ความสัมพันธ์ระหว่าง DS กับน้ำหนักโมเลกุลของโซเดียม CMC คืออะไร

โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) เป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้อเนกประสงค์ซึ่งได้มาจากเซลลูโลส ซึ่งเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่พบในผนังเซลล์พืช มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอาหาร ยา เครื่องสำอาง สิ่งทอ และการขุดเจาะน้ำมัน เนื่องจากมีคุณสมบัติและฟังก์ชันเฉพาะตัว

โครงสร้างและคุณสมบัติของโซเดียม CMC:

CMC ถูกสังเคราะห์โดยการดัดแปลงทางเคมีของเซลลูโลส โดยที่หมู่คาร์บอกซีเมทิล (-CH2-COOH) ถูกนำเข้าสู่แกนหลักของเซลลูโลสผ่านปฏิกิริยาอีริฟิเคชันหรือเอสเทอริฟิเคชัน ระดับของการทดแทน (DS) หมายถึงจำนวนเฉลี่ยของกลุ่มคาร์บอกซีเมทิลต่อหน่วยกลูโคสในสายโซ่เซลลูโลส โดยทั่วไปค่า DS อยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.2 ถึง 1.5 ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการสังเคราะห์และคุณสมบัติที่ต้องการของ CMC

น้ำหนักโมเลกุลของ CMC หมายถึงขนาดเฉลี่ยของสายโซ่โพลีเมอร์ และอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น แหล่งที่มาของเซลลูโลส วิธีการสังเคราะห์ สภาวะของปฏิกิริยา และเทคนิคการทำให้บริสุทธิ์ น้ำหนักโมเลกุลมักแสดงลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยเป็นจำนวน (Mn) น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนัก (Mw) และน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยความหนืด (Mv)

การสังเคราะห์โซเดียม CMC:

โดยทั่วไปการสังเคราะห์ CMC จะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเซลลูโลสกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และกรดคลอโรอะซิติก (ClCH2COOH) หรือเกลือโซเดียม (NaClCH2COOH) ปฏิกิริยาเกิดขึ้นผ่านการแทนที่นิวคลีโอฟิลิก โดยที่หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บนแกนหลักเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับหมู่คลอโรอะซิติล (-ClCH2COOH) เพื่อสร้างหมู่คาร์บอกซีเมทิล (-CH2-COOH)

DS ของ CMC สามารถควบคุมได้โดยการปรับอัตราส่วนโมลาร์ของกรดคลอโรอะซิติกต่อเซลลูโลส เวลาปฏิกิริยา อุณหภูมิ pH และพารามิเตอร์อื่นๆ ในระหว่างการสังเคราะห์ โดยทั่วไปแล้วค่า DS ที่สูงขึ้นจะเกิดขึ้นเมื่อมีความเข้มข้นของกรดคลอโรอะซิติกสูงขึ้นและมีเวลาในการทำปฏิกิริยานานขึ้น

น้ำหนักโมเลกุลของ CMC ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ รวมถึงการกระจายน้ำหนักโมเลกุลของวัสดุเซลลูโลสเริ่มต้น ขอบเขตของการย่อยสลายในระหว่างการสังเคราะห์ และระดับของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของสายโซ่ CMC วิธีการสังเคราะห์และสภาวะของปฏิกิริยาที่แตกต่างกันสามารถส่งผลให้ CMC มีการกระจายน้ำหนักโมเลกุลและขนาดเฉลี่ยที่แตกต่างกัน

ความสัมพันธ์ระหว่าง DS และน้ำหนักโมเลกุล:

ความสัมพันธ์ระหว่างระดับการทดแทน (DS) และน้ำหนักโมเลกุลของโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) มีความซับซ้อนและได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ โครงสร้าง และคุณสมบัติของ CMC

