خصائص وتطبيقات كربوكسي ميثيل السليلوز

1. مقدمة موجزة عن كربوكسي ميثيل السليلوز

الاسم الإنجليزي: كربوكسيل ميثيل السليلوز

الاختصار: CMC

الصيغة الجزيئية متغيرة: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n

المظهر: مسحوق حبيبي ليفي أبيض أو أصفر فاتح.

قابلية الذوبان في الماء: يذوب بسهولة في الماء، مكونًا غروانيًا لزجًا شفافًا، ويكون المحلول متعادلًا أو قلويًا قليلاً.

المميزات: مركب جزيئي عالي من الغرواني النشط سطحيًا، عديم الرائحة والطعم وغير سام.

السليلوز الطبيعي واسع الانتشار في الطبيعة، وهو أكثر السكريات المتعددة وفرة. أما في الإنتاج، فيوجد السليلوز عادةً على شكل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، لذا يُفضل تسميته كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC-Na). ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعة، والبناء، والطب، والغذاء، والنسيج، والسيراميك، وغيرها من المجالات.

2. تقنية كربوكسي ميثيل السليلوز

تشمل تقنية تعديل السليلوز: الأثيرية والأسترة.

تحويل الكربوكسي ميثيل السليلوز: تفاعل الكربوكسي ميثيل في تقنية الأثيرية، حيث يتم كربوكسي ميثيل السليلوز للحصول على الكربوكسي ميثيل السليلوز، والذي يشار إليه باسم CMC.

وظائف المحلول المائي لكربوكسي ميثيل السليلوز: التكثيف، وتكوين الأغشية، والترابط، والاحتفاظ بالماء، وحماية الغرويات، والاستحلاب والتعليق.

3. التفاعل الكيميائي لكربوكسي ميثيل السليلوز

تفاعل قلوية السليلوز:

[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH→[C6H7O2(OH)2ONa]n + nH2O

تفاعل الأثير لحمض أحادي كلورو أسيتيك بعد السليلوز القلوي:

[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nClCH2COONa →[C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ]n + nNaC

لذلك: الصيغة الكيميائية لتكوين كربوكسي ميثيل السليلوز هي: Cell-O-CH2-COONa NaCMC

كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم(NaCMC أو CMC اختصارًا) هو إيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء والذي يمكن أن يجعل لزوجة معظم تركيبات المحاليل المائية الشائعة الاستخدام تتراوح من بضعة سنتي بواز إلى عدة آلاف سنتي بواز.

4. خصائص منتج كربوكسي ميثيل السليلوز

1. تخزين محلول كربوكسي ميثيل السليلوز المائي: يكون المحلول مستقرًا في درجات الحرارة المنخفضة أو تحت أشعة الشمس، ولكن تتغير حموضته وقاعديته بتغيرات درجة الحرارة. وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو الكائنات الدقيقة، تقل لزوجة المحلول أو قد يتلف. لذا، يُنصح بإضافة مادة حافظة مناسبة في حال الحاجة إلى تخزينه لفترات طويلة.

2. طريقة تحضير محلول CMC المائي: ترطيب الجزيئات بشكل متجانس أولاً، مما يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل الذوبان.

3. مادة CMC مادة ماصة للرطوبة ويجب حمايتها من الرطوبة أثناء التخزين.

4. يمكن أن تتسبب أملاح المعادن الثقيلة مثل الزنك والنحاس والرصاص والألومنيوم والفضة والحديد والقصدير والكروم في ترسيب CMC.

5. يحدث الترسيب في المحلول المائي عند درجة حموضة أقل من 2.5، ويمكن استعادته بعد التعادل عن طريق إضافة القلوي.

6. على الرغم من أن الأملاح مثل الكالسيوم والمغنيسيوم وملح الطعام ليس لها تأثير ترسيب على CMC، إلا أنها ستقلل من لزوجة المحلول.

7. مادة CMC متوافقة مع المواد اللاصقة الأخرى القابلة للذوبان في الماء، والملينات، والراتنجات.

8. بسبب اختلاف عمليات المعالجة، يمكن أن يكون مظهر CMC مسحوقًا ناعمًا أو حبيبات خشنة أو ليفيًا، وهذا لا علاقة له بالخصائص الفيزيائية والكيميائية.

9. طريقة استخدام مسحوق CMC بسيطة. يمكن إضافته مباشرة وإذابته في الماء البارد أو الماء الدافئ عند درجة حرارة 40-50 درجة مئوية.

5. درجة الاستبدال وذوبانية كربوكسي ميثيل السليلوز

تشير درجة الاستبدال إلى متوسط ​​عدد مجموعات كربوكسي ميثيل الصوديوم المرتبطة بكل وحدة سليلوز؛ وتبلغ القيمة القصوى لدرجة الاستبدال 3، ولكن الأكثر فائدة صناعيًا هو NaCMC بدرجة استبدال تتراوح بين 0.5 و1.2. تختلف خصائص NaCMC بدرجة استبدال 0.2-0.3 اختلافًا كبيرًا عن خصائص NaCMC بدرجة استبدال 0.7-0.8. فالأولى تذوب جزئيًا فقط في الماء عند درجة حموضة 7، بينما تذوب الثانية تمامًا. وينعكس هذا الأمر في الظروف القلوية.

