Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) є полімером з важливим промисловим значенням. Це водорозчинний аніонний ефір целюлози, отриманий з природної целюлози. Целюлоза є одним із найпоширеніших органічних полімерів у природі та є основним компонентом клітинних стінок рослин. Сама целюлоза погано розчиняється у воді, але шляхом хімічної модифікації целюлозу можна перетворити на похідні з хорошою розчинністю у воді, і CMC є одним із них.
Молекулярну структуру CMC отримують шляхом етерифікації гідроксильної (—OH) частини молекули целюлози хлороцтовою кислотою (ClCH2COOH) з утворенням карбоксиметильного замісника (—CH2COOH). Структура КМЦ зберігає структуру β-1,4-глюкозного ланцюга целюлози, але деякі гідроксильні групи в ній замінені карбоксиметильними групами. Тому CMC зберігає характеристики полімерного ланцюга целюлози та має функціональність карбоксиметильної групи.
Хімічні властивості КМЦ
CMC є аніонним полімером. Оскільки карбоксильна (—CH2COOH) група у своїй структурі може іонізуватися, створюючи негативні заряди у водному розчині, CMC може утворювати стабільний колоїдний розчин після розчинення у воді. На водорозчинність і розчинність КМЦ впливають ступінь її заміщення (ДС) і ступінь полімеризації (СП). Ступінь заміщення відноситься до кількості гідроксильних груп, замінених карбоксильними групами в кожній одиниці глюкози. Як правило, чим вищий ступінь заміщення, тим краща розчинність у воді. Крім того, розчинність і в'язкість КМЦ при різних значеннях pH також відрізняються. Як правило, він демонструє кращу розчинність і стабільність у нейтральних або лужних умовах, тоді як у кислих умовах розчинність КМЦ зменшується і може навіть випадати в осад.
Фізичні властивості КМЦ
В'язкість розчину КМЦ є однією з найважливіших його фізичних властивостей. Його в'язкість залежить від багатьох факторів, включаючи концентрацію розчину, ступінь заміщення, ступінь полімеризації, температуру та значення pH. Ця характеристика в’язкості КМЦ дає змогу виявляти загущуючий, гелеутворюючий і стабілізуючий ефект у багатьох сферах застосування. В'язкість КМЦ також має характеристики розрідження при зсуві, тобто в'язкість зменшується під дією високої сили зсуву, що робить його перевагою в певних застосуваннях, які вимагають високої плинності.
Області застосування КМЦ
Завдяки своїм унікальним фізико-хімічним властивостям КМЦ широко використовується в багатьох галузях. Ось деякі з основних сфер застосування:
Харчова промисловість: CMC використовується як загусник, стабілізатор і емульгатор в харчовій промисловості. Він може покращити консистенцію та стабільність їжі, наприклад, для звичайного застосування в морозиві, йогурті, желе та соусі.
Фармацевтична промисловість: КМЦ використовується як допоміжна речовина для ліків і адгезив для таблеток у фармацевтичній галузі. Він також використовується як зволожувач і плівкоутворювач у пов’язках для ран.
Щоденні хімікати: у щоденних продуктах, таких як зубна паста, шампунь, миючий засіб тощо, КМЦ використовується як загусник, суспендуючий агент і стабілізатор, щоб допомогти продукту зберегти гарний зовнішній вигляд і ефективність.
Буріння нафти: КМЦ використовується як підсилювач в'язкості та фільтраційний агент у бурових розчинах, що може покращити реологічні властивості бурових розчинів і запобігти надмірному проникненню бурових розчинів.
Текстильна та паперова промисловість: у текстильній промисловості CMC використовується для текстильної целюлози та оздоблювальних речовин, тоді як у паперовій промисловості вона використовується як армуючий агент та проклеювальний агент для паперу для покращення міцності та гладкості паперу.
Охорона навколишнього середовища та безпека
КМЦ є екологічно чистим матеріалом, який може розкладатися мікроорганізмами в природі, тому він не спричиняє тривалого забруднення навколишнього середовища. Крім того, КМЦ має низьку токсичність і високу безпеку, а також добре зарекомендував себе в харчовій і фармацевтичній сферах. Тим не менш, у зв'язку з його великомасштабним виробництвом і застосуванням, слід приділяти увагу обробці хімічних відходів, які можуть утворюватися в процесі його виробництва.
Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) є функціонально різноманітним водорозчинним аніонним полімером. КМЦ, отримана шляхом хімічної модифікації, зберігає відмінні властивості натуральної целюлози, водночас добре розчиняючись у воді та унікальні фізико-хімічні властивості. Завдяки згущенню, гелеутворенню, стабілізації та іншим функціям КМЦ широко використовується в багатьох галузях промисловості, таких як харчова, медицина, побутова хімія, нафтові буріння, текстильна та паперова промисловість. Захист навколишнього середовища та безпечність також роблять його кращою добавкою в багатьох продуктах.
Час публікації: 23 серпня 2024 р