Carboxyméthylcellulose sodique (également connue sous le nom de : carboxyméthylcellulose sodique, carboxyméthylcellulose,CMCLa carboxyméthylcellulose sodique (sel de sodium de la carboxyméthylcellulose) est le type de cellulose le plus répandu et le plus utilisé au monde aujourd'hui.
La CMC-Na, ou CMC-Na, est un dérivé de cellulose dont le degré de polymérisation du glucose est de 100 à 2000 et la masse moléculaire relative de 242,16. Elle se présente sous forme de poudre blanche fibreuse ou granuleuse. Inodore, insipide, hygroscopique et insoluble dans les solvants organiques.
Propriétés de base
1. Structure moléculaire de la carboxyméthylcellulose sodique (CMC)
Produite pour la première fois en Allemagne en 1918, la carboxyméthylcellulose sodique fut brevetée en 1921 et commercialisée à l'échelle mondiale. Sa production commerciale a ensuite été mise en place en Europe. À l'époque, il s'agissait d'un produit brut, utilisé comme colloïde et liant. De 1936 à 1941, la recherche sur les applications industrielles de la carboxyméthylcellulose sodique fut très active et plusieurs brevets importants furent déposés. Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'Allemagne utilisa la carboxyméthylcellulose sodique dans la fabrication de détergents synthétiques. Hercules produisit la carboxyméthylcellulose sodique pour la première fois aux États-Unis en 1943 et en produisit une version raffinée en 1946, reconnue comme additif alimentaire sûr. Mon pays commença à l'adopter dans les années 1970 et son usage se généralisa dans les années 1990. C'est aujourd'hui la cellulose la plus utilisée au monde.
Formule développée : C6H7O2(OH)2OCH2COONa Formule moléculaire : C8H11O7Na
Ce produit est le sel de sodium de l'éther carboxyméthylique de cellulose, une fibre anionique
2. Aspect de la carboxyméthylcellulose sodique (CMC)
Ce produit est le sel de sodium de l'éther carboxyméthylique de cellulose, un éther de cellulose anionique, se présentant sous forme de poudre ou de granulés fibreux blancs ou blanc laiteux, de densité 0,5-0,7 g/cm³, pratiquement inodore, insipide et hygroscopique. Il se disperse facilement dans l'eau pour former une solution colloïdale transparente et est insoluble dans les solvants organiques tels que l'éthanol [1]. Le pH de la solution aqueuse à 1 % est compris entre 6,5 et 8,5. Lorsque le pH est supérieur à 10 ou inférieur à 5, la viscosité du mucilage diminue significativement, et ses performances sont optimales à pH 7. Stable à la chaleur, sa viscosité augmente rapidement en dessous de 20 °C et évolue lentement à 45 °C. Un chauffage prolongé au-dessus de 80 °C peut dénaturer le colloïde et réduire considérablement sa viscosité et ses performances. Il est facilement soluble dans l'eau, et la solution obtenue est transparente. Il est très stable en solution alcaline, mais il s'hydrolyse facilement au contact d'un acide, et il précipite lorsque le pH est compris entre 2 et 3 ; il réagit également avec les sels métalliques polyvalents.
L'objectif principal
Il est utilisé comme épaississant dans l'industrie alimentaire, comme excipient dans l'industrie pharmaceutique et comme liant et agent anti-redéposition dans l'industrie chimique. Dans l'industrie de l'imprimerie et de la teinture, il sert de colloïde protecteur pour les agents d'encollage et les pâtes d'impression. Dans l'industrie pétrochimique, il peut être utilisé comme composant des fluides de fracturation pour la récupération du pétrole. [2]
Incompatibilité
La carboxyméthylcellulose sodique est incompatible avec les solutions d'acides forts, les sels de fer solubles et certains autres métaux comme l'aluminium, le mercure et le zinc. À un pH inférieur à 2 et en présence d'éthanol à 95 %, une précipitation se produit.
La carboxyméthylcellulose sodique peut former des co-agglomérats avec la gélatine et la pectine, et peut également former des complexes avec le collagène, ce qui peut précipiter certaines protéines chargées positivement.
artisanat
La CMC est généralement un polymère anionique obtenu par réaction de la cellulose naturelle avec une base caustique et de l'acide monochloroacétique. Sa masse moléculaire est de 6 400 (± 1 000). Les principaux sous-produits sont le chlorure de sodium et le glycolate de sodium. La CMC appartient à la famille des dérivés de la cellulose naturelle. L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) et l'Organisation mondiale de la santé (OMS) la désignent officiellement comme « cellulose modifiée ».
