Karboksimetil celuloza (CMC) in metil celuloza (MC) sta dva derivata celuloze, ki se pogosto uporabljata v številnih industrijah. Čeprav sta oba pridobljena iz naravne celuloze, imata CMC in MC zaradi različnih postopkov kemijske modifikacije pomembne razlike v kemijski strukturi, fizikalnih in kemijskih lastnostih ter področjih uporabe.
1. Izvor in osnovni pregled
Karboksimetilcelulozo (CMC) pripravimo z reakcijo naravne celuloze s kloroocetno kislino po obdelavi z alkalijo. Je anionski vodotopen celulozni derivat. CMC običajno obstaja v obliki natrijeve soli, zato se imenuje tudi natrijeva karboksimetil celuloza (Na-CMC). Zaradi svoje dobre topnosti in funkcije prilagajanja viskoznosti se CMC pogosto uporablja v prehrambeni, farmacevtski industriji, industriji vrtanja nafte, tekstilni in papirni industriji.
Metilcelulozo (MC) pripravimo z metiliranjem celuloze z metil kloridom (ali drugimi metilirnimi reagenti). Je neionski derivat celuloze. MC ima lastnosti termičnega gela, raztopina se pri segrevanju strdi in pri ohlajanju raztopi. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti se MC pogosto uporablja v industriji gradbenih materialov, farmacevtskih pripravkih, premazih, živilih in drugih industrijah.
2. Kemična zgradba
Osnovna struktura CMC je uvedba karboksimetilne skupine (–CH2COOH) na glukozno enoto β-1,4-glukozidne vezi celuloze. Zaradi te karboksilne skupine je anionsko. Molekularna struktura CMC ima veliko število natrijevih karboksilatnih skupin. Te skupine se zlahka disociirajo v vodi, zaradi česar so molekule CMC negativno nabite, kar mu daje dobro topnost v vodi in lastnosti zgoščevanja.
Molekularna struktura MC je vnos metoksi skupin (–OCH3) v celulozne molekule, te metoksi skupine pa nadomestijo del hidroksilnih skupin v celuloznih molekulah. V strukturi MC ni ioniziranih skupin, zato je neionska, kar pomeni, da v raztopini ne disociira ali postane nabita. Njegove edinstvene lastnosti termičnega gela so posledica prisotnosti teh metoksi skupin.
3. Topnost in fizikalne lastnosti
CMC je dobro topen v vodi in se lahko hitro raztopi v hladni vodi, da tvori prozorno viskozno tekočino. Ker gre za anionski polimer, na topnost CMC vplivata ionska moč in pH vrednost vode. V okoljih z visoko vsebnostjo soli ali močnih kislih pogojih se bosta topnost in stabilnost CMC zmanjšali. Poleg tega je viskoznost CMC razmeroma stabilna pri različnih temperaturah.
Topnost MC v vodi je odvisna od temperature. Lahko se raztopi v hladni vodi, vendar bo pri segrevanju tvoril gel. Ta lastnost termičnega gela omogoča, da ima MC posebne funkcije v prehrambeni industriji in gradbenih materialih. Viskoznost MC se zmanjšuje z zvišanjem temperature in ima dobro odpornost na encimsko razgradnjo in stabilnost.
4. Lastnosti viskoznosti
Viskoznost CMC je ena njegovih najpomembnejših fizikalnih lastnosti. Viskoznost je tesno povezana z njegovo molekulsko maso in stopnjo substitucije. Viskoznost raztopine CMC ima dobro prilagodljivost, običajno povzroči večjo viskoznost pri nizki koncentraciji (1%-2%), zato se pogosto uporablja kot zgoščevalec, stabilizator in suspendirno sredstvo.
Viskoznost MC je povezana tudi z njegovo molekulsko maso in stopnjo substitucije. MC z različnimi stopnjami substitucije ima različne značilnosti viskoznosti. MC ima tudi dober učinek zgoščevanja v raztopini, vendar pri segrevanju na določeno temperaturo raztopina MC želira. Ta lastnost želiranja se pogosto uporablja v gradbeništvu (kot je mavec, cement) in predelavi hrane (kot je zgoščevanje, tvorba filma itd.).
5. Področja uporabe
CMC se običajno uporablja kot zgoščevalec, emulgator, stabilizator in suspendirno sredstvo v prehrambeni industriji. Na primer, v sladoledu, jogurtu in sadnih pijačah lahko CMC učinkovito prepreči ločevanje sestavin ter izboljša okus in stabilnost izdelka. V naftni industriji se CMC uporablja kot sredstvo za obdelavo blata za pomoč pri nadzoru fluidnosti in izgube tekočine pri vrtalnih tekočinah. Poleg tega se CMC uporablja tudi za modifikacijo celuloze v papirni industriji in kot sredstvo za klejenje v tekstilni industriji.
MC se pogosto uporablja v gradbeništvu, zlasti v suhih maltah, lepilih za ploščice in kitih v prahu. Kot sredstvo za zgoščevanje in sredstvo za zadrževanje vode lahko MC izboljša učinkovitost konstrukcije in moč lepljenja. V farmacevtski industriji se MC uporablja kot vezivo tablet, materiali za podaljšano sproščanje in materiali za stene kapsul. Njegove lastnosti termogeliranja omogočajo nadzorovano sproščanje v določenih formulacijah. Poleg tega se MC uporablja tudi v prehrambeni industriji kot zgoščevalec, stabilizator in emulgator za hrano, kot so omake, nadevi, kruh itd.
6. Varnost in biorazgradljivost
CMC velja za varen prehranski aditiv. Obsežne toksikološke študije so pokazale, da je CMC v priporočenih odmerkih neškodljiva za človeško telo. Ker je CMC derivat naravne celuloze in ima dobro biorazgradljivost, je razmeroma prijazen do okolja in ga mikroorganizmi lahko razgradijo.
MC velja tudi za varen dodatek in se pogosto uporablja v zdravilih, živilih in kozmetiki. Zaradi svoje neionske narave je zelo stabilen in vivo in in vitro. Čeprav MC ni tako biološko razgradljiv kot CMC, ga lahko pod posebnimi pogoji razgradijo tudi mikroorganizmi.
Čeprav sta karboksimetil celuloza in metil celuloza pridobljeni iz naravne celuloze, imata različne značilnosti v praktični uporabi zaradi različnih kemičnih struktur, fizikalnih lastnosti in področij uporabe. CMC se pogosto uporablja v prehrambeni, farmacevtski in industrijski industriji zaradi svoje dobre topnosti v vodi, lastnosti zgoščevanja in suspenzije, medtem ko ima MC pomembno mesto v gradbeništvu, farmacevtski in živilski industriji zaradi svojih lastnosti toplotnega gela in stabilnosti. Oba imata edinstveno uporabo v sodobni industriji in sta zelena in okolju prijazna materiala.
Čas objave: 18. oktober 2024