Natriumcarboxymethylcellulose-Viskosität

Die Viskosität von Natriumcarboxymethylcellulose wird je nach Anwendungsbereich in verschiedene Qualitätsstufen eingeteilt. Die Viskosität von Waschmitteln liegt zwischen 10 und 70 (unter 100), während für Anwendungen im Bauwesen und anderen Branchen ein oberer Grenzwert von 200 bis 1200 gilt. Lebensmittelqualität weist sogar noch höhere Viskositätswerte auf, die alle über 1000 liegen. Die Viskosität variiert je nach Branche.

Aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.
Die Viskosität von Natriumcarboxymethylcellulose wird durch ihre relative Molekülmasse, Konzentration, Temperatur und pH-Wert beeinflusst. Sie wird mit Ethyl- oder Carboxypropylcellulose, Gelatine, Xanthangummi, Carrageen, Johannisbrotkernmehl, Guarkernmehl, Agar, Natriumalginat, Pektin, Gummi arabicum und Stärke gemischt, und ihre Derivate weisen eine gute Kompatibilität (d. h. einen synergistischen Effekt) auf.

Bei einem pH-Wert von 7 ist die Viskosität der Natriumcarboxymethylcellulose-Lösung am höchsten und im pH-Bereich von 4 bis 11 relativ stabil. Carboxymethylcellulose in Form von Alkalimetall- und Ammoniumsalzen ist wasserlöslich. Zweiwertige Metallionen wie Ca²⁺, Mg²⁺ und Fe²⁺ beeinflussen die Viskosität. Schwermetalle wie Silber, Barium, Chrom oder Fe³⁺ können zur Ausfällung führen. Durch die Kontrolle der Ionenkonzentration, beispielsweise durch Zugabe des Chelatbildners Citronensäure, lässt sich eine viskosere Lösung und somit ein weiches oder hartes Gummi herstellen.

Natriumcarboxymethylcellulose ist eine Art natürlicher Cellulose, die im Allgemeinen aus Baumwoll-Linters oder Holzpulpe als Rohstoffen hergestellt und unter alkalischen Bedingungen einer Veretherungsreaktion mit Monochloressigsäure unterzogen wird.

Entsprechend den Spezifikationen der Rohstoffe und der Substitution des Hydroxylwasserstoffs in der Cellulose-D-Glucose-Einheit durch die Carboxymethylgruppe werden wasserlösliche Polymerverbindungen mit unterschiedlichen Substitutionsgraden und unterschiedlichen Molekulargewichtsverteilungen erhalten.

Da Natriumcarboxymethylcellulose viele einzigartige und hervorragende Eigenschaften besitzt, findet sie breite Anwendung in der täglichen chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Medizinindustrie sowie in anderen industriellen Produktionsprozessen.

Einer der wichtigsten Indikatoren für Natriumcarboxymethylcellulose ist ihre Viskosität. Der Viskositätswert hängt von verschiedenen Faktoren wie Konzentration, Temperatur und Scherrate ab. Diese Faktoren sind jedoch externe Einflüsse auf die Viskosität von Natriumcarboxymethylcellulose.

Das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung sind interne Faktoren, die die Viskosität von Natriumcarboxymethylcellulose-Lösungen beeinflussen. Für die Produktionskontrolle und die Weiterentwicklung der Produkteigenschaften von Natriumcarboxymethylcellulose ist die Untersuchung ihres Molekulargewichts und ihrer Molekulargewichtsverteilung von äußerst wichtiger Bedeutung, während die Viskositätsmessung lediglich eine gewisse Referenzfunktion erfüllen kann.

Newtons Gesetze in der Rheologie: Bitte lesen Sie den entsprechenden Abschnitt zur Rheologie in der Physikalischen Chemie. Es ist schwierig, sie in ein oder zwei Sätzen zu erklären. Kurz gesagt: Bei einer verdünnten Lösung mit einer kritischen Mizellenbildungskonzentration (CMC) nahe einer Newtonschen Flüssigkeit ist die Scherspannung proportional zur Schergeschwindigkeit. Der Proportionalitätsfaktor zwischen beiden wird als Viskositätskoeffizient oder kinematische Viskosität bezeichnet.

Die Viskosität ergibt sich aus den Kräften zwischen den Cellulosemolekülketten, darunter Dispersionskräfte und Wasserstoffbrückenbindungen. Die Polymerisation von Cellulosederivaten führt nicht zu einer linearen, sondern zu einer verzweigten Struktur. In Lösung sind viele dieser verzweigten Cellulosemoleküle zu einem räumlichen Netzwerk verflochten. Je dichter dieses Netzwerk ist, desto größer sind die Kräfte zwischen den Molekülketten in der resultierenden Lösung.

Um in einer verdünnten Lösung von Cellulosederivaten ein Fließen zu erzeugen, muss die Kraft zwischen den Molekülketten überwunden werden. Daher erfordert eine Lösung mit hohem Polymerisationsgrad eine größere Kraft, um ein Fließen zu ermöglichen. Bei der Viskositätsmessung wirkt auf die CMC-Lösung die Schwerkraft. Unter konstantem Schwerkrafteinfluss übt die Kettenstruktur der CMC-Lösung mit hohem Polymerisationsgrad eine große Kraft aus, wodurch das Fließen langsam ist. Die langsame Fließgeschwindigkeit spiegelt die Viskosität wider.

Die Viskosität von Natriumcarboxymethylcellulose hängt hauptsächlich vom Molekulargewicht ab und ist vom Substitutionsgrad kaum beeinflusst. Je höher der Substitutionsgrad, desto höher das Molekulargewicht, da das Molekulargewicht der substituierten Carboxymethylgruppe größer ist als das der vorhergehenden Hydroxylgruppe.

Das Natriumsalz der Cellulosecarboxymethylcellulose, ein anionischer Celluloseether, ist ein weißes bis milchig-weißes, faseriges Pulver oder Granulat mit einer Dichte von 0,5–0,7 g/cm³. Es ist nahezu geruchlos, geschmacklos und hygroskopisch. Es lässt sich leicht in Wasser dispergieren und bildet eine transparente kolloidale Lösung. In organischen Lösungsmitteln wie Ethanol ist es unlöslich. Der pH-Wert einer 1%igen wässrigen Lösung liegt zwischen 6,5 und 8,5. Bei pH-Werten über 10 oder unter 5 ist die Viskosität der Natriumcarboxymethylcellulose deutlich reduziert; die besten Eigenschaften werden bei einem pH-Wert von 7 erzielt.

Es ist thermisch stabil. Die Viskosität steigt unter 20 °C rapide an und ändert sich bei 45 °C nur noch langsam. Längeres Erhitzen über 80 °C kann das Kolloid denaturieren und die Viskosität sowie die Eigenschaften deutlich beeinträchtigen. Es ist leicht wasserlöslich, und die Lösung ist transparent. In alkalischen Lösungen ist es sehr stabil, hydrolysiert jedoch leicht in Gegenwart von Säure. Bei einem pH-Wert von 2–3 fällt es aus.