خواص و کاربردهای کربوکسی متیل سلولز

1. معرفی مختصر کربوکسی متیل سلولز

نام انگلیسی: کربوکسیل متیل سلولز

مخفف: سی ام سی

فرمول مولکولی متغیر است: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n

ظاهر: پودر دانه‌ای فیبری سفید یا زرد روشن.

حلالیت در آب: به راحتی در آب حل می‌شود و یک کلوئید چسبناک شفاف تشکیل می‌دهد و محلول خنثی یا کمی قلیایی است.

ویژگی‌ها: ترکیب مولکولی بالا از کلوئید فعال سطحی، بی‌بو، بی‌مزه و غیرسمی.

سلولز طبیعی به طور گسترده در طبیعت پراکنده است و فراوان‌ترین پلی‌ساکارید است. اما در تولید، سلولز معمولاً به شکل سدیم کربوکسی متیل سلولز وجود دارد، بنابراین نام کامل آن باید سدیم کربوکسی متیل سلولز یا CMC-Na باشد. به طور گسترده در صنعت، ساخت و ساز، پزشکی، غذا، نساجی، سرامیک و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود.

۲. فناوری کربوکسی متیل سلولز

فناوری اصلاح سلولز شامل: اتری شدن و استری شدن است.

تبدیل کربوکسی متیل سلولز: واکنش کربوکسی متیلاسیون در فناوری اتری شدن، سلولز کربوکسی متیله می‌شود تا کربوکسی متیل سلولز به دست آید که به آن CMC می‌گویند.

عملکردهای محلول آبی کربوکسی متیل سلولز: غلیظ کننده، تشکیل فیلم، پیوند دهنده، احتباس آب، محافظت کلوئیدی، امولسیون سازی و سوسپانسیون.

۳. واکنش شیمیایی کربوکسی متیل سلولز

واکنش قلیایی شدن سلولز:

[C6H7O2(OH) 3]n + nNaOH→[C6H7O2(OH) 2ONa]n + nH2O

واکنش اتری شدن مونوکلرواستیک اسید پس از سلولز قلیایی:

[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nClCH2COONa → [C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ]n + nNaC

بنابراین: فرمول شیمیایی برای تشکیل کربوکسی متیل سلولز عبارت است از: Cell-O-CH2-COONa NaCMC

سدیم کربوکسی متیل سلولز(NaCMC یا به اختصار CMC) یک اتر سلولزی محلول در آب است که می‌تواند ویسکوزیته اکثر فرمولاسیون‌های محلول‌های آبی رایج را از چند سانتی‌پواز تا چند هزار سانتی‌پواز تغییر دهد.

۴. ویژگی‌های محصول کربوکسی متیل سلولز

۱. نگهداری محلول آبی CMC: در دمای پایین یا نور خورشید پایدار است، اما اسیدیته و قلیاییت محلول به دلیل تغییرات دما تغییر می‌کند. تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش یا میکروارگانیسم‌ها، ویسکوزیته محلول کاهش می‌یابد یا حتی فاسد می‌شود. در صورت نیاز به نگهداری طولانی مدت، باید یک ماده نگهدارنده مناسب اضافه شود.

2. روش تهیه محلول آبی CMC: ابتدا ذرات را به طور یکنواخت مرطوب کنید، که می‌تواند سرعت انحلال را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

۳. سی ام سی جاذب رطوبت است و باید در طول نگهداری از رطوبت محافظت شود.

۴. نمک‌های فلزات سنگین مانند روی، مس، سرب، آلومینیوم، نقره، آهن، قلع و کروم می‌توانند باعث رسوب CMC شوند.

۵. در محلول آبی زیر PH2.5 رسوب رخ می‌دهد که پس از خنثی‌سازی با افزودن قلیا می‌توان آن را بازیابی کرد.

۶. اگرچه نمک‌هایی مانند کلسیم، منیزیم و نمک طعام اثر رسوب‌گذاری بر CMC ندارند، اما ویسکوزیته محلول را کاهش می‌دهند.

۷. سی ام سی با سایر چسب‌ها، نرم‌کننده‌ها و رزین‌های محلول در آب سازگار است.

۸. به دلیل پردازش‌های مختلف، ظاهر CMC می‌تواند پودر ریز، دانه درشت یا فیبری باشد که هیچ ارتباطی با خواص فیزیکی و شیمیایی ندارد.

۹. روش استفاده از پودر CMC ساده است. می‌توان آن را مستقیماً اضافه کرد و در آب سرد یا آب گرم با دمای ۴۰-۵۰ درجه سانتیگراد حل کرد.

۵. درجه جایگزینی و حلالیت کربوکسی متیل سلولز

درجه جایگزینی به میانگین تعداد گروه‌های کربوکسی متیل سدیم متصل به هر واحد سلولز اشاره دارد؛ حداکثر مقدار درجه جایگزینی ۳ است، اما مفیدترین نوع از نظر صنعتی NaCMC با درجه جایگزینی از ۰.۵ تا ۱.۲ است. خواص NaCMC با درجه جایگزینی ۰.۲-۰.۳ کاملاً متفاوت از NaCMC با درجه جایگزینی ۰.۷-۰.۸ است. اولی فقط تا حدی در آب با pH 7 حل می‌شود، اما دومی کاملاً حل می‌شود. در شرایط قلیایی عکس این قضیه صادق است.

۶. درجه پلیمریزاسیون و ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز

درجه پلیمریزاسیون: به طول زنجیره سلولز اشاره دارد که ویسکوزیته را تعیین می‌کند. هرچه زنجیره سلولز طولانی‌تر باشد، ویسکوزیته بیشتر است و محلول NaCMC نیز همینطور.

ویسکوزیته: محلول NaCMC یک مایع غیر نیوتنی است و ویسکوزیته ظاهری آن با افزایش نیروی برشی کاهش می‌یابد. پس از توقف هم زدن، ویسکوزیته به طور متناسب افزایش یافت تا زمانی که پایدار ماند. به عبارت دیگر، محلول تیکسوتروپیک است.

۷. محدوده کاربرد کربوکسی متیل سلولز

۱. صنعت ساختمان و سرامیک

(1) پوشش‌های معماری: پراکندگی خوب، توزیع یکنواخت پوشش؛ بدون لایه لایه شدن، پایداری خوب؛ اثر غلیظ کنندگی خوب، ویسکوزیته پوشش قابل تنظیم.

(2) صنعت سرامیک: به عنوان چسب خام برای بهبود خاصیت پلاستیسیته خاک سفالگری استفاده می‌شود؛ لعاب بادوام.

۲. صنایع شوینده، آرایشی، تنباکو، چاپ پارچه و رنگرزی

(1) شستشو: CMC به مواد شوینده اضافه می‌شود تا از رسوب مجدد کثیفی شسته شده روی پارچه جلوگیری شود.

(2) لوازم آرایشی: غلیظ‌کننده، پخش‌کننده، معلق‌کننده، تثبیت‌کننده و غیره. مفید است که به خواص مختلف لوازم آرایشی توجه کامل شود.

(3) تنباکو: CMC برای چسباندن ورق‌های تنباکو استفاده می‌شود که می‌تواند به طور مؤثر از تراشه‌ها استفاده کند و میزان برگ‌های خام تنباکو را کاهش دهد.

(4) نساجی: به عنوان یک عامل تکمیل کننده پارچه، CMC می‌تواند پرش نخ و پارگی انتهای نخ را در دستگاه‌های بافندگی پرسرعت کاهش دهد.

(5) چاپ و رنگرزی: در خمیر چاپ استفاده می‌شود که می‌تواند توانایی آبدوستی و نفوذ رنگ‌ها را افزایش دهد، رنگرزی را یکنواخت کند و اختلاف رنگ را کاهش دهد.

۳. صنعت سیم‌پیچ پشه و میله جوشکاری

(1) کویل‌های پشه: CMC در کویل‌های پشه برای افزایش استحکام کویل‌های پشه و کاهش احتمال شکستن و پاره شدن آنها استفاده می‌شود.

(2) الکترود: CMC به عنوان عامل لعاب برای ایجاد پیوند و شکل‌گیری بهتر پوشش سرامیکی، با عملکرد برس‌زنی بهتر و همچنین عملکرد فرسودگی در دماهای بالا استفاده می‌شود.

۴. صنعت خمیر دندان

(1) CMC سازگاری خوبی با مواد اولیه مختلف در خمیر دندان دارد.

(2) خمیر لطیف است، آب را جدا نمی‌کند، کنده نمی‌شود، غلیظ نمی‌شود و کف غلیظی دارد؛

(3) پایداری خوب و غلظت مناسب، که می‌تواند به خمیردندان شکل، ماندگاری و طعم دلپذیری بدهد؛

(4) مقاوم در برابر تغییرات دما، مرطوب کننده و تثبیت کننده عطر.

(5) برش کوچک و جمع آوری ضایعات در قوطی ها.

۵. صنایع غذایی

(1) نوشیدنی‌های اسیدی: به عنوان تثبیت‌کننده، به عنوان مثال، برای جلوگیری از رسوب و لایه لایه شدن پروتئین‌ها در ماست به دلیل تجمع؛ طعم بهتر پس از حل شدن در آب؛ یکنواختی خوب در جایگزینی.

(2) بستنی: آب، چربی، پروتئین و غیره را به صورت مخلوطی یکنواخت، پراکنده و پایدار درآورید تا از تشکیل کریستال‌های یخ جلوگیری شود.

(3) نان و شیرینی: CMC می‌تواند ویسکوزیته خمیر را کنترل کند، رطوبت و ماندگاری محصول را افزایش دهد.

(4) رشته فرنگی فوری: افزایش چقرمگی و مقاومت پخت رشته فرنگی؛ شکل پذیری خوبی در بیسکویت و پنکیک دارد و سطح کیک صاف و به راحتی شکسته نمی شود.

(5) خمیر فوری: به عنوان پایه آدامس.

(6) CMC از نظر فیزیولوژیکی بی‌اثر است و هیچ ارزش کالری‌زایی ندارد. بنابراین، می‌توان غذاهای کم‌کالری تولید کرد.

۶. صنعت کاغذ

سی ام سی برای آهاردهی کاغذ استفاده می‌شود که باعث می‌شود کاغذ چگالی بالا، مقاومت خوب در برابر نفوذ جوهر، جمع شدن موم بالا و نرمی داشته باشد. در فرآیند رنگ‌آمیزی کاغذ، به کنترل قابلیت رول شدن خمیر رنگ کمک می‌کند؛ می‌تواند حالت چسبندگی بین الیاف داخل کاغذ را بهبود بخشد و در نتیجه استحکام و مقاومت تا شدن کاغذ را بهبود بخشد.

۷. صنعت نفت

سی ام سی در حفاری نفت و گاز، حفر چاه و سایر پروژه‌ها استفاده می‌شود.

۸. دیگران

چسب برای کفش، کلاه، مداد و غیره، جلا دهنده و رنگ دهنده برای چرم، تثبیت کننده برای کپسول های آتش نشانی فوم و غیره.