Què és la carboximetil cel·lulosa (CMC)?

La carboximetil cel·lulosa (CMC) és un polímer soluble en aigua derivat de la cel·lulosa, que és el polímer orgànic més abundant a la Terra. El CMC es produeix per la modificació química de la cel·lulosa, normalment a partir de polpa de fusta o linters de cotó. S'utilitza àmpliament en una àmplia gamma d'aplicacions a causa de les seves propietats úniques, inclosa la seva capacitat de formar solucions i gels viscosos, la seva capacitat d'unió d'aigua i la seva biodegradabilitat.

Estructura i producció química
L'estructura química de la CMC consta d'esquelets de cel·lulosa amb grups carboximetil (-CH2-COOH) units a alguns dels grups hidroxil (-OH) dels monòmers de glucosa. Aquest procés de substitució consisteix a tractar la cel·lulosa amb àcid cloroacètic en un medi alcalí, donant lloc a la formació de carboximetil cel·lulosa sòdica. El grau de substitució (DS) fa referència al nombre mitjà de grups hidroxil per unitat de glucosa que s'han substituït per grups carboximetil, sent comú un DS de 0,4 a 1,4 per a la majoria d'aplicacions.

El procés de producció de CMC implica diversos passos:

Alcalització: la cel·lulosa es tracta amb una base forta, normalment hidròxid de sodi, per formar cel·lulosa alcalina.
Eterificació: la cel·lulosa alcalina es fa reaccionar amb àcid cloroacètic, donant lloc a la substitució de grups hidroxil per grups carboximetil.
Purificació: el CMC cru es renta i es purifica per eliminar els subproductes i l'excés de reactius.
Assecat i mòlta: el CMC purificat s'asseca i es fresa per obtenir la mida de partícula desitjada.
Propietats

CMC és conegut per les seves propietats excepcionals, que el fan útil en diverses indústries:

Solubilitat en aigua: CMC es dissol fàcilment en aigua, formant solucions clares i viscoses.
Modulació de la viscositat: la viscositat de les solucions CMC es pot ajustar canviant la concentració i el pes molecular, la qual cosa la fa útil per espessir i estabilitzar.
Formació de pel·lícules: pot formar pel·lícules fortes i flexibles quan s'asseca de la solució.
Propietats adhesives: CMC presenta bones característiques adhesives, que són beneficioses en aplicacions com adhesius i recobriments.
Biodegradabilitat: al ser derivat de la cel·lulosa natural, CMC és biodegradable, per la qual cosa és respectuós amb el medi ambient.

Indústria alimentària
El CMC s'utilitza àmpliament com a additiu alimentari (E466) per la seva capacitat de modificar la viscositat i estabilitzar emulsions en diversos productes alimentaris. Actua com a espessidor, estabilitzador i emulsionant en productes com gelats, productes lactis, articles de fleca i amaniments d'amanides. Per exemple, en els gelats, CMC ajuda a prevenir la formació de cristalls de gel, donant lloc a una textura més suau.

Farmacèutica i Cosmètica
A la indústria farmacèutica, el CMC s'utilitza com a aglutinant en comprimits, com a desintegrant i com a potenciador de la viscositat en suspensions i emulsions. També actua com a estabilitzador en locions, cremes i gels a la indústria cosmètica. La seva naturalesa no tòxica i no irritant el fa apte per al seu ús en aquests productes.

Paper i tèxtils
CMC s'utilitza a la indústria del paper com a agent d'encolat per millorar la resistència i la imprimibilitat del paper. En tèxtils, s'utilitza com a espessidor en processos de tintura i com a component en pastes d'impressió tèxtil, millorant la uniformitat i la qualitat de les impressions.

Detergents i agents de neteja
En detergents, el CMC serveix com a agent de suspensió de la terra, evitant que la brutícia es torni a dipositar als teixits durant el rentat. També millora el rendiment dels detergents líquids millorant la seva viscositat i estabilitat.

Perforació i mineria de petroli
CMC s'utilitza en fluids de perforació petroliera per controlar la viscositat i com a modificador de reologia per mantenir l'estabilitat del fang de perforació, evitant l'enfonsament dels forats i facilitant l'eliminació d'esqueixos. A la mineria, s'utilitza com a agent de flotació i floculant.

Construcció i Ceràmica
A la indústria de la construcció, el CMC s'utilitza en formulacions de ciment i morter per millorar la retenció d'aigua i la treballabilitat. En ceràmica, actua com a aglutinant i plastificant en pastes ceràmiques, millorant-ne les propietats d'emmotllament i assecat.

Consideracions mediambientals i de seguretat
CMC es considera generalment segur (GRAS) per les autoritats reguladores com la FDA. No és tòxic, no al·lergènic i biodegradable, per la qual cosa és respectuós amb el medi ambient. Tanmateix, el procés de producció implica productes químics que s'han de manipular amb cura per evitar la contaminació ambiental. L'eliminació i tractament adequats dels residus són essencials per minimitzar l'impacte ambiental.

Innovacions i orientacions futures
Els avenços recents en el camp de CMC impliquen el desenvolupament de CMC modificats amb propietats millorades per a aplicacions específiques. Per exemple, el CMC amb un pes molecular i un grau de substitució adaptats poden oferir un rendiment millorat en els sistemes de lliurament de fàrmacs o com a materials d'embalatge de base biològica. A més, la investigació en curs està explorant l'ús de CMC en noves àrees com l'enginyeria de teixits i la bioimpressió, on la seva biocompatibilitat i les seves capacitats de formació de gel podrien ser molt beneficioses.

La carboximetil cel·lulosa és un material versàtil i valuós amb una àmplia gamma d'aplicacions en diverses indústries. Les seves propietats úniques, com ara la solubilitat en aigua, la modulació de la viscositat i la biodegradabilitat, el converteixen en un ingredient essencial en molts productes. Amb els continus avenços en la seva producció i modificació, CMC està a punt per jugar un paper cada cop més important tant en camps tradicionals com emergents, contribuint al progrés tecnològic i als esforços de sostenibilitat.