Les principaux indicateurs de qualité de la CMC sont le degré de substitution (DS) et la pureté. En général, les propriétés de la CMC varient selon le DS : plus le degré de substitution est élevé, plus la solubilité est importante et meilleures sont la transparence et la stabilité de la solution. D'après les études, la transparence de la CMC est optimale pour un degré de substitution compris entre 0,7 et 1,2, et la viscosité de sa solution aqueuse est maximale pour un pH compris entre 6 et 9. Afin de garantir sa qualité, outre le choix de l'agent d'éthérification, il convient de prendre en compte certains facteurs influençant le degré de substitution et la pureté, tels que le rapport entre la quantité d'alcali et celle d'agent d'éthérification, la durée d'éthérification, la teneur en eau du système, la température, le pH, la concentration de la solution et la salinité.
statu quo
Afin de pallier la pénurie de matières premières (coton raffiné issu de linters de coton), plusieurs unités de recherche de mon pays ont collaboré ces dernières années avec des entreprises pour valoriser la paille de riz, le coton broyé (déchets de coton) et les résidus de tofu dans la production de CMC. Le coût de production est ainsi considérablement réduit, ouvrant la voie à une nouvelle source de matières premières pour la production industrielle de CMC et permettant une utilisation optimale des ressources. D'une part, le coût de production est réduit, et d'autre part, la CMC gagne en précision. La recherche et le développement de la CMC portent principalement sur la transformation des technologies de production existantes et l'innovation des procédés de fabrication, ainsi que sur la création de nouveaux produits CMC aux propriétés uniques, comme le procédé « en suspension dans un solvant » [3], développé avec succès à l'étranger et largement utilisé. Ce procédé permet de produire un nouveau type de CMC modifiée à haute stabilité. Grâce à un degré de substitution plus élevé et à une distribution plus uniforme des substituants, elle peut être utilisée dans un plus large éventail de secteurs industriels et dans des environnements d'utilisation complexes, répondant ainsi à des exigences de traitement plus élevées. À l’échelle internationale, ce nouveau type de CMC modifié est également appelé « cellulose polyanionique (PAC, cellulose polyanionique) ».
sécurité
Haute sécurité, ADI n’a pas besoin de réglementation et des normes nationales ont été formulées [4] .
application
Ce produit possède des fonctions de liaison, d'épaississement, de renforcement, d'émulsification, de rétention d'eau et de suspension.
Application de la CMC dans l'alimentation
La FAO et l'OMS ont approuvé l'utilisation de la CMC pure dans l'alimentation. Cette approbation fait suite à des recherches et des tests biologiques et toxicologiques très rigoureux. La dose journalière admissible (DJA) selon la norme internationale est de 25 mg/(kg·j), soit environ 1,5 g/j par personne. Il a été rapporté que certaines personnes n'ont présenté aucune réaction toxique même après avoir ingéré jusqu'à 10 kg de CMC. La CMC est non seulement un excellent émulsifiant, stabilisant et épaississant pour les applications alimentaires, mais elle présente également une excellente stabilité à la congélation et à la fusion. Elle peut améliorer la saveur des produits et prolonger leur durée de conservation. La quantité utilisée dans le lait de soja, les crèmes glacées, les gelées, les boissons et les conserves est d'environ 1 % à 1,5 %. La CMC peut également former une dispersion émulsionnée stable avec le vinaigre, la sauce soja, l'huile végétale, les jus de fruits, les sauces, les jus de légumes, etc., à un dosage de 0,2 % à 0,5 %. Elle possède notamment d'excellentes propriétés émulsifiantes pour les huiles animales et végétales, les protéines et les solutions aqueuses, permettant la formation d'émulsions homogènes et stables. Grâce à son innocuité et sa fiabilité, son dosage n'est pas limité par la DJA (dose journalière admissible) fixée par la norme nationale d'hygiène alimentaire. La CMC a fait l'objet de développements continus dans le domaine alimentaire, et des recherches ont également été menées sur l'application de la carboxyméthylcellulose sodique en vinification.
