ما هو كاربوكسي ميثيل السليلوز؟

يُستخلص كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) بعد كربوكسي ميثيل السليلوز. يتميز محلوله المائي بخصائص التكثيف، وتكوين الأغشية، والترابط، والاحتفاظ بالماء، وحماية الغرويات، والاستحلاب، والتعليق، ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات البترول، والأغذية، والأدوية، والنسيج، والورق، ويُعد من أهم إيثرات السليلوز. السليلوز الطبيعي هو أكثر السكريات المتعددة انتشارًا ووفرةً في الطبيعة، ومصادره وفيرة جدًا. تركز تقنيات تعديل السليلوز الحالية بشكل أساسي على الإيثرة والأسترة. تُعد الكربوكسي ميثيل أحد أنواع تقنيات الإيثرة.

الخصائص الفيزيائية

كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC) هو إيثر سليلوزي أنيوني، ذو مظهر مسحوق ألياف متكتلة أبيض أو أصفر باهت، عديم الرائحة والطعم وغير سام؛ يذوب بسهولة في الماء البارد أو الساخن، مكونًا محلولًا شفافًا ذو لزوجة معينة. يكون المحلول متعادلًا أو قلويًا قليلًا، غير قابل للذوبان في الإيثانول، والإيثر، والإيزوبروبانول، والأسيتون، والمذيبات العضوية الأخرى، ولكنه يذوب في محلول يحتوي على 60% من الماء من الإيثانول أو الأسيتون. هو مادة مسترطبة، مستقرة للضوء والحرارة، وتقل لزوجتها مع ارتفاع درجة الحرارة، ويكون المحلول مستقرًا عند درجة حموضة تتراوح بين 2 و10، وعندما تكون درجة الحموضة أقل من 2، يحدث ترسب صلب، وتقل اللزوجة عندما تكون درجة الحموضة أعلى من 10. تبلغ درجة حرارة إزالة اللون 227 درجة مئوية، ودرجة حرارة التفحيم 252 درجة مئوية، ويبلغ التوتر السطحي للمحلول المائي بنسبة 2% 71 ملي نيوتن.

الخواص الكيميائية

يُحضّر هذا المركب من مشتقات السليلوز المحتوية على بدائل الكربوكسي ميثيل، وذلك بمعالجة السليلوز بهيدروكسيد الصوديوم لتكوين السليلوز القلوي، ثم تفاعله مع حمض أحادي كلورو الأسيتيك. تحتوي وحدة الجلوكوز المكونة للسليلوز على ثلاث مجموعات هيدروكسيل قابلة للاستبدال، مما يسمح بالحصول على منتجات بدرجات استبدال مختلفة. في المتوسط، يُضاف 1 مليمول من الكربوكسي ميثيل لكل 1 غرام من الوزن الجاف، وهو غير قابل للذوبان في الماء والأحماض المخففة، ولكنه قابل للانتفاخ ويُستخدم في كروماتوغرافيا التبادل الأيوني. تبلغ قيمة pKa للكربوكسي ميثيل حوالي 4 في الماء النقي وحوالي 3.5 في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.5 مول/لتر. وهو مبادل كاتيونات حمضي ضعيف، ويُستخدم عادةً لفصل البروتينات المتعادلة والقاعدية عند درجة حموضة أعلى من 4. يتم استبدال أكثر من 40% من مجموعات الهيدروكسيل بمجموعات الكربوكسي ميثيل، والتي يمكن إذابتها في الماء لتكوين محلول غرواني مستقر عالي اللزوجة.

الهدف الرئيسي

كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) مسحوق أبيض متكتل غير سام وعديم الرائحة، يتميز بثبات أدائه وسهولة ذوبانه في الماء. محلوله المائي سائل لزج شفاف متعادل أو قلوي، يذوب في المواد اللاصقة والراتنجات الأخرى القابلة للذوبان في الماء، ولا يذوب في المذيبات العضوية مثل الإيثانول. يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز كمادة لاصقة، ومكثف، وعامل تعليق، ومستحلب، ومشتت، ومثبت، وعامل تحجيم، وغيرها.

