1. Kurze Einführung in Carboxymethylcellulose
Englischer Name: Carboxylmethylcellulose
Abkürzung: CMC
Die Summenformel ist variabel: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n
Aussehen: weißes oder hellgelbes, faseriges, körniges Pulver.
Wasserlöslichkeit: leicht löslich in Wasser, bildet ein transparentes viskoses Kolloid, und die Lösung ist neutral oder leicht alkalisch.
Eigenschaften: Hochmolekulare Verbindung aus oberflächenaktivem Kolloid, geruchlos, geschmacklos und ungiftig.
Natürliche Cellulose ist weit verbreitet und das am häufigsten vorkommende Polysaccharid. In der Produktion liegt Cellulose jedoch meist in Form von Natriumcarboxymethylcellulose vor, daher lautet die vollständige Bezeichnung Natriumcarboxymethylcellulose oder CMC-Na. Sie findet breite Anwendung in Industrie, Bauwesen, Medizin, Lebensmittel-, Textil- und Keramikbranche sowie weiteren Bereichen.
2. Carboxymethylcellulose-Technologie
Zu den Modifizierungstechnologien der Cellulose gehören: Veretherung und Veresterung.
Umwandlung von Carboxymethylcellulose: Bei der Carboxymethylierungsreaktion in der Veretherungstechnologie wird Cellulose carboxymethyliert, um Carboxymethylcellulose, kurz CMC, zu erhalten.
Funktionen wässriger Carboxymethylcellulose-Lösung: Verdickung, Filmbildung, Bindung, Wasserrückhaltung, Kolloidschutz, Emulgierung und Suspension.
3. Chemische Reaktion von Carboxymethylcellulose
Alkalisierungsreaktion der Cellulose:
[C6H7O2(OH) 3]n + nNaOH→[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nH2O
Die Veretherungsreaktion von Monochloressigsäure nach Alkalicellulose:
[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nClCH2COONa →[C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ]n + nNaC
Daher lautet die chemische Formel für die Bildung von Carboxymethylcellulose: Cell-O-CH2-COONa NaCMC
Natriumcarboxymethylcellulose(NaCMC oder kurz CMC) ist ein wasserlöslicher Celluloseether, mit dem die Viskosität der meisten gebräuchlichen wässrigen Lösungsformulierungen von wenigen cP bis zu mehreren tausend cP variiert werden kann.
4. Produkteigenschaften von Carboxymethylcellulose
1. Lagerung von wässriger CMC-Lösung: Sie ist bei niedrigen Temperaturen und Sonnenlicht stabil, jedoch verändern sich Säure- und Basengehalt der Lösung aufgrund von Temperaturschwankungen. Unter dem Einfluss von UV-Strahlung oder Mikroorganismen nimmt die Viskosität der Lösung ab oder sie kann sich sogar zersetzen. Für eine Langzeitlagerung muss ein geeignetes Konservierungsmittel zugesetzt werden.
2. Herstellungsverfahren für wässrige CMC-Lösung: Zuerst müssen die Partikel gleichmäßig benetzt werden, wodurch die Auflösungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden kann.
3. CMC ist hygroskopisch und sollte während der Lagerung vor Feuchtigkeit geschützt werden.
4. Schwermetallsalze wie Zink, Kupfer, Blei, Aluminium, Silber, Eisen, Zinn und Chrom können zur Ausfällung von CMC führen.
5. Unterhalb eines pH-Werts von 2,5 kommt es in der wässrigen Lösung zur Ausfällung, die nach Neutralisation durch Zugabe von Alkali wieder aufgelöst werden kann.
6. Obwohl Salze wie Calcium, Magnesium und Kochsalz keinen Fällungseffekt auf die CMC haben, verringern sie die Viskosität der Lösung.
7. CMC ist mit anderen wasserlöslichen Klebstoffen, Weichmachern und Harzen kompatibel.
8. Aufgrund unterschiedlicher Verarbeitungsmethoden kann CMC als feines Pulver, grobkörnig oder faserig erscheinen, was jedoch nichts mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften zu tun hat.
9. Die Anwendung von CMC-Pulver ist einfach. Es kann direkt in kaltes Wasser oder in 40-50 °C warmes Wasser gegeben und dort aufgelöst werden.
5. Substitutionsgrad und Löslichkeit von Carboxymethylcellulose
Der Substitutionsgrad gibt die durchschnittliche Anzahl der an jede Celluloseeinheit gebundenen Natriumcarboxymethylgruppen an. Der maximale Substitutionsgrad beträgt 3, industriell wird jedoch NaCMC mit einem Substitutionsgrad zwischen 0,5 und 1,2 am häufigsten verwendet. Die Eigenschaften von NaCMC mit einem Substitutionsgrad von 0,2–0,3 unterscheiden sich deutlich von denen mit einem Substitutionsgrad von 0,7–0,8. Ersteres ist in Wasser mit pH 7 nur teilweise löslich, letzteres hingegen vollständig. Unter alkalischen Bedingungen verhält es sich umgekehrt.
6. Polymerisationsgrad und Viskosität von Carboxymethylcellulose
Polymerisationsgrad: Er bezeichnet die Länge der Cellulosekette, welche die Viskosität bestimmt. Je länger die Cellulosekette, desto höher die Viskosität, und somit auch die der NaCMC-Lösung.
Viskosität: Die NaCMC-Lösung ist eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit, deren scheinbare Viskosität mit zunehmender Scherkraft abnimmt. Nach dem Ende des Rührens stieg die Viskosität proportional an, bis sie sich stabilisierte. Die Lösung ist also thixotrop.
7. Anwendungsbereich von Carboxymethylcellulose
1. Bau- und Keramikindustrie
(1) Architektonische Beschichtungen: gute Dispergierbarkeit, gleichmäßige Beschichtungsverteilung; keine Schichtbildung, gute Stabilität; gute Verdickungswirkung, einstellbare Beschichtungsviskosität.
(2) Keramikindustrie: wird als Bindemittel für Rohlinge verwendet, um die Plastizität von Töpferton zu verbessern; haltbare Glasur.
2. Waschmittel-, Kosmetik-, Tabak-, Textildruck- und Färbeindustrie
(1) Waschen: Dem Waschmittel wird CMC zugesetzt, um zu verhindern, dass sich der gewaschene Schmutz wieder auf dem Stoff ablagert.
(2) Kosmetik: Verdickung, Dispergierung, Suspension, Stabilisierung usw. Es ist vorteilhaft, die verschiedenen Eigenschaften von Kosmetika voll auszuschöpfen.
(3) Tabak: CMC wird zum Verkleben von Tabakblättern verwendet, wodurch Tabakchips effektiv genutzt und die Menge an rohen Tabakblättern reduziert werden kann.
(4) Textilien: Als Ausrüstungsmittel für Textilien kann CMC das Überspringen von Garnen und den Fadenbruch auf Hochgeschwindigkeitswebstühlen verringern.
(5) Drucken und Färben: Es wird in Druckpasten verwendet, die die Hydrophilie und Penetrationsfähigkeit der Farbstoffe verbessern, für ein gleichmäßiges Färbeergebnis sorgen und Farbunterschiede reduzieren können.
3. Moskitospiralen- und Schweißdrahtindustrie
(1) Moskitospiralen: CMC wird in Moskitospiralen verwendet, um die Zähigkeit der Moskitospiralen zu erhöhen und sie weniger bruchgefährdet zu machen.
(2) Elektrode: CMC wird als Glasurmittel verwendet, um eine bessere Haftung und Formgebung der Keramikbeschichtung sowie eine bessere Streichfähigkeit zu erzielen. Außerdem weist es eine hohe Ausbrennbarkeit bei hohen Temperaturen auf.
4. Zahnpastaindustrie
(1) CMC ist mit verschiedenen Rohstoffen in Zahnpasta gut verträglich;
(2) Die Paste ist fein, trennt kein Wasser ab, blättert nicht ab, dickt nicht ein und bildet einen reichhaltigen Schaum.
(3) Gute Stabilität und geeignete Konsistenz, die der Zahnpasta eine gute Form, Haltbarkeit und einen besonders angenehmen Geschmack verleihen;
(4) Beständig gegen Temperaturschwankungen, feuchtigkeitsspendend und duftfixierend.
(5) Kleinere Scherung und Entrindung in Dosen.
5. Lebensmittelindustrie
(1) Saure Getränke: Als Stabilisator, zum Beispiel um die Ausfällung und Schichtung von Proteinen in Joghurt aufgrund von Aggregation zu verhindern; besserer Geschmack nach dem Auflösen in Wasser; gute Austauschgleichmäßigkeit.
(2) Speiseeis: Wasser, Fett, Eiweiß usw. müssen zu einer gleichmäßigen, dispergierten und stabilen Mischung vermischt werden, um die Bildung von Eiskristallen zu vermeiden.
(3) Brot und Gebäck: CMC kann die Viskosität des Teigs steuern, die Feuchtigkeitsspeicherung und die Haltbarkeit des Produkts verbessern.
(4) Instantnudeln: Sie erhöhen die Zähigkeit und Kochbeständigkeit der Nudeln; sie lassen sich gut in Keksen und Pfannkuchen formen, und die Oberfläche des Kuchens ist glatt und bricht nicht leicht.
(5) Instantpaste: als Kaugummigrundlage.
(6) CMC ist physiologisch inert und hat keinen Kalorienwert. Daher können kalorienarme Lebensmittel hergestellt werden.
6. Papierindustrie
CMC wird zur Papierleimung eingesetzt und verleiht dem Papier eine hohe Dichte, gute Tintenbeständigkeit, hohe Wachsaufnahme und Glätte. Beim Färben des Papiers trägt es zur Kontrolle der Abrollbarkeit der Farbpaste bei und verbessert die Haftung zwischen den Papierfasern, wodurch die Festigkeit und Knickfestigkeit des Papiers erhöht werden.
7. Erdölindustrie
CMC wird bei Öl- und Gasbohrungen, Brunnenbauprojekten und anderen Vorhaben eingesetzt.
8. Sonstige
Klebstoffe für Schuhe, Hüte, Stifte usw., Polituren und Farbstoffe für Leder, Stabilisatoren für Schaumfeuerlöscher usw.
Veröffentlichungsdatum: 04.01.2023