L'utilisation de la CMC en médecine
Dans l'industrie pharmaceutique, la CMC peut être utilisée comme stabilisateur d'émulsion pour les injections, comme liant et comme agent filmogène pour les comprimés. Des études fondamentales et animales ont démontré que la CMC est un vecteur sûr et fiable pour les médicaments anticancéreux. L'utilisation de la CMC comme matériau de membrane permet d'obtenir une forme galénique modifiée de la poudre de Yangyin Shengji (médecine traditionnelle chinoise), appelée membrane de Yangyin Shengji, pour le traitement des plaies post-dermabrasion et des plaies traumatiques. Des études sur modèles animaux ont montré que le film prévient l'infection des plaies et présente une efficacité comparable à celle des pansements de gaze. Ce film est nettement supérieur aux pansements de gaze pour contrôler l'exsudation et favoriser une cicatrisation rapide, tout en réduisant l'œdème postopératoire et l'irritation. La formulation optimale, composée d'alcool polyvinylique, de carboxyméthylcellulose sodique et de polycarboxyéthylène dans un rapport de 3:6:1, améliore l'adhérence et la vitesse de libération du principe actif. L'adhérence, le temps de séjour dans la cavité buccale et l'efficacité du médicament sont ainsi significativement améliorés. La bupivacaïne est un anesthésique local puissant, mais elle peut parfois provoquer des effets secondaires cardiovasculaires graves en cas d'intoxication. C'est pourquoi, malgré son utilisation clinique répandue, la prévention et le traitement de ses réactions toxiques font l'objet d'une attention particulière. Des études pharmacologiques ont montré que le CIVIC, une substance à libération prolongée formulée à base de solution de bupivacaïne, peut réduire significativement les effets secondaires du médicament. En chirurgie PRK, l'utilisation de tétracaïne à faible concentration et d'anti-inflammatoires non stéroïdiens, associée à la CMC, permet de soulager significativement la douleur postopératoire. La prévention des adhérences péritonéales postopératoires et la réduction des occlusions intestinales constituent des préoccupations majeures en chirurgie clinique. Des études ont montré que la CMC est significativement plus efficace que l'hyaluronate de sodium pour réduire le degré d'adhérences péritonéales postopératoires et peut être utilisée comme méthode efficace pour prévenir leur apparition. La CMC est utilisée en perfusion intra-artérielle hépatique par cathéter pour l'administration de médicaments anticancéreux dans le traitement du cancer du foie. Cette technique permet de prolonger significativement le temps de séjour des médicaments anticancéreux dans les tumeurs, d'en renforcer l'efficacité et d'améliorer le résultat thérapeutique. En médecine vétérinaire, la CMC possède également de nombreuses applications. Il a été rapporté [5] que l'instillation intrapéritonéale d'une solution de CMC à 1 % chez les brebis a un effet significatif sur la prévention des dystocies et des adhérences abdominales après une chirurgie de l'appareil reproducteur.
CMC dans d'autres applications industrielles
Dans les détergents, la CMC peut être utilisée comme agent anti-redéposition des salissures, notamment pour les tissus en fibres synthétiques hydrophobes, ce qui est nettement supérieur à la fibre carboxyméthylée.
Le CMC peut être utilisé pour protéger les puits de pétrole en tant que stabilisateur de boue et agent de rétention d'eau lors du forage pétrolier. Le dosage pour chaque puits de pétrole est de 2,3 t pour les puits peu profonds et de 5,6 t pour les puits profonds ;
Dans l'industrie textile, la carboxyméthylcellulose (CMC) est utilisée comme agent d'encollage, épaississant pour les pâtes d'impression et de teinture, et pour l'apprêtage textile. Utilisée comme agent d'encollage, elle améliore la solubilité et la viscosité, et facilite le désencollage. Comme agent d'apprêtage, son dosage dépasse 95 %. Elle améliore significativement la résistance et la flexibilité du film d'encollage. Associée à de la fibroïne de soie régénérée, une membrane composite de CMC sert de matrice pour l'immobilisation de la glucose oxydase. L'immobilisation conjointe de la glucose oxydase et du carboxylate de ferrocène confère au biocapteur de glucose une sensibilité et une stabilité accrues. Des études ont montré que la préparation d'un homogénat de gel de silice avec une solution de CMC à environ 1 % (m/v) permet d'obtenir les meilleures performances chromatographiques pour la couche mince. Cette couche mince, revêtue dans des conditions optimisées, présente une résistance appropriée, convient à diverses techniques d'échantillonnage et est facile à utiliser. La CMC adhère à la plupart des fibres et améliore leur liaison. La stabilité de sa viscosité garantit l'uniformité de l'encollage, optimisant ainsi le tissage. Elle peut également servir d'agent de finition pour les textiles, notamment pour un traitement infroissable permanent, conférant aux tissus des propriétés durables.
