Карбоксиметилцелюлоза (CMC) і метилцелюлоза (MC) є двома похідними целюлози, які широко використовуються в багатьох галузях промисловості. Незважаючи на те, що вони обидва отримані з природної целюлози, через різні процеси хімічної модифікації CMC і MC мають значні відмінності в хімічній структурі, фізичних і хімічних властивостях і сферах застосування.
1. Джерело та основний огляд
Карбоксиметилцелюлозу (КМЦ) отримують шляхом взаємодії природної целюлози з хлороцтовою кислотою після обробки лугом. Це аніонна водорозчинна похідна целюлози. КМЦ зазвичай існує у формі натрієвої солі, тому її також називають карбоксиметилцелюлозою натрію (Na-КМЦ). Завдяки хорошій розчинності та функції регулювання в’язкості CMC широко використовується в харчовій, фармацевтичній, нафтовій, текстильній та паперовій промисловості.
Метилцелюлоза (MC) одержується шляхом метилювання целюлози метилхлоридом (або іншими метилюючими реагентами). Це неіонна похідна целюлози. МЦ має властивості термогелю, при нагріванні розчин твердне, а при охолодженні розчиняється. Завдяки своїм унікальним властивостям МК широко використовується в будматеріалах, фармацевтичних препаратах, покриттях, харчовій та інших галузях промисловості.
2. Хімічна будова
Основною структурою CMC є введення карбоксиметильної групи (–CH2COOH) на глюкозну одиницю β-1,4-глюкозидного зв’язку целюлози. Ця карбоксильна група робить його аніонним. Молекулярна структура CMC має велику кількість карбоксилатних груп натрію. Ці групи легко дисоціюють у воді, роблячи молекули КМЦ негативно зарядженими, що забезпечує хорошу розчинність у воді та властивості згущення.
Молекулярна структура MC полягає у введенні метоксигруп (–OCH3) у молекули целюлози, і ці метоксигрупи замінюють частину гідроксильних груп у молекулах целюлози. У структурі MC немає іонізованих груп, тому вона є неіонною, тобто не дисоціює та не стає зарядженою в розчині. Його унікальні властивості термогелю зумовлені наявністю цих метоксигруп.
3. Розчинність і фізичні властивості
КМЦ добре розчиняється у воді і може швидко розчинятися в холодній воді з утворенням прозорої в’язкої рідини. Оскільки це аніонний полімер, на розчинність КМЦ впливають іонна сила та значення pH води. У середовищах з високим вмістом солі або сильної кислоти розчинність і стабільність КМЦ зменшуються. Крім того, в'язкість CMC є відносно стабільною при різних температурах.
Розчинність МЦ у воді залежить від температури. Його можна розчинити в холодній воді, але при нагріванні утворює гель. Ця властивість термогелю дозволяє MC виконувати спеціальні функції в харчовій промисловості та будівельних матеріалах. В'язкість MC зменшується з підвищенням температури, і він має гарну стійкість до ферментативної деградації та стабільність.
4. Характеристики в'язкості
В'язкість КМЦ є однією з її найважливіших фізичних властивостей. В'язкість тісно пов'язана з його молекулярною масою та ступенем заміщення. В'язкість розчину КМЦ добре регулюється, зазвичай виробляючи вищу в'язкість при низькій концентрації (1%-2%), тому його часто використовують як загусник, стабілізатор і суспендуючий агент.
В'язкість МЦ також пов'язана з його молекулярною масою та ступенем заміщення. МК з різним ступенем заміщення має різні в'язкісні характеристики. MC також має хороший ефект загущення в розчині, але при нагріванні до певної температури розчин MC стане гелем. Ця властивість гелеутворення широко використовується в будівельній промисловості (наприклад, гіпс, цемент) і харчовій промисловості (наприклад, згущення, утворення плівки тощо).
5. Області застосування
CMC зазвичай використовується як загусник, емульгатор, стабілізатор і суспендуючий агент у харчовій промисловості. Наприклад, у морозиві, йогуртах і фруктових напоях CMC може ефективно запобігати поділу інгредієнтів і покращувати смак і стабільність продукту. У нафтовій промисловості CMC використовується як засіб для обробки бурового розчину, щоб допомогти контролювати плинність і втрату рідини бурових розчинів. Крім того, CMC також використовується для модифікації целюлози в паперовій промисловості та як проклеювальний агент у текстильній промисловості.
MC широко використовується в будівельній промисловості, особливо в сухих розчинах, плиткових клеях і шпаклівках. Будучи загусником і водоутримувачем, MC може покращити характеристики конструкції та міцність з’єднання. У фармацевтичній промисловості MC використовується як зв’язувальний матеріал для таблеток, матеріали для уповільненого вивільнення та матеріали для стінок капсул. Його термогелюючі властивості забезпечують контрольоване вивільнення в певних композиціях. Крім того, MC також використовується в харчовій промисловості як загусник, стабілізатор і емульгатор для харчових продуктів, таких як соуси, начинки, хліб тощо.
6. Безпека та біорозкладаність
КМЦ вважається безпечною харчовою добавкою. Широкі токсикологічні дослідження показали, що КМЦ нешкідливий для організму людини в рекомендованих дозах. Оскільки КМЦ є похідним на основі природної целюлози та має хорошу здатність до біологічного розкладання, він є відносно безпечним для навколишнього середовища та може розкладатися мікроорганізмами.
MC також вважається безпечною добавкою і широко використовується в ліках, харчових продуктах і косметиці. Його неіонна природа робить його дуже стабільним in vivo та in vitro. Хоча MC не так біологічно розкладається, як CMC, він також здатний розкладатися мікроорганізмами за певних умов.
Хоча карбоксиметилцелюлоза та метилцелюлоза є похідними від природної целюлози, вони мають різні характеристики в практичному застосуванні через їхню хімічну структуру, фізичні властивості та сфери застосування. КМЦ широко використовується в харчовій, фармацевтичній та промисловій сферах завдяки своїй хорошій розчинності у воді, загущенню та суспензійним властивостям, тоді як МЦ займає важливе місце в будівництві, фармацевтичній та харчовій промисловості завдяки своїм властивостям термогелю та стабільності. Обидва мають унікальне застосування в сучасній промисловості, і обидва є екологічно чистими матеріалами.
Час публікації: 18 жовтня 2024 р