کربوکسی متیل سلولز چیست؟

کربوکسی متیل سلولز (CMC) پس از کربوکسی متیلاسیون سلولز به دست می‌آید. محلول آبی آن دارای عملکردهای غلیظ‌کنندگی، تشکیل فیلم، پیوند، حفظ آب، محافظت کلوئیدی، امولسیون‌سازی و سوسپانسیون است و به طور گسترده در صنایع نفت، غذا، دارو و غیره، نساجی و کاغذ استفاده می‌شود و یکی از مهمترین اترهای سلولزی است. سلولز طبیعی گسترده‌ترین و فراوان‌ترین پلی‌ساکارید در طبیعت است و منابع آن بسیار غنی هستند. فناوری اصلاح فعلی سلولز عمدتاً بر اتری‌سازی و استری‌سازی تمرکز دارد. کربوکسی متیلاسیون نوعی فناوری اتری‌سازی است.

خواص فیزیکی

کربوکسی متیل سلولز سدیم (CMC) یک اتر سلولزی آنیونی است که ظاهری پودری یا پودری سفید یا کمی زرد رنگ دارد، بی‌بو، بی‌مزه، غیرسمی است. به راحتی در آب سرد یا آب گرم حل می‌شود و محلولی شفاف با ویسکوزیته مشخص تشکیل می‌دهد. این محلول خنثی یا کمی قلیایی است، در اتانول، اتر، ایزوپروپانول، استون و سایر حلال‌های آلی نامحلول است و در محلول اتانول یا استون حاوی 60٪ آب محلول است. جاذب رطوبت است، در برابر نور و گرما پایدار است، ویسکوزیته با افزایش دما کاهش می‌یابد، محلول در pH 2-10 پایدار است، pH کمتر از 2 است، رسوب جامد وجود دارد و وقتی pH بالاتر از 10 باشد ویسکوزیته کاهش می‌یابد. دمای تغییر رنگ 227 درجه سانتیگراد، دمای کربنیزاسیون 252 درجه سانتیگراد و کشش سطحی محلول آبی 2٪ 71 میلی‌نی بر نانومولار است.

خواص شیمیایی

این ماده از مشتقات سلولزی جایگزین‌های کربوکسی متیل تهیه می‌شود، سلولز با هیدروکسید سدیم واکنش داده می‌شود تا سلولز قلیایی تشکیل شود و سپس با مونوکلرواستیک اسید واکنش داده می‌شود. واحد گلوکز که سلولز را تشکیل می‌دهد، دارای 3 گروه هیدروکسیل است که می‌توانند جایگزین شوند، بنابراین محصولاتی با درجات مختلف جایگزینی می‌توانند به دست آیند. به طور متوسط، 1 میلی‌مول کربوکسی متیل به ازای هر 1 گرم وزن خشک وارد می‌شود که در آب و اسید رقیق نامحلول است، اما می‌توان آن را متورم کرد و برای کروماتوگرافی تبادل یونی استفاده کرد. pKa کربوکسی متیل در آب خالص حدود 4 و در 0.5 مول در لیتر NaCl حدود 3.5 است. این یک تبادل کننده کاتیونی اسیدی ضعیف است و معمولاً برای جداسازی پروتئین‌های خنثی و بازی در pH>4 استفاده می‌شود. بیش از 40٪ از گروه‌های هیدروکسیل توسط گروه‌های کربوکسی متیل جایگزین می‌شوند که می‌توانند در آب حل شوند و یک محلول کلوئیدی پایدار با ویسکوزیته بالا تشکیل دهند.

هدف اصلی

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک پودر لخته‌ای سفید غیرسمی و بی‌بو با عملکرد پایدار است و به راحتی در آب حل می‌شود. محلول آبی آن یک مایع ویسکوز شفاف خنثی یا قلیایی است که در سایر چسب‌ها و رزین‌های محلول در آب محلول و در حلال‌های آلی مانند اتانول نامحلول است. CMC می‌تواند به عنوان چسب، غلیظ‌کننده، عامل تعلیق، امولسیفایر، پراکنده‌کننده، تثبیت‌کننده، عامل آهاردهنده و غیره استفاده شود.

کربوکسی متیل سلولز سدیم (CMC) محصولی با بیشترین میزان تولید، پرکاربردترین و راحت‌ترین کاربرد در بین اترهای سلولز است که معمولاً با نام «مونو سدیم گلوتامات صنعتی» شناخته می‌شود.

