Який взаємозв'язок між DS та молекулярною масою натрію КМК

Карбоксиметил целюлоза натрію (CMC)-універсальний водорозчинний полімер, отриманий з целюлози, природного полісахариду, що міститься в клітинних стінках рослин. Він широко використовується в різних галузях, включаючи продукти харчування, фармацевтичні препарати, косметику, текстиль та буріння нафти, завдяки його унікальними властивостями та функціональними можливостями.

Структура та властивості КМК натрію:

CMC синтезується хімічною модифікацією целюлози, де карбоксиметильні групи (-CH2-COOH) вводяться на основу целюлози за допомогою реакцій eTherification або естерифікації. Ступінь заміщення (DS) відноситься до середньої кількості карбоксиметильних груп на глюкозну одиницю в ланцюзі целюлози. Значення DS зазвичай коливаються від 0,2 до 1,5, залежно від умов синтезу та бажаних властивостей CMC.

Молекулярна маса CMC відноситься до середнього розміру полімерних ланцюгів і може значно відрізнятися залежно від таких факторів, як джерело целюлози, метод синтезу, умови реакції та методи очищення. Молекулярна маса часто характеризується такими параметрами, як середня молекулярна маса (Mn), середня вага молекулярна маса (МВт) та середня молекулярна маса в'язкості (МВ).

Синтез CMC натрію:

Синтез CMC, як правило, включає реакцію целюлози з гідроксидом натрію (NaOH) та хлорооцтовою кислотою (Clch2cooh) або його натрію (NaClCH2COOH). Реакція протікає через нуклеофільну заміну, де гідроксильні групи (-OH) на основі целюлози реагують з хлороацетильними групами (-clch2cooh) з утворенням карбоксиметильних груп (-Ch2-cooh).

DS CMC можна контролювати шляхом регулювання молярного співвідношення хлорооцтової кислоти до целюлози, часу реакції, температури, рН та інших параметрів під час синтезу. Більш високі значення DS, як правило, досягаються з більш високими концентраціями хлорооцтової кислоти та більш тривалим часом реакції.

На молекулярну на масу СМК впливає різні фактори, включаючи розподіл молекулярної маси вихідного целюлозного матеріалу, ступінь деградації під час синтезу та ступінь полімеризації ланцюгів CMC. Різні методи синтезу та умови реакції можуть призвести до СМС з різним розподілом молекулярної маси та середніми розмірами.

Зв'язок між DS та молекулярною вагою:

Зв'язок між ступенем заміщення (DS) та молекулярною масою карбоксиметил -целюлози натрію (CMC) складний і впливає на кілька факторів, пов'язаних із синтезом, структурою та властивостями CMC.

1. Вплив ДС на молекулярну вагу:
   • Більш високі значення DS, як правило, відповідають нижній молекулярній вазі CMC. Це пояснюється тим, що більш високі значення DS свідчать про більшу ступінь заміщення карбоксиметильних груп на основу целюлози, що призводить до коротших полімерних ланцюгів та нижчих молекулярних ваг.
   • Введення карбоксиметил -груп порушує міжмолекулярне водневе зв’язок між целюлозними ланцюгами, що призводить до розселення ланцюга та фрагментації під час синтезу. Цей процес деградації може призвести до зниження молекулярної маси КМК, особливо при більш високих значеннях DS та більш широких реакцій.
   • І навпаки, нижчі значення DS пов'язані з більш тривалими полімерними ланцюгами та більш високими молекулярними вагами. Це пояснюється тим, що нижчий ступінь заміщення призводить до меншої кількості карбоксиметильних груп на одиницю глюкози, що дозволяє довше сегменти немодифікованих целюлозних ланцюгів залишатися неушкодженими.
2. Вплив молекулярної ваги на DS:
   • Молекулярна маса CMC може впливати на ступінь заміщення, досягнутої під час синтезу. Більш високі молекулярні ваги целюлози можуть забезпечити більш реакційноздатні ділянки для реакцій карбоксиметилювання, що дозволяє досягти більш високого ступеня заміщення в певних умовах.
   • Однак надмірно висока молекулярна вага целюлози також може перешкоджати доступності гідроксильних груп для реакцій заміщення, що призводить до неповного або неефективного карбоксиметилювання та нижчих значень DS.
   • Крім того, розподіл молекулярної ваги вихідного целюлозного матеріалу може впливати на розподіл значень DS у отриманому продукті CMC. Гетерогенності молекулярної маси можуть призвести до зміни ефективності реактивності та заміни під час синтезу, що призводить до більш широкого діапазону значень DS у кінцевому продукті CMC.

Вплив DS та молекулярної маси на властивості та застосування CMC:

1. Реологічні властивості:
   • Ступінь заміщення (ДС) та молекулярна маса CMC можуть впливати на його реологічні властивості, включаючи в'язкість, поведінку витончення зсуву та утворення гелю.
   • Більш високі значення DS, як правило, призводять до менших в'язкості та більш псевдопластичної (проріджування зсуву) через коротші полімерні ланцюги та зменшення молекулярного заплутування.
   • І навпаки, нижчі значення DS та більш високі молекулярні ваги мають тенденцію до збільшення в'язкості та посилення псевдопластичної поведінки розчинів CMC, що призводить до поліпшення властивостей потовщення та суспензії.
2. Вода розчинність та поведінка набряку:
   • CMC з більш високими значеннями DS, як правило, демонструє більшу розчинність води та швидші швидкості гідратації за рахунок більш високої концентрації гідрофільних карбоксиметильних груп уздовж полімерних ланцюгів.
   • Однак надмірно високі значення DS також можуть призвести до зниження розчинності води та підвищення утворення гелів, особливо при високих концентраціях або в присутності багатовалентних катіонів.
   • Молекулярна маса CMC може впливати на його поведінку на набряку та властивості утримання води. Більш високі молекулярні ваги, як правило, призводять до більш повільної швидкості гідратації та більшої ємності утримання води, що може бути вигідним у застосуванні, що потребують стійкого вивільнення або контролю вологи.
3. Властивості плівки та бар'єри:
   • Фільми CMC, утворені з розчинів або дисперсій, виявляють бар'єрні властивості проти кисню, вологи та інших газів, що робить їх придатними для упаковки та покриття.
   • DS та молекулярна маса CMC можуть впливати на механічну силу, гнучкість та проникність отриманих плівок. Більш високі значення DS та нижчі молекулярні ваги можуть призвести до плівок з нижчою міцністю на розрив та більшою проникністю через коротші полімерні ланцюги та зниження міжмолекулярних взаємодій.
4. Заявки в різних галузях промисловості:
   • CMC з різними значеннями DS та молекулярними вагами знаходить застосування в різних галузях, включаючи продукти харчування, фармацевтичні препарати, косметику, текстиль та буріння нафти.
   • У харчовій промисловості CMC використовується як загусник, стабілізатор та емульгатор у таких продуктах, як соуси, заправки та напої. Вибір класу CMC залежить від бажаної текстури, відфільмування та вимог до стабільності кінцевого продукту.
   • У фармацевтичних препаратах CMC служить сполучним, дезінтегратором та плівкоутворюючим агентом у таблетках, капсулах та пероральних суспензіях. DS та молекулярна маса CMC можуть впливати на кінетику вивільнення лікарських засобів, біодоступність та дотримання пацієнтів.
   • У косметичній промисловості CMC використовується в кремах, лосьйонах та засобах по догляду за волоссям як загусник, стабілізатор та зволожуючий крем. Вибір ступеня CMC залежить від таких факторів, як текстура, поширення та сенсорні ознаки.
   • У промисловості буріння нафти CMC використовується в бурові рідини як віскосифікатор, агент боротьби з втратами рідини та інгібітор сланців. DS та молекулярна маса CMC можуть впливати на його продуктивність у підтримці стабільності свердловини, контролю втрати рідини та гальмування набряку глини.

Висновок:

Зв'язок між ступенем заміщення (DS) та молекулярною масою карбоксиметил -целюлози натрію (CMC) складний і впливає на кілька факторів, пов'язаних із синтезом, структурою та властивостями CMC. Більш високі значення DS, як правило, відповідають нижчій молекулярній вазі CMC, тоді як нижчі значення DS та більш високі молекулярні ваги, як правило, призводять до більш тривалого полімерного ланцюга та більш високих молекулярних ваг. Розуміння цього взаємозв'язку має вирішальне значення для оптимізації властивостей та ефективності CMC у різних застосуванні в галузях, включаючи продукти харчування, фармацевтичні препарати, косметику, текстиль та буріння нафти. Потрібні подальші зусилля з досліджень та розробок для з'ясування основних механізмів та оптимізації синтезу та характеристики CMC з індивідуальним DS та розподілом молекулярної маси для конкретних застосувань.