC klesá so zvyšujúcou sa teplotou a má dobrú odolnosť voči enzymatickej degradácii a stabilitu.
4. Viskozitné charakteristiky
Viskozita CMC je jednou z jeho najdôležitejších fyzikálnych vlastností. Viskozita úzko súvisí s jeho molekulovou hmotnosťou a stupňom substitúcie. Viskozita roztoku CMC má dobrú nastaviteľnosť, zvyčajne produkuje vyššiu viskozitu pri nízkej koncentrácii (1%-2%), takže sa často používa ako zahusťovadlo, stabilizátor a suspendačné činidlo.
Viskozita MC tiež súvisí s jeho molekulovou hmotnosťou a stupňom substitúcie. MC s rôznym stupňom substitúcie má rôzne viskozitné charakteristiky. MC má tiež dobrý zahusťovací účinok v roztoku, ale pri zahriatí na určitú teplotu roztok MC gélovatí. Táto gélovacia vlastnosť je široko používaná v stavebnom priemysle (ako je sadra, cement) a pri spracovaní potravín (ako je zahusťovanie, tvorba filmu atď.).
5. Oblasti použitia
CMC sa bežne používa ako zahusťovadlo, emulgátor, stabilizátor a suspendačné činidlo v potravinárskom priemysle. Napríklad v zmrzline, jogurte a ovocných nápojoch môže CMC účinne zabrániť oddeleniu zložiek a zlepšiť chuť a stabilitu produktu. V ropnom priemysle sa CMC používa ako činidlo na úpravu bahna, ktoré pomáha kontrolovať tekutosť a stratu tekutín pri vrtných výplachoch. Okrem toho sa CMC používa aj na úpravu buničiny v papierenskom priemysle a ako glejivo v textilnom priemysle.
MC sa široko používa v stavebnom priemysle, najmä v suchých maltách, lepidlách na dlaždice a tmelových práškoch. Ako zahusťovadlo a činidlo zadržiavajúce vodu môže MC zlepšiť konštrukčný výkon a pevnosť spoja. Vo farmaceutickom priemysle sa MC používa ako spojivo tabliet, materiály s predĺženým uvoľňovaním a materiály stien kapsúl. Jeho termogélovacie vlastnosti umožňujú kontrolované uvoľňovanie v určitých formuláciách. Okrem toho sa MC používa aj v potravinárstve ako zahusťovadlo, stabilizátor a emulgátor do potravín, ako sú omáčky, plnky, chleby atď.
6. Bezpečnosť a biologická odbúrateľnosť
CMC sa považuje za bezpečnú potravinovú prísadu. Rozsiahle toxikologické štúdie ukázali, že CMC je pri odporúčanom dávkovaní pre ľudský organizmus neškodný. Keďže CMC je derivát na báze prírodnej celulózy a má dobrú biologickú odbúrateľnosť, je relatívne šetrný k životnému prostrediu a môže byť degradovaný mikroorganizmami.
MC sa tiež považuje za bezpečnú prísadu a je široko používaný v liekoch, potravinách a kozmetike. Jeho neiónová povaha ho robí vysoko stabilným in vivo a in vitro. Hoci MC nie je tak biodegradovateľná ako CMC, je tiež schopná byť degradovaná mikroorganizmami za špecifických podmienok.
Hoci karboxymetylcelulóza a metylcelulóza sú odvodené z prírodnej celulózy, v praktických aplikáciách majú odlišné vlastnosti v dôsledku ich rôznych chemických štruktúr, fyzikálnych vlastností a oblastí použitia. CMC je široko používaný v potravinárskej, farmaceutickej a priemyselnej oblasti vďaka svojej dobrej rozpustnosti vo vode, zahusťovaniu a suspenzným vlastnostiam, zatiaľ čo MC zaujíma dôležité postavenie v stavebnom, farmaceutickom a potravinárskom priemysle vďaka svojim vlastnostiam a stabilite tepelného gélu. Obidva majú jedinečné využitie v modernom priemysle a obidva sú ekologické materiály šetrné k životnému prostrediu.
Čas odoslania: 18. októbra 2024