1. برای حفاری نفت و گاز طبیعی، حفر چاه و سایر پروژه ها استفاده می شود

① گل حاوی CMC می‌تواند دیواره چاه را به شکل یک کیک فیلتر نازک و سفت با نفوذپذیری کم در آورد که باعث کاهش اتلاف آب می‌شود.

② پس از افزودن CMC به گل، دکل حفاری می‌تواند نیروی برشی اولیه کمی را به دست آورد، به طوری که گل می‌تواند به راحتی گاز پیچیده شده در آن را آزاد کند و در عین حال، آوار به سرعت در گودال گل ریخته می‌شود.

③ گل حفاری، مانند سایر مواد معلق، دوره ماندگاری مشخصی دارد و افزودن CMC می‌تواند آن را پایدار کرده و دوره ماندگاری را طولانی‌تر کند.

④ گل حاوی CMC به ندرت تحت تأثیر کپک قرار می‌گیرد، بنابراین نیازی به حفظ pH بالا و استفاده از مواد نگهدارنده نیست.

⑤ حاوی CMC به عنوان عامل تصفیه سیال شستشوی گل حفاری، که می‌تواند در برابر آلودگی نمک‌های محلول مختلف مقاومت کند.

⑥ گل حاوی CMC پایداری خوبی دارد و می‌تواند حتی اگر دمای آن بالای 150 درجه سانتیگراد باشد، از دست دادن آب را کاهش دهد.

سی ام سی با ویسکوزیته بالا و درجه جانشینی بالا برای گل با چگالی کم و سی ام سی با ویسکوزیته پایین و درجه جانشینی بالا برای گل با چگالی بالا مناسب است. انتخاب سی ام سی باید با توجه به شرایط مختلف مانند نوع گل، منطقه و عمق چاه تعیین شود.

۲. مورد استفاده در صنعت نساجی، چاپ و رنگرزی. صنعت نساجی از CMC به عنوان عامل آهاردهی برای آهاردهی نخ‌های سبک پنبه، پشم ابریشم، الیاف شیمیایی، مواد ترکیبی و سایر مواد محکم استفاده می‌کند.

۳. کاربرد در صنعت کاغذ CMC می‌تواند به عنوان عامل صاف‌کننده سطح کاغذ و عامل آهاردهی در صنعت کاغذ مورد استفاده قرار گیرد. افزودن ۰.۱٪ تا ۰.۳٪ CMC به خمیر کاغذ می‌تواند استحکام کششی کاغذ را ۴۰٪ تا ۵۰٪ افزایش دهد، مقاومت فشاری را ۵۰٪ و قابلیت خمیر شدن را ۴ تا ۵ برابر افزایش دهد.

۴. سی‌ام‌سی می‌تواند به عنوان جاذب آلودگی هنگام افزودن به شوینده‌های مصنوعی استفاده شود؛ محلول آبی گلیسیرین سی‌ام‌سی در مواد شیمیایی روزمره مانند صنعت خمیردندان به عنوان پایه آدامس برای خمیردندان استفاده می‌شود؛ در صنعت داروسازی به عنوان غلیظ‌کننده و امولسیفایر استفاده می‌شود؛ محلول آبی سی‌ام‌سی غلیظ شده و برای فرآوری مواد معدنی شناور و غیره استفاده می‌شود.

۵. در صنعت سرامیک، می‌توان از آن به عنوان چسب، نرم‌کننده، عامل تعلیق‌ساز برای لعاب، عامل تثبیت‌کننده رنگ و غیره استفاده کرد.

۶. در ساخت و ساز برای بهبود احتباس آب و استحکام استفاده می‌شود

۷. در صنایع غذایی استفاده می‌شود. صنایع غذایی از CMC با درجه جایگزینی بالا به عنوان غلیظ‌کننده برای بستنی، غذاهای کنسروی، نودل‌های زودپز و تثبیت‌کننده کف برای آبجو و غیره استفاده می‌کنند. برای غلیظ‌کننده‌ها، چسباننده‌ها یا مواد جانبی.

۸. صنعت داروسازی، CMC با ویسکوزیته مناسب را به عنوان عامل اتصال‌دهنده قرص، تجزیه‌کننده و عامل تعلیق برای سوسپانسیون‌ها انتخاب می‌کند.