كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (المعروف أيضًا باسم: كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، كربوكسي ميثيل السليلوز،سي إم سييُعدّ كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (ملح الصوديوم لكاربوكسي ميثيل السليلوز) أكثر أنواع السليلوز استخدامًا على نطاق واسع وأكبرها استخدامًا في العالم اليوم.
CMC-Na، اختصارًا، هو مشتق من السليلوز بدرجة بلمرة جلوكوز تتراوح بين 100 و2000، وكتلة جزيئية نسبية تبلغ 242.16. مسحوق أبيض ليفي أو حبيبي. عديم الرائحة والطعم، ماص للرطوبة، وغير قابل للذوبان في المذيبات العضوية.
الخصائص الأساسية
1. التركيب الجزيئي لكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC)
أُنتجت لأول مرة في ألمانيا عام 1918، وحصلت على براءة اختراع عام 1921، ثم انتشرت عالميًا. ومنذ ذلك الحين، بدأ إنتاجها تجاريًا في أوروبا. في ذلك الوقت، كانت مجرد منتج خام يُستخدم كغرواني ومادة رابطة. بين عامي 1936 و1941، شهدت أبحاث التطبيقات الصناعية لكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم نشاطًا مكثفًا، وتم ابتكار العديد من براءات الاختراع الرائدة. خلال الحرب العالمية الثانية، استخدمت ألمانيا كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم في المنظفات الصناعية. أنتجت شركة هيركوليس كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم لأول مرة في الولايات المتحدة عام 1943، ثم أنتجت كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم المكرر عام 1946، والذي اعتُرف به كمادة مضافة غذائية آمنة. بدأ استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز في بلدي في سبعينيات القرن العشرين، وانتشر استخدامه على نطاق واسع في تسعينيات القرن نفسه. وهو اليوم أكثر أنواع السليلوز استخدامًا وأكبرها كمية في العالم.
الصيغة البنائية: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa الصيغة الجزيئية: C8H11O7Na
هذا المنتج هو ملح الصوديوم لكربوكسي ميثيل إيثر السليلوز، وهو ألياف أنيونية
2. مظهر كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC)
هذا المنتج هو ملح الصوديوم لكربوكسي ميثيل إيثر السليلوز، وهو إيثر سليلوزي أنيوني، مسحوق أو حبيبات ليفية بيضاء أو بيضاء حليبية، كثافتها 0.5-0.7 جم/سم³، عديم الرائحة والطعم تقريبًا، وممتص للرطوبة. يسهل تشتيته في الماء لتكوين محلول غرواني شفاف، وهو غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الإيثانول [1]. يتراوح الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي بتركيز 1% بين 6.5 و8.5، وعندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 10 أو أقل من 5، تنخفض لزوجة المادة الهلامية بشكل ملحوظ، ويكون الأداء في أفضل حالاته عند الرقم الهيدروجيني 7. وهو مستقر حراريًا، حيث ترتفع اللزوجة بسرعة عند درجات حرارة أقل من 20 درجة مئوية، وتتغير ببطء عند 45 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي التسخين لفترات طويلة فوق 80 درجة مئوية إلى تغيير طبيعة الغرواني وتقليل اللزوجة والأداء بشكل كبير. وهو سهل الذوبان في الماء، والمحلول الناتج شفاف. إنه مستقر للغاية في المحلول القلوي، ولكنه يتحلل بسهولة عند مواجهته للحمض، وسيترسب عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 2-3، كما أنه سيتفاعل مع أملاح المعادن متعددة التكافؤ.
الهدف الرئيسي
يُستخدم كمُكثِّف في صناعة الأغذية، وكناقل للأدوية في صناعة الأدوية، وكمادة رابطة ومضادة لإعادة الترسيب في صناعة الكيماويات اليومية. وفي صناعة الطباعة والصباغة، يُستخدم كغرواني واقٍ لعوامل التحجيم ومعاجين الطباعة. وفي صناعة البتروكيماويات، يُمكن استخدامه كمكون في سائل التكسير الهيدروليكي لاستخلاص النفط. [2]
عدم التوافق
لا يتوافق كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم مع المحاليل الحمضية القوية، وأملاح الحديد الذائبة، وبعض المعادن الأخرى مثل الألومنيوم والزئبق والزنك. وعندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 2، وعند مزجه مع الإيثانول بنسبة 95%، يحدث ترسب.