يُعد كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC) المنتج ذو أكبر إنتاجية، والأكثر استخدامًا، والأكثر ملاءمة للاستخدام بين إيثرات السليلوز، والمعروف باسم "غلوتامات أحادية الصوديوم الصناعية".

1. يُستخدم في عمليات التنقيب عن النفط والغاز الطبيعي، وحفر الآبار، وغيرها من المشاريع

① يمكن للطين المحتوي على CMC أن يجعل جدار البئر يشكل طبقة ترشيح رقيقة وصلبة ذات نفاذية منخفضة، مما يقلل من فقدان الماء.

② بعد إضافة CMC إلى الطين، يمكن لجهاز الحفر الحصول على قوة قص أولية منخفضة، بحيث يمكن للطين إطلاق الغاز المحصور فيه بسهولة، وفي الوقت نفسه، يتم التخلص من الحطام بسرعة في حفرة الطين.

③طين الحفر، مثله مثل غيره من المواد المعلقة، له فترة وجود معينة، ويمكن أن تؤدي إضافة CMC إلى جعله مستقرًا وإطالة فترة وجوده.

④ نادراً ما يتأثر الطين المحتوي على CMC بالعفن، لذلك ليس من الضروري الحفاظ على قيمة pH عالية واستخدام المواد الحافظة.

⑤ يحتوي على CMC كعامل معالجة سائل غسل طين الحفر، والذي يمكنه مقاومة تلوث الأملاح الذائبة المختلفة.

⑥ يتميز الطين المحتوي على CMC بثبات جيد ويمكنه تقليل فقدان الماء حتى لو كانت درجة الحرارة أعلى من 150 درجة مئوية.

يُعدّ كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) ذو اللزوجة العالية ودرجة الاستبدال العالية مناسبًا للطين ذي الكثافة المنخفضة، بينما يُعدّ كربوكسي ميثيل السليلوز ذو اللزوجة المنخفضة ودرجة الاستبدال العالية مناسبًا للطين ذي الكثافة العالية. ويجب تحديد اختيار كربوكسي ميثيل السليلوز وفقًا لظروف مختلفة، مثل نوع الطين والمنطقة وعمق البئر.

2. يستخدم في صناعة النسيج والطباعة والصباغة. تستخدم صناعة النسيج مادة CMC كعامل تحجيم لتحجيم الخيوط الخفيفة من القطن والحرير والصوف والألياف الكيميائية والمواد المخلوطة وغيرها من المواد القوية؛

3. يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في صناعة الورق كعامل لتنعيم سطح الورق وعامل تحجيم. إضافة 0.1% إلى 0.3% من كربوكسي ميثيل السليلوز إلى اللب تُحسّن قوة شد الورق بنسبة 40% إلى 50%، وتزيد من مقاومته للتمزق بالضغط بنسبة 50%، وتزيد من قابليته للعجن بمقدار 4 إلى 5 أضعاف.

4. يمكن استخدام CMC كمادة ماصة للأوساخ عند إضافتها إلى المنظفات الاصطناعية؛ المواد الكيميائية اليومية مثل صناعة معجون الأسنان، حيث يُستخدم محلول الجلسرين المائي CMC كقاعدة لصمغ معجون الأسنان؛ صناعة الأدوية، حيث يُستخدم كمكثف ومستحلب؛ يتم تكثيف محلول CMC المائي واستخدامه في معالجة المعادن العائمة، إلخ.

5. في صناعة السيراميك، يمكن استخدامه كمادة لاصقة، ومُلدّن، وعامل تعليق للطلاء، وعامل تثبيت اللون، وما إلى ذلك.

6. يستخدم في البناء لتحسين الاحتفاظ بالماء والمتانة

٧. يُستخدم في صناعة الأغذية. تستخدم صناعة الأغذية مادة CMC ذات درجة استبدال عالية كمُكثِّف للآيس كريم والأطعمة المعلبة والمعكرونة سريعة التحضير، ومُثبِّت للرغوة في البيرة، وما إلى ذلك. كما تُستخدم كمُكثِّف أو رابط أو سواغ.

8. تختار صناعة الأدوية مادة CMC ذات اللزوجة المناسبة كمادة رابطة للأقراص، ومادة مفتتة، وعامل معلق للمعلقات.