کربوکسی متیل سلولز (CMC) چیست؟

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک پلیمر محلول در آب است که از سلولز به دست می آید که فراوان ترین پلیمر آلی روی زمین است. CMC با اصلاح شیمیایی سلولز، به طور معمول از خمیر چوب یا الیاف پنبه تولید می شود. این ماده به دلیل خواص منحصر به فردش، از جمله توانایی در تشکیل محلول ها و ژل های چسبناک، ظرفیت اتصال به آب و زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود.

ساختار و تولید شیمیایی
ساختار شیمیایی CMC شامل ستون فقرات سلولزی با گروه های کربوکسی متیل (-CH2-COOH) متصل به برخی از گروه های هیدروکسیل (-OH) روی مونومرهای گلوکز است. این فرآیند جایگزینی شامل پردازش سلولز با اسید کلرواستیک در یک محیط قلیایی است که منجر به تشکیل سدیم کربوکسی متیل سلولز می شود. درجه جانشینی (DS) به میانگین تعداد گروه های هیدروکسیل در واحد گلوکز اشاره دارد که با گروه های کربوکسی متیل جایگزین شده اند، با DS 0.4 تا 1.4 برای اکثر کاربردها رایج است.

فرآیند تولید CMC شامل چندین مرحله است:

قلیایی شدن: سلولز با یک پایه قوی، معمولاً هیدروکسید سدیم، برای تشکیل سلولز قلیایی درمان می شود.
اتریفیکاسیون: سلولز قلیایی سپس با اسید کلرواستیک واکنش داده و منجر به جایگزینی گروه های هیدروکسیل توسط گروه های کربوکسی متیل می شود.
خالص سازی: CMC خام شسته و خالص می شود تا محصولات جانبی و معرف های اضافی حذف شوند.
خشک کردن و آسیاب کردن: CMC خالص شده خشک و آسیاب می شود تا اندازه ذرات مورد نظر به دست آید.
خواص

CMC به دلیل خواص استثنایی خود شناخته شده است که آن را در صنایع مختلف مفید می کند:

حلالیت در آب: CMC به راحتی در آب حل می شود و محلول های شفاف و چسبناکی تشکیل می دهد.
مدولاسیون ویسکوزیته: ویسکوزیته محلول های CMC را می توان با تغییر غلظت و وزن مولکولی تنظیم کرد و آن را برای ضخیم شدن و تثبیت مفید می کند.
تشکیل فیلم: وقتی از محلول خشک می شود، می تواند لایه های قوی و انعطاف پذیری تشکیل دهد.
خواص چسب: CMC ویژگی های چسب خوبی را نشان می دهد که در کاربردهایی مانند چسب ها و پوشش ها مفید است.
زیست تخریب پذیری: CMC که از سلولز طبیعی مشتق شده است، زیست تخریب پذیر است و آن را دوستدار محیط زیست می کند.

صنایع غذایی
CMC به دلیل توانایی آن در اصلاح ویسکوزیته و تثبیت امولسیون ها در محصولات غذایی مختلف به طور گسترده به عنوان یک افزودنی غذایی (E466) استفاده می شود. این ماده به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده و امولسیفایر در محصولاتی مانند بستنی، محصولات لبنی، اقلام نانوایی و سس های سالاد عمل می کند. به عنوان مثال، در بستنی، CMC به جلوگیری از تشکیل کریستال‌های یخ کمک می‌کند و در نتیجه بافت نرم‌تری ایجاد می‌کند.

داروسازی و آرایشی و بهداشتی
در صنعت داروسازی از CMC به عنوان چسب در قرص ها، تجزیه کننده و افزایش دهنده ویسکوزیته در سوسپانسیون ها و امولسیون ها استفاده می شود. همچنین به عنوان تثبیت کننده در لوسیون ها، کرم ها و ژل ها در صنعت آرایشی و بهداشتی عمل می کند. ماهیت غیر سمی و غیر محرک آن، آن را برای استفاده در این محصولات مناسب می کند.

کاغذ و منسوجات
CMC در صنعت کاغذ به عنوان یک عامل اندازه گیری برای بهبود استحکام و قابلیت چاپ کاغذ استفاده می شود. در منسوجات به عنوان یک عامل غلیظ کننده در فرآیندهای رنگرزی و به عنوان یک جزء در خمیرهای چاپ پارچه استفاده می شود و یکنواختی و کیفیت چاپ را افزایش می دهد.

مواد شوینده و پاک کننده
در مواد شوینده، CMC به عنوان یک عامل معلق کننده خاک عمل می کند و از رسوب مجدد کثیفی روی پارچه ها در حین شستشو جلوگیری می کند. همچنین عملکرد مواد شوینده مایع را با افزایش ویسکوزیته و پایداری آنها بهبود می بخشد.

حفاری و معدن نفت
CMC در سیالات حفاری نفت برای کنترل ویسکوزیته و به عنوان یک اصلاح کننده رئولوژی برای حفظ پایداری گل حفاری، جلوگیری از فروریختن گمانه ها و تسهیل برداشتن قلمه ها استفاده می شود. در معدن از آن به عنوان عامل فلوتاسیون و لخته ساز استفاده می شود.

ساخت و ساز و سرامیک
در صنعت ساختمان، از CMC در فرمولاسیون سیمان و ملات برای بهبود حفظ آب و کارایی استفاده می شود. در سرامیک، به عنوان یک چسب و نرم کننده در خمیرهای سرامیکی عمل می کند و خواص قالب گیری و خشک کردن آنها را بهبود می بخشد.

ملاحظات زیست محیطی و ایمنی
CMC به طور کلی توسط مقامات نظارتی مانند FDA به عنوان ایمن (GRAS) در نظر گرفته می شود. این غیر سمی، غیر حساسیت زا و زیست تخریب پذیر است و آن را دوستدار محیط زیست می کند. با این حال، فرآیند تولید شامل مواد شیمیایی است که باید برای جلوگیری از آلودگی محیطی با دقت مورد استفاده قرار گیرند. دفع و درمان مناسب مواد زائد برای به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی ضروری است.

نوآوری ها و جهت گیری های آینده
پیشرفت های اخیر در زمینه CMC شامل توسعه CMC اصلاح شده با ویژگی های پیشرفته برای کاربردهای خاص است. برای مثال، CMC با وزن مولکولی مناسب و درجه جایگزینی می‌تواند عملکرد بهتری را در سیستم‌های دارورسانی یا به عنوان مواد بسته‌بندی مبتنی بر زیست ارائه دهد. علاوه بر این، تحقیقات در حال انجام در حال بررسی استفاده از CMC در زمینه‌های جدید مانند مهندسی بافت و چاپ زیستی است، جایی که زیست سازگاری و توانایی‌های ژل‌سازی آن می‌تواند بسیار سودمند باشد.

کربوکسی متیل سلولز یک ماده همه کاره و ارزشمند با طیف وسیعی از کاربردها در صنایع مختلف است. خواص منحصر به فرد آن، از جمله حلالیت در آب، مدولاسیون ویسکوزیته و زیست تخریب پذیری، آن را به یک عنصر ضروری در بسیاری از محصولات تبدیل کرده است. با پیشرفت های مستمر در تولید و اصلاح آن، CMC آماده است تا نقش مهمی را در هر دو زمینه سنتی و نوظهور ایفا کند و به پیشرفت فناوری و تلاش های پایداری کمک کند.