يمكن أن يشكل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم تكتلات مشتركة مع الجيلاتين والبكتين، ويمكنه أيضًا أن يشكل مركبات مع الكولاجين، مما قد يؤدي إلى ترسيب بعض البروتينات المشحونة إيجابياً.
الحرف اليدوية
يُعدّ كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) عادةً مركباً بوليمرياً أنيونياً يُحضّر بتفاعل السليلوز الطبيعي مع قلوي كاوٍ وحمض أحادي كلورو الأسيتيك، ويبلغ وزنه الجزيئي 6400 (±1000). أما نواتج التفاعل الرئيسية فهي كلوريد الصوديوم وجليكولات الصوديوم. ينتمي كربوكسي ميثيل السليلوز إلى تعديلات السليلوز الطبيعي، وقد أطلقت عليه منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (الفاو) ومنظمة الصحة العالمية (WHO) رسمياً اسم "السليلوز المُعدّل".
تُعدّ درجة الاستبدال (DS) والنقاء المؤشرين الرئيسيين لقياس جودة كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC). وبشكل عام، تختلف خصائص CMC باختلاف درجة الاستبدال؛ فكلما زادت درجة الاستبدال، زادت الذوبانية، وتحسّنت شفافية المحلول واستقراره. وتشير التقارير إلى أن شفافية CMC تكون أفضل عندما تتراوح درجة الاستبدال بين 0.7 و1.2، وتكون لزوجة محلوله المائي في أعلى مستوياتها عندما تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) بين 6 و9. ولضمان جودته، بالإضافة إلى اختيار عامل الأثير، يجب مراعاة بعض العوامل التي تؤثر على درجة الاستبدال والنقاء، مثل العلاقة بين كمية القلوي وعامل الأثير، ومدة الأثير، ومحتوى الماء في النظام، ودرجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وتركيز المحلول، والملح، وغيرها.
الوضع الراهن
لحل مشكلة نقص المواد الخام (القطن المكرر المصنوع من ألياف القطن)، تعاونت بعض وحدات البحث العلمي في بلدي خلال السنوات الأخيرة مع شركات لاستخدام قش الأرز والقطن المطحون (مخلفات القطن) ومخلفات التوفو بشكل شامل لإنتاج كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) بنجاح. وقد أدى ذلك إلى خفض تكلفة الإنتاج بشكل كبير، مما فتح مصدراً جديداً للمواد الخام اللازمة لإنتاج CMC صناعياً، وحقق الاستخدام الأمثل للموارد. فمن جهة، انخفضت تكلفة الإنتاج، ومن جهة أخرى، تطور إنتاج CMC نحو دقة أعلى. ويركز البحث والتطوير في مجال CMC بشكل أساسي على تطوير تقنيات الإنتاج الحالية وابتكار عمليات التصنيع، بالإضافة إلى إنتاج منتجات CMC جديدة ذات خصائص فريدة، مثل عملية "المذيب-المعلق" [3] التي طُورت بنجاح في الخارج وتُستخدم على نطاق واسع. وقد تم إنتاج نوع جديد من CMC المعدل يتميز بثبات عالٍ. وبفضل درجة الاستبدال العالية والتوزيع الأكثر تجانساً للمستبدلات، يمكن استخدامه في نطاق أوسع من مجالات الإنتاج الصناعي وبيئات الاستخدام المعقدة لتلبية متطلبات العمليات الأكثر دقة. دوليًا، يُطلق على هذا النوع الجديد من CMC المعدل أيضًا اسم "السليلوز متعدد الأنيونات (PAC، السليلوز متعدد الأنيونات)".
أمان
الأمن العالي، لا تحتاج ADI إلى لوائح، وقد تم وضع معايير وطنية [4].
طلب
يتميز هذا المنتج بوظائف الربط والتكثيف والتقوية والاستحلاب والاحتفاظ بالماء والتعليق.