1. ผลของ DS ต่อน้ำหนักโมเลกุล:
   • โดยทั่วไปค่า DS ที่สูงขึ้นจะสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่าของ CMC เนื่องจากค่า DS ที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงระดับของการแทนที่หมู่คาร์บอกซีเมทิลบนแกนหลักเซลลูโลสในระดับที่มากขึ้น ส่งผลให้สายโซ่โพลีเมอร์สั้นลงและน้ำหนักโมเลกุลโดยเฉลี่ยลดลง
   • การแนะนำหมู่คาร์บอกซีเมทิลขัดขวางพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลระหว่างสายโซ่เซลลูโลส ส่งผลให้เกิดการแยกส่วนและการกระจายตัวของสายโซ่ในระหว่างการสังเคราะห์ กระบวนการย่อยสลายนี้สามารถนำไปสู่การลดน้ำหนักโมเลกุลของ CMC โดยเฉพาะที่ค่า DS ที่สูงขึ้นและปฏิกิริยาที่ครอบคลุมมากขึ้น
   • ในทางกลับกัน ค่า DS ที่ต่ำกว่าจะสัมพันธ์กับสายโซ่โพลีเมอร์ที่ยาวขึ้นและน้ำหนักโมเลกุลโดยเฉลี่ยจะสูงขึ้น เนื่องจากระดับการทดแทนที่ต่ำกว่าส่งผลให้กลุ่มคาร์บอกซีเมทิลต่อหน่วยกลูโคสลดลง ส่งผลให้ส่วนที่ยาวขึ้นของสายโซ่เซลลูโลสที่ยังไม่ได้ดัดแปลงยังคงสภาพเดิม
2. ผลของน้ำหนักโมเลกุลต่อ DS:
   • น้ำหนักโมเลกุลของ CMC สามารถส่งผลต่อระดับการทดแทนที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นของเซลลูโลสอาจให้ตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยามากขึ้นสำหรับปฏิกิริยาคาร์บอกซีเมทิลเลชัน ซึ่งช่วยให้สามารถทดแทนในระดับที่สูงขึ้นได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ
   • อย่างไรก็ตาม น้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสที่สูงเกินไปอาจเป็นอุปสรรคต่อการเข้าถึงหมู่ไฮดรอกซิลสำหรับปฏิกิริยาทดแทน ซึ่งนำไปสู่คาร์บอกซีเมทิลเลชันที่ไม่สมบูรณ์หรือไร้ประสิทธิภาพและค่า DS ที่ลดลง
   • นอกจากนี้ การกระจายน้ำหนักโมเลกุลของวัสดุเซลลูโลสเริ่มต้นอาจส่งผลต่อการกระจายของค่า DS ในผลิตภัณฑ์ CMC ที่เป็นผลลัพธ์ ความหลากหลายในน้ำหนักโมเลกุลอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาและประสิทธิภาพการทดแทนในระหว่างการสังเคราะห์ ส่งผลให้ค่า DS มีช่วงกว้างขึ้นในผลิตภัณฑ์ CMC สุดท้าย

ผลกระทบของ DS และน้ำหนักโมเลกุลต่อคุณสมบัติและการใช้งานของ CMC:

1. คุณสมบัติทางรีโอโลยี:
   • ระดับการทดแทน (DS) และน้ำหนักโมเลกุลของ CMC สามารถส่งผลต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของมัน รวมถึงความหนืด พฤติกรรมการทำให้ผอมบางด้วยแรงเฉือน และการเกิดเจล
   • โดยทั่วไปค่า DS ที่สูงขึ้นส่งผลให้มีความหนืดลดลงและมีลักษณะการทำงานของพลาสติกปลอม (การทำให้ผอมบางของแรงเฉือน) มากขึ้น เนื่องจากมีสายโซ่โพลีเมอร์สั้นลงและการพันกันของโมเลกุลลดลง
   • ในทางกลับกัน ค่า DS ที่ต่ำลงและน้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความหนืดและเพิ่มพฤติกรรมเทียมของสารละลาย CMC ส่งผลให้คุณสมบัติความหนาและสารแขวนลอยดีขึ้น
2. ความสามารถในการละลายน้ำและพฤติกรรมการบวม:
   • CMC ที่มีค่า DS สูงกว่ามีแนวโน้มที่จะแสดงความสามารถในการละลายน้ำได้มากขึ้นและอัตราการให้ความชุ่มชื้นเร็วขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นที่สูงขึ้นของกลุ่มคาร์บอกซีเมทิลที่ชอบน้ำตามสายโซ่โพลีเมอร์
   • อย่างไรก็ตาม ค่า DS ที่สูงเกินไปอาจส่งผลให้ความสามารถในการละลายน้ำลดลงและการเกิดเจลเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเข้มข้นสูงหรือมีแคตไอออนหลายวาเลนท์อยู่ด้วย
   • น้ำหนักโมเลกุลของ CMC อาจส่งผลต่อพฤติกรรมการบวมตัวและคุณสมบัติการกักเก็บน้ำ น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นโดยทั่วไปส่งผลให้อัตราการให้ความชุ่มชื้นช้าลงและความสามารถในการกักเก็บน้ำได้มากขึ้น ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการใช้งานที่ต้องการการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่องหรือการควบคุมความชื้น
3. คุณสมบัติการขึ้นรูปฟิล์มและอุปสรรค:
   • ฟิล์ม CMC ที่เกิดขึ้นจากสารละลายหรือการกระจายตัวแสดงคุณสมบัติในการกั้นออกซิเจน ความชื้น และก๊าซอื่นๆ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานบรรจุภัณฑ์และการเคลือบ
   • DS และน้ำหนักโมเลกุลของ CMC สามารถส่งผลต่อความแข็งแรงเชิงกล ความยืดหยุ่น และความสามารถในการซึมผ่านของฟิล์มที่ได้ ค่า DS ที่สูงขึ้นและน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่าอาจนำไปสู่ฟิล์มที่มีความต้านทานแรงดึงต่ำกว่าและความสามารถในการซึมผ่านที่สูงขึ้น เนื่องจากมีสายโซ่โพลีเมอร์สั้นลงและปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลลดลง
4. การใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ:
   • CMC ที่มีค่า DS และน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน พบการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอาหาร ยา เครื่องสำอาง สิ่งทอ และการขุดเจาะน้ำมัน
   • ในอุตสาหกรรมอาหาร CMC ถูกใช้เป็นสารเพิ่มความข้น ความคงตัว และอิมัลซิไฟเออร์ในผลิตภัณฑ์ เช่น ซอส น้ำสลัด และเครื่องดื่ม การเลือกเกรด CMC ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านเนื้อสัมผัส กลิ่นปาก และความเสถียรของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ต้องการ
   • ในสูตรผสมทางเภสัชกรรม CMC ทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะ สารช่วยแตกตัว และสารก่อรูปฟิล์มในยาเม็ด แคปซูล และยาแขวนตะกอนทางปาก DS และน้ำหนักโมเลกุลของ CMC สามารถส่งผลต่อจลนศาสตร์ของการปลดปล่อยยา การดูดซึมของยา และการปฏิบัติตามของผู้ป่วย
   • ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง CMC ใช้ในครีม โลชั่น และผลิตภัณฑ์ดูแลเส้นผม เป็นตัวเพิ่มความข้น ความคงตัว และมอยเจอร์ไรเซอร์ การเลือกเกรด CMC ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น พื้นผิว ความสามารถในการแพร่กระจาย และคุณลักษณะทางประสาทสัมผัส
   • ในอุตสาหกรรมขุดเจาะน้ำมัน CMC ใช้ในการขุดเจาะของเหลวเป็นสารเพิ่มความหนืด สารควบคุมการสูญเสียของเหลว และสารยับยั้งหินดินดาน DS และน้ำหนักโมเลกุลของ CMC สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของมันในการรักษาความคงตัวของหลุมเจาะ การควบคุมการสูญเสียของไหล และการยับยั้งการบวมตัวของดินเหนียว

บทสรุป:

ความสัมพันธ์ระหว่างระดับการทดแทน (DS) และน้ำหนักโมเลกุลของโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) มีความซับซ้อนและได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ โครงสร้าง และคุณสมบัติของ CMC โดยทั่วไปค่า DS ที่สูงขึ้นจะสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่าของ CMC ในขณะที่ค่า DS ที่ต่ำกว่าและน้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นมักจะส่งผลให้สายโซ่โพลีเมอร์ยาวขึ้นและน้ำหนักโมเลกุลโดยเฉลี่ยจะสูงขึ้น การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้เป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติและประสิทธิภาพของ CMC ในการใช้งานต่างๆ ในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอาหาร ยา เครื่องสำอาง สิ่งทอ และการขุดเจาะน้ำมัน จำเป็นต้องมีความพยายามในการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อชี้แจงกลไกพื้นฐานและเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์และการกำหนดลักษณะเฉพาะของ CMC ด้วยการกระจาย DS และน้ำหนักโมเลกุลที่ปรับแต่งสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน