Carboxymethyl cellulose (CMC) và natri carboxymethyl cellulose (CMC-Na) là những hợp chất phổ biến trong ngành hóa chất và công nghiệp thực phẩm. Chúng có những khác biệt và mối liên hệ nhất định về cấu tạo, công năng và cách sử dụng. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết các tính chất, phương pháp điều chế, ứng dụng và tầm quan trọng của cả hai trong các lĩnh vực khác nhau.
(1) Carboxymethyl cellulose (CMC)
1. Tính chất cơ bản
Carboxymethyl cellulose (CMC) là một dẫn xuất carboxymethyl hóa của cellulose và là một polysaccharide tuyến tính anion. Cấu trúc cơ bản của nó là một số nhóm hydroxyl (-OH) trong phân tử cellulose được thay thế bằng nhóm carboxymethyl (-CH₂-COOH), do đó làm thay đổi độ hòa tan và tính chất chức năng của cellulose. CMC thường có dạng bột màu trắng đến hơi vàng, không mùi và không vị, không hòa tan trong dung môi hữu cơ, nhưng có thể hấp thụ nước để tạo thành gel.
2. Cách pha chế
Việc chuẩn bị CMC thường bao gồm các bước sau:
Phản ứng kiềm hóa: Trộn xenlulo với natri hydroxit (NaOH) để chuyển nhóm hydroxyl trong xenlulo thành muối kiềm.
Phản ứng ether hóa: Xenlulo kiềm hóa phản ứng với axit chloroacetic (ClCH₂COOH) để tạo ra cacboxymethyl cellulose và natri clorua (NaCl).
Quá trình này thường được thực hiện trong nước hoặc dung dịch etanol và nhiệt độ phản ứng được kiểm soát trong khoảng 60oC -80oC. Sau khi phản ứng hoàn thành, sản phẩm CMC cuối cùng thu được thông qua rửa, lọc, sấy khô và các bước khác.
3. Lĩnh vực ứng dụng
CMC chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, y học, dệt may, sản xuất giấy và các lĩnh vực khác. Nó có nhiều chức năng như làm dày, ổn định, giữ nước và tạo màng. Ví dụ, trong công nghiệp thực phẩm, CMC có thể được sử dụng làm chất làm đặc, chất ổn định và chất nhũ hóa cho kem, mứt, sữa chua và các sản phẩm khác; trong lĩnh vực dược phẩm, CMC được dùng làm chất kết dính, chất làm đặc và chất ổn định cho thuốc; trong ngành dệt và sản xuất giấy, CMC được sử dụng làm chất phụ gia bùn và chất hồ bề mặt để cải thiện chất lượng và độ ổn định của sản phẩm.
(2) Natri carboxymethyl cellulose (CMC-Na)
1. Tính chất cơ bản
Natri carboxymethyl cellulose (CMC-Na) là dạng muối natri của carboxymethyl cellulose. So với CMC, CMC-Na có khả năng hòa tan trong nước tốt hơn. Cấu trúc cơ bản của nó là các nhóm carboxylmethyl trong CMC được chuyển đổi một phần hoặc hoàn toàn thành muối natri của chúng, nghĩa là các nguyên tử hydro trên nhóm carboxylmethyl được thay thế bằng các ion natri (Na⁺). CMC-Na thường ở dạng bột hoặc hạt màu trắng hoặc hơi vàng, dễ hòa tan trong nước và tạo thành dung dịch nhớt trong suốt.
2. Cách pha chế
Phương pháp điều chế CMC-Na tương tự như CMC và các bước chính bao gồm:
Phản ứng kiềm hóa: cellulose được kiềm hóa bằng natri hydroxit (NaOH).
Phản ứng ete hóa: Xenluloza đã kiềm hóa được phản ứng với axit chloroacetic (ClCH₂COOH) để tạo ra CMC.
Phản ứng natri hóa: CMC được chuyển thành dạng muối natri bằng phản ứng trung hòa trong dung dịch nước.
Trong quá trình này cần chú ý kiểm soát các điều kiện phản ứng như pH, nhiệt độ để thu được sản phẩm CMC-Na có hiệu suất tối ưu.
3. Lĩnh vực ứng dụng
Các lĩnh vực ứng dụng của CMC-Na rất rộng, bao gồm nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, y học, hóa chất hàng ngày và dầu khí. Trong công nghiệp thực phẩm, CMC-Na là chất làm đặc, chất ổn định và chất nhũ hóa quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm sữa, nước trái cây, gia vị, v.v. Trong lĩnh vực dược phẩm, CMC-Na được sử dụng làm chất kết dính, gel và chất bôi trơn cho máy tính bảng . Trong ngành công nghiệp hóa chất hàng ngày, CMC-Na được sử dụng trong các sản phẩm như kem đánh răng, dầu gội, dầu xả và có tác dụng làm đặc và ổn định tốt. Ngoài ra, trong khoan dầu, CMC-Na được sử dụng làm chất làm đặc và điều chỉnh lưu biến cho bùn khoan, có thể cải thiện tính lưu động và tính ổn định của bùn.
(3) Sự khác biệt và mối liên hệ giữa CMC và CMC-Na
1. Cấu trúc và tính chất
Sự khác biệt chính giữa CMC và CMC-Na trong cấu trúc phân tử là nhóm carboxylmethyl của CMC-Na tồn tại một phần hoặc hoàn toàn dưới dạng muối natri. Sự khác biệt về cấu trúc này làm cho CMC-Na có độ hòa tan cao hơn và ổn định hơn trong nước. CMC thường là cellulose được carboxymethyl hóa một phần hoặc hoàn toàn, trong khi CMC-Na là dạng muối natri của cellulose carboxymethyl này.
2. Độ hòa tan và công dụng
CMC có độ hòa tan nhất định trong nước, nhưng CMC-Na có độ hòa tan tốt hơn và có thể tạo thành dung dịch nhớt ổn định trong nước. Do đặc tính hòa tan trong nước và ion hóa tốt hơn, CMC-Na thể hiện hiệu suất tốt hơn CMC trong nhiều ứng dụng. Ví dụ, trong ngành công nghiệp thực phẩm, CMC-Na được sử dụng rộng rãi làm chất làm đặc và chất ổn định do khả năng hòa tan trong nước tốt và độ nhớt cao, trong khi CMC thường được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu độ hòa tan trong nước cao.
3. Quá trình chuẩn bị
Mặc dù quá trình chuẩn bị của cả hai gần giống nhau, sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất CMC là carboxymethyl cellulose, trong khi CMC-Na tiếp tục chuyển đổi carboxymethyl cellulose thành dạng muối natri thông qua phản ứng trung hòa trong quá trình sản xuất. Việc chuyển đổi này mang lại cho CMC-Na hiệu suất tốt hơn trong một số ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như hiệu suất tốt hơn trong các ứng dụng yêu cầu độ hòa tan trong nước và độ ổn định điện giải.
Carboxymethyl cellulose (CMC) và natri carboxymethyl cellulose (CMC-Na) là hai dẫn xuất cellulose có giá trị công nghiệp quan trọng. Mặc dù có cấu trúc tương tự nhau nhưng CMC-Na cho thấy độ hòa tan và độ ổn định trong nước cao hơn do sự chuyển đổi một số hoặc tất cả các nhóm carboxyl trong CMC-Na thành muối natri. Sự khác biệt này khiến CMC và CMC-Na có những ưu điểm và chức năng riêng biệt trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Việc hiểu và áp dụng đúng hai chất này có thể giúp tối ưu hóa công năng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sản xuất trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, y học, hóa chất.
Thời gian đăng: 17-06-2024