استخدام مادة CMC في الأغذية
وافقت منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) ومنظمة الصحة العالمية (WHO) على استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز النقي (CMC) في الأغذية. وقد تمت الموافقة عليه بعد إجراء أبحاث واختبارات بيولوجية وسمية صارمة للغاية. يبلغ معدل الاستهلاك الآمن (ADI) وفقًا للمعايير الدولية 25 ملغم/كغم/يوم، أي ما يعادل 1.5 غرام/يوم للشخص الواحد. وقد أشارت التقارير إلى أن بعض الأشخاص لم تظهر عليهم أي أعراض تسمم عند تناول 10 كغم من المادة. لا يُعد كربوكسي ميثيل السليلوز مُثبتًا ومُكثفًا جيدًا للمستحلبات في التطبيقات الغذائية فحسب، بل يتميز أيضًا بثبات ممتاز عند التجميد والذوبان، كما يُحسّن نكهة المنتج ويُطيل مدة صلاحيته. تتراوح الكمية المستخدمة منه في حليب الصويا، والآيس كريم، والهلام، والمشروبات، والعلب بين 1% و1.5%. كما يُمكن لـ كربوكسي ميثيل السليلوز تكوين مُستحلب مُستقر مع الخل، وصلصة الصويا، والزيوت النباتية، وعصير الفاكهة، والمرق، وعصير الخضار، وغيرها، بجرعة تتراوح بين 0.2% و0.5%. يتميز هذا المنتج بقدرة استحلاب ممتازة، خاصةً للزيوت الحيوانية والنباتية والبروتينات والمحاليل المائية، مما يُمكّنه من تكوين مستحلب متجانس ذي أداء مستقر. وبفضل سلامته وموثوقيته، لا تخضع جرعته لمعيار ADI الوطني لسلامة الأغذية. وقد شهد CMC تطورًا مستمرًا في مجال الأغذية، كما أُجريت أبحاث حول استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم في صناعة النبيذ.
استخدام مادة CMC في الطب
في صناعة الأدوية، يُستخدم كعامل مُثبِّت للمستحلبات في الحقن، ومادة رابطة، وعامل مُكوِّن للغشاء في الأقراص. وقد أثبتت بعض الدراسات، من خلال التجارب الأساسية والحيوانية، أن كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) ناقل آمن وموثوق للأدوية المضادة للسرطان. وباستخدام CMC كمادة للغشاء، يُمكن استخدام الشكل الدوائي المُعدَّل لمسحوق يانغين شنغجي، وهو دواء صيني تقليدي، والمُسمى غشاء يانغين شنغجي، لعلاج جروح عمليات السحج الجلدي والجروح الرضية. وقد أظهرت الدراسات على نماذج حيوانية أن الغشاء يمنع عدوى الجروح، ولا يختلف اختلافًا كبيرًا عن الضمادات الشاشية. وفيما يتعلق بالتحكم في إفرازات أنسجة الجروح وتسريع التئامها، يتفوق هذا الغشاء بشكل ملحوظ على الضمادات الشاشية، كما أنه يُقلل من الوذمة وتهيج الجروح بعد العمليات الجراحية. ويُعدّ تحضير الغشاء بنسبة 3:6:1 من كحول البولي فينيل، وكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، وبولي كربوكسي إيثيلين، هو التركيبة الأمثل، حيث يزيد من معدل الالتصاق والانفصال. تتحسن بشكل ملحوظ كل من قوة التصاق المستحضر، ومدة بقائه في تجويف الفم، وفعالية الدواء فيه. يُعد البوبيفاكايين مخدرًا موضعيًا قويًا، ولكنه قد يُسبب أحيانًا آثارًا جانبية خطيرة على القلب والأوعية الدموية عند التسمم به. لذلك، ورغم استخدامه الواسع سريريًا، إلا أن الأبحاث المتعلقة بالوقاية من تفاعلاته السامة