ความแตกต่างระหว่างคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสและเมทิลเซลลูโลสคืออะไร?

Carboxymethyl Cellulose (CMC) และ methyl cellulose (MC) เป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสสองชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม แม้ว่าทั้งสองจะได้มาจากเซลลูโลสธรรมชาติ แต่เนื่องจากกระบวนการดัดแปลงทางเคมีที่แตกต่างกัน CMC และ MC จึงมีโครงสร้างทางเคมี คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี และการใช้งานที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

1. ที่มาและภาพรวมเบื้องต้น
Carboxymethylcellulose (CMC) เตรียมโดยทำปฏิกิริยาเซลลูโลสธรรมชาติกับกรดคลอโรอะซิติกหลังการบำบัดด้วยด่าง เป็นอนุพันธ์เซลลูโลสที่ละลายน้ำได้ประจุลบ CMC มักมีอยู่ในรูปของเกลือโซเดียม จึงเรียกอีกอย่างว่า Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC) เนื่องจากความสามารถในการละลายและการปรับความหนืดที่ดี CMC จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร ยา การขุดเจาะน้ำมัน สิ่งทอ และกระดาษ

เมทิลเซลลูโลส (MC) เตรียมโดยเมทิลเลตเซลลูโลสกับเมทิลคลอไรด์ (หรือรีเอเจนต์เมทิลเลตอื่นๆ) เป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสที่ไม่มีไอออนิก MC มีคุณสมบัติเป็นเจลระบายความร้อน สารละลายจะแข็งตัวเมื่อถูกความร้อน และละลายเมื่อถูกความเย็น เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว MC จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้าง การเตรียมยา สารเคลือบ อาหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ

2. โครงสร้างทางเคมี
โครงสร้างพื้นฐานของ CMC คือการแนะนำกลุ่มคาร์บอกซีเมทิล (–CH2COOH) บนหน่วยกลูโคสของพันธะ β-1,4-กลูโคซิดิกของเซลลูโลส หมู่คาร์บอกซิลนี้ทำให้เกิดประจุลบ โครงสร้างโมเลกุลของ CMC มีหมู่โซเดียมคาร์บอกซิเลทจำนวนมาก กลุ่มเหล่านี้แยกตัวออกจากน้ำได้ง่าย ส่งผลให้โมเลกุล CMC มีประจุลบ จึงมีความสามารถในการละลายน้ำได้ดีและมีคุณสมบัติทำให้ข้นขึ้น

โครงสร้างโมเลกุลของ MC คือการใส่หมู่เมทอกซี (–OCH3) เข้าไปในโมเลกุลเซลลูโลส และหมู่เมทอกซีเหล่านี้จะแทนที่ส่วนหนึ่งของหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลเซลลูโลส โครงสร้าง MC ไม่มีหมู่ไอออไนซ์ ดังนั้นจึงไม่มีไอออนิก ซึ่งหมายความว่ามันไม่แยกตัวหรือกลายเป็นประจุในสารละลาย คุณสมบัติของเจลระบายความร้อนอันเป็นเอกลักษณ์มีสาเหตุมาจากการมีกลุ่มเมทอกซีเหล่านี้

3. ความสามารถในการละลายและคุณสมบัติทางกายภาพ
CMC มีความสามารถในการละลายน้ำได้ดีและสามารถละลายในน้ำเย็นได้อย่างรวดเร็วจนเกิดเป็นของเหลวหนืดใส เนื่องจากเป็นโพลีเมอร์ประจุลบ ความสามารถในการละลายของ CMC จึงได้รับผลกระทบจากความแข็งแรงของไอออนิกและค่า pH ของน้ำ ในสภาพแวดล้อมที่มีเกลือสูงหรือสภาวะที่เป็นกรดแก่ ความสามารถในการละลายและความคงตัวของ CMC จะลดลง นอกจากนี้ความหนืดของ CMC ยังค่อนข้างคงที่ที่อุณหภูมิต่างกัน

ความสามารถในการละลายของ MC ในน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สามารถละลายในน้ำเย็นได้ แต่จะเกิดเป็นเจลเมื่อถูกความร้อน คุณสมบัติของเจลระบายความร้อนนี้ช่วยให้ MC สามารถทำหน้าที่พิเศษในอุตสาหกรรมอาหารและวัสดุก่อสร้างได้ ความหนืดของ MC จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และมีความต้านทานต่อการย่อยสลายและความเสถียรของเอนไซม์ได้ดี