La CMC peut être utilisée comme agent anti-sédimentation, émulsifiant, dispersant, agent de nivellement et adhésif pour les revêtements. Elle permet une répartition homogène des matières solides du revêtement dans le solvant, évitant ainsi le décollement du revêtement sur le long terme. Elle est également largement utilisée dans les peintures.
Utilisée comme floculant, la CMC est plus efficace que le gluconate de sodium pour éliminer les ions calcium. Utilisée comme agent échangeur de cations, sa capacité d'échange peut atteindre 1,6 ml/g.
La CMC est utilisée comme agent d'encollage du papier dans l'industrie papetière, ce qui permet d'améliorer considérablement la résistance à sec et la résistance à l'humidité du papier, ainsi que sa résistance à l'huile, à l'absorption d'encre et à l'eau.
La CMC est utilisée comme hydrolat dans les cosmétiques et comme épaississant dans les dentifrices, à un dosage d'environ 5 %.
La CMC peut être utilisée comme floculant, agent chélateur, émulsifiant, épaississant, agent de rétention d'eau, agent d'encollage, matériau filmogène, etc., et est également largement utilisée dans l'électronique, les pesticides, le cuir, les plastiques, l'imprimerie, la céramique, le dentifrice, les produits chimiques d'usage courant et d'autres domaines. Grâce à ses excellentes performances et à son large éventail d'utilisations, elle ouvre constamment de nouveaux domaines d'application, et les perspectives du marché sont extrêmement vastes.
Précautions
(1) La compatibilité de ce produit avec les acides forts, les bases fortes et les ions de métaux lourds (tels que l'aluminium, le zinc, le mercure, l'argent, le fer, etc.) est contre-indiquée.
(2) La dose admissible de ce produit est de 0 à 25 mg/kg·j.
Instructions
Mélangez directement la CMC avec de l'eau pour obtenir une colle pâteuse. Pour préparer la colle à base de CMC, commencez par verser une certaine quantité d'eau propre dans la cuve de mélange équipée d'un agitateur. Une fois l'agitateur en marche, saupoudrez lentement et uniformément la CMC dans la cuve, en remuant continuellement, afin que la CMC se mélange complètement à l'eau et se dissolve entièrement. L'objectif de cette dissolution est d'éviter l'agglomération de la CMC et de réduire la quantité de CMC dissoute au contact de l'eau, tout en augmentant sa vitesse de dissolution. La durée d'agitation est différente de la durée de dissolution complète de la CMC. En général, la durée d'agitation est bien plus courte que la durée de dissolution. Cependant, la durée exacte peut varier selon les conditions spécifiques.
Le critère de détermination du temps d'agitation est le suivant : lorsque leCMCLa CMC étant uniformément dispersée dans l'eau et ne présentant pas de gros grumeaux visibles, l'agitation peut être arrêtée, permettant ainsi à la CMC et à l'eau de pénétrer et de fusionner l'une avec l'autre au repos.
Le calcul du temps nécessaire à la dissolution complète de la CMC repose sur les principes suivants :
(1) La CMC et l'eau sont complètement liées et il n'y a pas de séparation solide-liquide entre les deux ;
(2) La pâte mélangée est dans un état uniforme et la surface est plate et lisse ;
(3) La pâte obtenue est presque incolore et transparente, et ne contient aucun corps granuleux. Le temps nécessaire, depuis l'introduction de la CMC dans la cuve de dosage et son mélange avec l'eau jusqu'à sa dissolution complète, est de 10 à 20 heures.
Date de publication : 26 avril 2024