وعلاجها تحظى باهتمام بالغ. وقد أظهرت الدراسات الدوائية أن دواء CIVIC، وهو مادة مُمتدة المفعول مُصنعة من محلول البوبيفاكايين، يُمكنه تقليل الآثار الجانبية للدواء بشكل ملحوظ. في جراحة PRK، يُمكن استخدام التتراكائين بتركيز منخفض ومضادات الالتهاب غير الستيرويدية مع CMC لتخفيف الألم بعد الجراحة بشكل كبير. وتُعد الوقاية من الالتصاقات البريتونية بعد الجراحة والحد من انسداد الأمعاء من أهم القضايا في الجراحة السريرية. أظهرت الدراسات أن كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) يتفوق بشكل ملحوظ على هيالورونات الصوديوم في تقليل درجة الالتصاقات البريتونية بعد العمليات الجراحية، ويمكن استخدامه كطريقة فعالة للوقاية من حدوثها. يُستخدم CMC في التسريب الشرياني الكبدي عبر القسطرة للأدوية المضادة للسرطان لعلاج سرطان الكبد، مما يُطيل بشكل كبير مدة بقاء هذه الأدوية في الأورام، ويعزز فعاليتها المضادة للأورام، ويُحسّن من تأثيرها العلاجي. كما يُستخدم CMC على نطاق واسع في الطب البيطري. فقد أشارت دراسة [5] إلى أن التقطير داخل الصفاق لمحلول CMC بتركيز 1% للنعاج له تأثير كبير في الوقاية من عسر الولادة والالتصاقات البطنية بعد جراحة الجهاز التناسلي في الماشية.
استخدامات أخرى لـ CMC في التطبيقات الصناعية الأخرى
في المنظفات، يمكن استخدام CMC كعامل مضاد لإعادة ترسب الأوساخ، وخاصة للأقمشة المصنوعة من الألياف الاصطناعية الكارهة للماء، وهو أفضل بكثير من ألياف الكربوكسي ميثيل.
يمكن استخدام مادة CMC لحماية آبار النفط كمثبت للطين وعامل للاحتفاظ بالماء في عمليات حفر آبار النفط. تبلغ الجرعة لكل بئر نفط 2.3 طن للآبار الضحلة و 5.6 طن للآبار العميقة؛
في صناعة النسيج، يُستخدم كعامل تحجيم، ومُكثِّف لمعجون الطباعة والصباغة، ولطباعة المنسوجات، ولتشطيب التصلب. عند استخدامه كعامل تحجيم، يُحسِّن الذوبان واللزوجة، ويسهل إزالة التحجيم منه؛ وعند استخدامه كعامل تصلب، تتجاوز جرعته 95%؛ وعند استخدامه كعامل تحجيم، تتحسن قوة ومرونة طبقة التحجيم بشكل ملحوظ؛ مع الفيبروين الحريري المُجدَّد، يُستخدم الغشاء المركب المُكوَّن من كربوكسي ميثيل السليلوز كقالب لتثبيت أوكسيداز الجلوكوز، حيث يتم تثبيت أوكسيداز الجلوكوز وكربوكسيلات الفيروسين، مما يُنتج مستشعرًا حيويًا للجلوكوز يتميز بحساسية واستقرار أعلى. وقد أظهرت الدراسات أن أفضل أداء كروماتوغرافي للوحة الرقيقة المُحضَّرة يكون عند تحضير مُتجانس هلام السيليكا بمحلول كربوكسي ميثيل السليلوز بتركيز 1% تقريبًا (وزن/حجم). في الوقت نفسه، تتميز الصفيحة الرقيقة المطلية في ظل ظروف مثالية بقوة طبقة مناسبة، مما يجعلها ملائمة لتقنيات أخذ العينات المختلفة وسهلة الاستخدام. يتمتع مركب CMC بقدرة التصاق عالية بمعظم الألياف، مما يُحسّن الترابط بينها. كما يضمن ثبات لزوجته توحيد عملية التحجيم، وبالتالي تحسين كفاءة النسيج. ويمكن استخدامه أيضًا كعامل تشطيب للمنسوجات، وخاصةً للتشطيب الدائم المقاوم للتجاعيد، مما يُضفي على الأقمشة مظهرًا دائمًا.
يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) كعامل مضاد للترسيب، ومستحلب، ومشتت، ومُسوّي، ومادة لاصقة للطلاءات. فهو يُساعد على توزيع المكونات الصلبة للطلاء بالتساوي في المذيب، مما يمنع تقشر الطلاء لفترة طويلة. كما يُستخدم على نطاق واسع في صناعة الدهانات.
عند استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) كمادة مُرَسِّبة، يكون أكثر فعالية من غلوكونات الصوديوم في إزالة أيونات الكالسيوم. وعند استخدامه كمبادل كاتيونات، تصل سعته التبادلية إلى 1.6 مل/غ.
يستخدم CMC كعامل تحجيم للورق في صناعة الورق، مما يمكن أن يحسن بشكل كبير من قوة الورق الجافة والرطبة، بالإضافة إلى مقاومة الزيت وامتصاص الحبر ومقاومة الماء.
يستخدم CMC كمحلول مائي في مستحضرات التجميل وكمكثف في معجون الأسنان، وجرعته حوالي 5٪.
يمكن استخدام CMC كمادة مُرَسِّبة، وعامل مُخَلِّب، ومستحلب، ومُكثِّف، وعامل مُحتفظ بالماء، وعامل تحجيم، ومادة مُشكِّلة للأغشية، وما إلى ذلك، كما أنه يستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات، والمبيدات الحشرية، والجلود، والبلاستيك، والطباعة، والسيراميك، ومعجون الأسنان، والمواد الكيميائية اليومية، وغيرها من المجالات، وبسبب أدائه الممتاز ونطاق استخداماته الواسع، فإنه يفتح باستمرار مجالات تطبيق جديدة، وآفاق السوق واسعة للغاية.
احتياطات
(1) يُمنع استخدام هذا المنتج مع الأحماض القوية والقلويات القوية وأيونات المعادن الثقيلة (مثل الألومنيوم والزنك والزئبق والفضة والحديد وما إلى ذلك).
(2) الجرعة المسموح بها من هذا المنتج هي 0-25 ملغم/كغم·يوم.
تعليمات
امزج مادة CMC مباشرةً بالماء لتحضير معجون لاصق جاهز للاستخدام. عند تحضير معجون CMC، أضف أولاً كمية مناسبة من الماء النظيف إلى خزان الخلط المزود بجهاز تقليب. عند تشغيل جهاز التقليب، رشّ مادة CMC ببطء وبشكل متساوٍ في الخزان مع التقليب المستمر حتى تمتزج المادة تمامًا بالماء وتذوب كليًا. يُنصح برشّ مادة CMC بالتساوي والتقليب المستمر أثناء الذوبان لمنع التكتل وتقليل كمية المادة المذابة عند ملامستها للماء، وبالتالي زيادة معدل الذوبان. يختلف وقت التقليب عن وقت الذوبان الكامل لمادة CMC، فهما مفهومان مختلفان. بشكل عام، يكون وقت التقليب أقصر بكثير من وقت الذوبان الكامل لمادة CMC، ويعتمد الوقت اللازم لكل منهما على الحالة.
أساس تحديد وقت التحريك هو: متىسي إم سيعندما يتوزع بشكل متجانس في الماء ولا توجد كتل كبيرة واضحة، يمكن إيقاف التحريك، مما يسمح لمادة CMC والماء بالتغلغل والاندماج مع بعضهما البعض في حالة سكون.
يتم تحديد الأساس الذي يتم من خلاله تحديد الوقت اللازم لذوبان مادة CMC بشكل كامل على النحو التالي:
(1) يرتبط CMC والماء بشكل كامل، ولا يوجد فصل صلب-سائل بينهما؛
(2) تكون العجينة المختلطة في حالة موحدة، ويكون السطح مستوياً وناعماً؛
(3) يكون لون المعجون المخلوط شبه عديم اللون وشفاف، ولا يحتوي على أي حبيبات. وتتراوح المدة اللازمة من لحظة وضع مادة CMC في خزان الخلط وخلطها بالماء وحتى ذوبانها تمامًا بين 10 و20 ساعة.
تاريخ النشر: 26 أبريل 2024