4. ลักษณะความหนืด
ความหนืดของ CMC เป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญที่สุด ความหนืดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับน้ำหนักโมเลกุลและระดับการทดแทน ความหนืดของสารละลาย CMC มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนได้ดี โดยมักจะให้ความหนืดสูงขึ้นที่ความเข้มข้นต่ำ (1%-2%) ดังนั้นจึงมักใช้เป็นสารเพิ่มความหนา สารเพิ่มความคงตัว และสารแขวนลอย

ความหนืดของ MC นั้นสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลและระดับของการทดแทนด้วย MC ที่มีระดับการทดแทนต่างกันจะมีลักษณะความหนืดต่างกัน MC ยังมีฤทธิ์ทำให้สารละลายมีความหนาได้ดี แต่เมื่อได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด สารละลาย MC จะเกิดเจล คุณสมบัติการก่อเจลนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง (เช่น ยิปซั่ม ซีเมนต์) และการแปรรูปอาหาร (เช่น การทำให้หนาขึ้น การสร้างฟิล์ม ฯลฯ)

5. พื้นที่ใช้งาน
โดยทั่วไปจะใช้ CMC เป็นสารเพิ่มความข้น อิมัลซิไฟเออร์ สารทำให้คงตัว และสารแขวนลอยในอุตสาหกรรมอาหาร ตัวอย่างเช่น ในไอศกรีม โยเกิร์ต และเครื่องดื่มผลไม้ CMC สามารถป้องกันการแยกส่วนผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงรสชาติและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม CMC ถูกใช้เป็นตัวแทนบำบัดโคลนเพื่อช่วยควบคุมการไหลและการสูญเสียของเหลวของของเหลวจากการขุดเจาะ นอกจากนี้ CMC ยังใช้สำหรับการดัดแปลงเยื่อกระดาษในอุตสาหกรรมกระดาษและเป็นตัวแทนขนาดในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

MC ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปูนแห้ง กาวปูกระเบื้อง และผงสำหรับอุดรู ในฐานะที่เป็นสารเพิ่มความหนาและสารกักเก็บน้ำ MC สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการก่อสร้างและความแข็งแรงในการยึดเกาะได้ ในอุตสาหกรรมยา MC ถูกใช้เป็นตัวประสานแท็บเล็ต วัสดุที่มีการปลดปล่อยอย่างยั่งยืน และวัสดุผนังแคปซูล คุณสมบัติเทอร์โมเจลช่วยให้มีการปลดปล่อยแบบควบคุมได้ในสูตรผสมบางสูตร นอกจากนี้ MC ยังใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเป็นสารเพิ่มความหนา สารเพิ่มความคงตัว และอิมัลซิไฟเออร์สำหรับอาหาร เช่น ซอส ไส้ ขนมปัง เป็นต้น

6. ความปลอดภัยและการย่อยสลายทางชีวภาพ
CMC ถือเป็นวัตถุเจือปนอาหารที่ปลอดภัย การศึกษาทางพิษวิทยาอย่างกว้างขวางแสดงให้เห็นว่า CMC ไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ตามขนาดที่แนะนำ เนื่องจาก CMC เป็นอนุพันธ์จากเซลลูโลสธรรมชาติและมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้ดี จึงค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสามารถย่อยสลายได้ด้วยจุลินทรีย์

MC ยังถือเป็นสารเติมแต่งที่ปลอดภัย และใช้กันอย่างแพร่หลายในยา อาหาร และเครื่องสำอาง ธรรมชาติที่ไม่มีไอออนิกทำให้มีความเสถียรสูงทั้งในร่างกายและในหลอดทดลอง แม้ว่า MC จะไม่ย่อยสลายทางชีวภาพได้เท่ากับ CMC แต่ก็สามารถย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ

แม้ว่าคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสและเมทิลเซลลูโลสจะได้มาจากเซลลูโลสธรรมชาติทั้งคู่ แต่ก็มีลักษณะเฉพาะในการใช้งานจริงที่แตกต่างกันเนื่องจากโครงสร้างทางเคมี คุณสมบัติทางกายภาพ และการใช้งานที่แตกต่างกัน CMC ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอาหาร ยา และอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความสามารถในการละลายน้ำได้ดี คุณสมบัติการทำให้หนาขึ้น และสารแขวนลอย ในขณะที่ MC ครองตำแหน่งที่สำคัญในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง ยาและอาหาร เนื่องจากมีคุณสมบัติและความเสถียรของเจลระบายความร้อน ทั้งสองมีการใช้งานเฉพาะตัวในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ และเป็นวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม