Карбоксиметилцелулозата (CMC) е водоразтворим полимер, получен от целулоза, която е най-разпространеният органичен полимер на Земята. CMC се произвежда чрез химическа модификация на целулозата, обикновено от дървесна маса или памучен мъх. Той се използва широко в широк спектър от приложения поради уникалните си свойства, включително способността му да образува вискозни разтвори и гелове, способността му да свързва вода и неговата биоразградимост.
Химическа структура и производство
Химическата структура на CMC се състои от целулозни гръбнаци с карбоксиметилови групи (-CH2-COOH), прикрепени към някои от хидроксилните групи (-OH) на глюкозните мономери. Този процес на заместване включва третиране на целулоза с хлороцетна киселина в алкална среда, което води до образуването на натриева карбоксиметил целулоза. Степента на заместване (DS) се отнася до средния брой хидроксилни групи на глюкозна единица, които са били заменени с карбоксиметилови групи, като DS от 0,4 до 1,4 е обичайна за повечето приложения.
Производственият процес на CMC включва няколко стъпки:
Алкализация: Целулозата се третира със силна основа, обикновено натриев хидроксид, за да се образува алкална целулоза.
Етерификация: Алкалната целулоза след това реагира с хлорооцетна киселина, което води до заместване на хидроксилните групи с карбоксиметилови групи.
Пречистване: Суровият CMC се промива и пречиства, за да се отстранят страничните продукти и излишните реагенти.
Сушене и смилане: Пречистеният CMC се суши и смила до получаване на желания размер на частиците.
Свойства
CMC е известен със своите изключителни свойства, които го правят полезен в различни индустрии:
Разтворимост във вода: CMC лесно се разтваря във вода, образувайки бистри, вискозни разтвори.
Модулиране на вискозитета: Вискозитетът на CMC разтворите може да се регулира чрез промяна на концентрацията и молекулното тегло, което го прави полезен за сгъстяване и стабилизиране.
Образуване на филм: Може да образува здрави, гъвкави филми, когато се изсуши от разтвора.
Лепилни свойства: CMC показва добри адхезивни характеристики, които са от полза при приложения като лепила и покрития.
Биоразградимост: Извлича се от естествена целулоза, CMC е биоразградим, което го прави екологичен.
Хранителна промишленост
CMC се използва широко като хранителна добавка (E466) поради способността си да променя вискозитета и да стабилизира емулсии в различни хранителни продукти. Той действа като сгъстител, стабилизатор и емулгатор в продукти като сладолед, млечни продукти, хлебни изделия и дресинги за салати. Например, в сладоледа, CMC помага да се предотврати образуването на ледени кристали, което води до по-гладка текстура.
Фармацевтика и козметика
Във фармацевтичната индустрия CMC се използва като свързващо вещество в таблетки, дезинтегрант и подобрител на вискозитета в суспензии и емулсии. Също така действа като стабилизатор в лосиони, кремове и гелове в козметичната индустрия. Неговият нетоксичен и недразнещ характер го прави подходящ за използване в тези продукти.
Хартия и текстил
CMC се използва в хартиената промишленост като оразмеряващ агент за подобряване на здравината и възможността за печат на хартията. В текстила се използва като сгъстител в процесите на боядисване и като компонент в пасти за печат върху текстил, подобрявайки еднородността и качеството на отпечатъците.
Перилни и почистващи препарати
В перилните препарати CMC служи като суспендиращ замърсяването агент, предотвратявайки повторното отлагане на мръсотия върху тъканите по време на пране. Той също така подобрява ефективността на течните перилни препарати, като повишава техния вискозитет и стабилност.
Нефтени сондажи и добив
CMC се използва в нефтени сондажни течности за контролиране на вискозитета и като модификатор на реологията за поддържане на стабилността на сондажната кал, предотвратявайки срутването на сондажите и улеснявайки отстраняването на отломките. В минното дело се използва като флотационен агент и флокулант.
Строителство и керамика
В строителната индустрия CMC се използва в състави на цимент и хоросан за подобряване на задържането на вода и обработваемостта. В керамиката действа като свързващо вещество и пластификатор в керамични пасти, подобрявайки техните свойства на формоване и сушене.
Съображения за околната среда и безопасността
CMC обикновено се счита за безопасен (GRAS) от регулаторните органи като FDA. Той е нетоксичен, не предизвиква алергии и е биоразградим, което го прави екологичен. Производственият процес обаче включва химикали, с които трябва да се работи внимателно, за да се предотврати замърсяване на околната среда. Правилното изхвърляне и третиране на отпадъчните продукти са от съществено значение за минимизиране на въздействието върху околната среда.
Иновации и бъдещи насоки
Последните постижения в областта на CMC включват разработването на модифициран CMC с подобрени свойства за специфични приложения. Например, CMC с персонализирано молекулно тегло и степен на заместване може да предложи подобрена производителност в системи за доставяне на лекарства или като опаковъчни материали на биологична основа. Освен това текущите изследвания изследват използването на CMC в нови области като тъканно инженерство и биопечат, където неговата биосъвместимост и способности за образуване на гел могат да бъдат много полезни.
Карбоксиметилцелулозата е универсален и ценен материал с широк спектър от приложения в различни индустрии. Неговите уникални свойства, включително разтворимост във вода, модулиране на вискозитета и биоразградимост, го правят основна съставка в много продукти. С непрекъснат напредък в своето производство и модификация, CMC е готов да играе все по-важна роля както в традиционните, така и в нововъзникващите области, като допринася за технологичния прогрес и усилията за устойчивост.
Време на публикуване: 6 юни 2024 г