6. درجة البلمرة ولزوجة كربوكسي ميثيل السليلوز

درجة البلمرة: تشير إلى طول سلسلة السليلوز، والتي تحدد اللزوجة. فكلما زاد طول سلسلة السليلوز، زادت اللزوجة، وكذلك محلول NaCMC.

اللزوجة: محلول NaCMC سائل غير نيوتوني، وتقل لزوجته الظاهرية مع ازدياد قوة القص. بعد توقف التحريك، ازدادت اللزوجة تناسبياً حتى استقرت. أي أن المحلول ثيكسوتروبي.

7. نطاق استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز

1. صناعة البناء والسيراميك

(1) الطلاءات المعمارية: تشتت جيد، توزيع طلاء موحد؛ لا يوجد طبقات، استقرار جيد؛ تأثير تكثيف جيد، لزوجة طلاء قابلة للتعديل.

(2) صناعة السيراميك: يستخدم كمادة رابطة لتحسين مرونة طين الفخار؛ طلاء متين.

2. صناعات الغسيل، ومستحضرات التجميل، والتبغ، وطباعة وصباغة المنسوجات

(1) الغسيل: تتم إضافة CMC إلى المنظف لمنع الأوساخ المغسولة من إعادة الترسيب على القماش.

(2) مستحضرات التجميل: التكثيف، والتشتيت، والتعليق، والتثبيت، وما إلى ذلك. من المفيد الاستفادة الكاملة من الخصائص المختلفة لمستحضرات التجميل.

(3) التبغ: يستخدم CMC لربط أوراق التبغ، مما يسمح باستخدام رقائق التبغ بشكل فعال وتقليل كمية أوراق التبغ الخام.

(4) النسيج: كعامل تشطيب للأقمشة، يمكن لـ CMC أن يقلل من تخطي الخيوط وانقطاع النهاية على الأنوال عالية السرعة.

(5) الطباعة والصباغة: يستخدم في معجون الطباعة، مما يعزز قدرة الأصباغ على امتصاص الماء والنفاذ، ويجعل الصباغة موحدة ويقلل من اختلاف اللون.

3. صناعة لفائف طارد البعوض وقضبان اللحام

(1) لفائف البعوض: يتم استخدام CMC في لفائف البعوض لتعزيز متانة لفائف البعوض وجعلها أقل عرضة للكسر والتمزق.

(2) القطب الكهربائي: يستخدم CMC كعامل تلميع لجعل الطلاء الخزفي أكثر تماسكًا وتشكيلًا، مع أداء أفضل في التنظيف بالفرشاة، كما أنه يتمتع بأداء احتراق في درجات الحرارة العالية.

4. صناعة معجون الأسنان

(1) يتمتع مركب CMC بتوافق جيد مع مختلف المواد الخام في معجون الأسنان؛

(2) المعجون رقيق، ولا ينفصل عنه الماء، ولا يتقشر، ولا يصبح سميكًا، وله رغوة غنية؛

(3) استقرار جيد وقوام مناسب، مما يمنح معجون الأسنان شكلاً جيداً، وقدرة على الاحتفاظ به، وطعماً مريحاً بشكل خاص؛

(4) مقاوم لتغيرات درجة الحرارة، ومرطب، ومثبت للعطور.

(5) قص وتقطيع صغير في علب.

5. صناعة الأغذية

(1) المشروبات الحمضية: كمثبت، على سبيل المثال، لمنع ترسب وتكوين طبقات البروتينات في الزبادي بسبب التكتل؛ طعم أفضل بعد الذوبان في الماء؛ تجانس استبدال جيد.

(2) الآيس كريم: اجعل الماء والدهون والبروتين وما إلى ذلك يشكل خليطًا متجانسًا ومتفرقًا ومستقرًا لتجنب بلورات الثلج.

(3) الخبز والمعجنات: يمكن لـ CMC التحكم في لزوجة العجين، وتعزيز الاحتفاظ بالرطوبة وفترة صلاحية المنتج.

(4) المعكرونة سريعة التحضير: تزيد من صلابة المعكرونة ومقاومتها للطهي؛ كما أنها تتمتع بقابلية تشكيل جيدة في البسكويت والفطائر، ويكون سطح الكعكة ناعمًا وليس من السهل كسره.

(5) معجون فوري: كقاعدة للعلكة.

(6) مادة CMC خاملة فيزيولوجياً وليس لها قيمة حرارية. لذلك، يمكن إنتاج أغذية منخفضة السعرات الحرارية.

6. صناعة الورق

يُستخدم مركب CMC في معالجة الورق، مما يمنحه كثافة عالية، ومقاومة جيدة لاختراق الحبر، وقدرة عالية على امتصاص الشمع، ونعومة فائقة. وفي عملية تلوين الورق، يُساعد على التحكم في سهولة لفّ معجون التلوين؛ كما يُحسّن من تماسك الألياف داخل الورق، وبالتالي يزيد من متانته ومقاومته للطي.

7. صناعة البترول

تُستخدم مادة CMC في عمليات حفر آبار النفط والغاز، وحفر الآبار، وغيرها من المشاريع.

8. آخرون

مواد لاصقة للأحذية والقبعات والأقلام الرصاص وما إلى ذلك، ومواد تلميع وتلوين للجلود، ومثبتات لمطفآت الحريق الرغوية وما إلى ذلك.