Karboksimetil celuloza (CMC) je polimer topiv u vodi dobiven iz celuloze, koja je najzastupljeniji organski polimer na Zemlji. CMC se proizvodi kemijskom modifikacijom celuloze, obično iz drvene pulpe ili pamučnog lana. Opsežno se koristi u širokom rasponu primjena zbog svojih jedinstvenih svojstava, uključujući sposobnost stvaranja viskoznih otopina i gelova, sposobnost vezanja vode i biorazgradivost.
Kemijska struktura i proizvodnja
Kemijska struktura CMC sastoji se od celuloznih okosnica s karboksimetilnim skupinama (-CH2-COOH) vezanim za neke od hidroksilnih skupina (-OH) na monomerima glukoze. Ovaj supstitucijski proces uključuje tretiranje celuloze klorooctenom kiselinom u alkalnom mediju, što dovodi do stvaranja natrijeve karboksimetil celuloze. Stupanj supstitucije (DS) odnosi se na prosječan broj hidroksilnih skupina po jedinici glukoze koje su zamijenjene karboksimetilnim skupinama, pri čemu je DS od 0,4 do 1,4 uobičajen za većinu primjena.
Proces proizvodnje CMC-a uključuje nekoliko koraka:
Alkalizacija: Celuloza se tretira s jakom bazom, obično natrijevim hidroksidom, kako bi se dobila alkalna celuloza.
Eterifikacija: alkalna celuloza tada reagira s klorooctenom kiselinom, što rezultira supstitucijom hidroksilnih skupina karboksimetilnim skupinama.
Pročišćavanje: Sirovi CMC se ispere i pročisti kako bi se uklonili nusprodukti i višak reagensa.
Sušenje i mljevenje: Pročišćeni CMC se suši i melje kako bi se dobila željena veličina čestica.
Svojstva
CMC je poznat po svojim iznimnim svojstvima, što ga čini korisnim u raznim industrijama:
Topivost u vodi: CMC se lako otapa u vodi, stvarajući bistre, viskozne otopine.
Modulacija viskoznosti: Viskoznost CMC otopina može se prilagoditi promjenom koncentracije i molekularne težine, što je čini korisnom za zgušnjavanje i stabilizaciju.
Formiranje filma: Može stvoriti jake, fleksibilne filmove kada se osuši iz otopine.
Svojstva ljepila: CMC pokazuje dobre karakteristike ljepila, koje su korisne u primjenama kao što su ljepila i premazi.
Biorazgradivost: Budući da se dobiva iz prirodne celuloze, CMC je biorazgradiv, što ga čini ekološki prihvatljivim.
Prehrambena industrija
CMC se široko koristi kao dodatak hrani (E466) zbog svoje sposobnosti modificiranja viskoznosti i stabilizacije emulzija u raznim prehrambenim proizvodima. Djeluje kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator u proizvodima kao što su sladoled, mliječni proizvodi, pekarski proizvodi i preljevi za salate. Na primjer, u sladoledu CMC pomaže spriječiti stvaranje kristala leda, što rezultira glatkom teksturom.
Farmaceutika i kozmetika
U farmaceutskoj industriji CMC se koristi kao vezivo u tabletama, sredstvo za raspadanje i pojačivač viskoznosti u suspenzijama i emulzijama. Također djeluje kao stabilizator u losionima, kremama i gelovima u kozmetičkoj industriji. Njegova netoksična i neiritirajuća priroda čini ga prikladnim za upotrebu u ovim proizvodima.
Papir i tekstil
CMC se koristi u papirnoj industriji kao sredstvo za ljepljenje za poboljšanje čvrstoće i mogućnosti tiskanja papira. U tekstilu se koristi kao zgušnjivač u procesima bojanja i kao komponenta u pastama za tiskanje tekstila, čime se poboljšava ujednačenost i kvaliteta otisaka.
Deterdženti i sredstva za čišćenje
U deterdžentima CMC služi kao sredstvo za zadržavanje prljavštine, sprječavajući ponovno taloženje prljavštine na tkaninama tijekom pranja. Također poboljšava učinkovitost tekućih deterdženata povećavajući njihovu viskoznost i stabilnost.
Bušenje nafte i rudarstvo
CMC se koristi u tekućinama za naftno bušenje za kontrolu viskoznosti i kao modifikator reologije za održavanje stabilnosti isplake za bušenje, sprječavanje kolapsa bušotina i olakšavanje uklanjanja krhotina. U rudarstvu se koristi kao sredstvo za flotaciju i flokulant.
Građevinarstvo i keramika
U građevinskoj industriji CMC se koristi u formulacijama cementa i žbuke za poboljšanje zadržavanja vode i obradivosti. U keramici djeluje kao vezivo i plastifikator u keramičkim pastama, poboljšavajući njihova svojstva oblikovanja i sušenja.
Razmatranja zaštite okoliša i sigurnosti
CMC se općenito smatra sigurnim (GRAS) od strane regulatornih tijela kao što je FDA. Nije toksičan, nije alergen i biorazgradiv, što ga čini ekološki prihvatljivim. Međutim, proizvodni proces uključuje kemikalije s kojima se mora pažljivo rukovati kako bi se spriječilo onečišćenje okoliša. Ispravno odlaganje i obrada otpadnih proizvoda ključni su za smanjenje utjecaja na okoliš.
Inovacije i smjernice budućnosti
Najnoviji napredak u području CMC-a uključuje razvoj modificiranog CMC-a s poboljšanim svojstvima za specifične primjene. Na primjer, CMC s prilagođenom molekularnom težinom i stupnjem supstitucije može ponuditi poboljšane performanse u sustavima za isporuku lijekova ili kao materijali za pakiranje na biološkoj osnovi. Osim toga, istraživanje koje je u tijeku istražuje upotrebu CMC-a u novim područjima kao što su tkivni inženjering i biotisak, gdje bi njegova biokompatibilnost i sposobnost stvaranja gela mogle biti vrlo korisne.
Karboksimetil celuloza je svestran i vrijedan materijal sa širokim rasponom primjene u raznim industrijama. Njegova jedinstvena svojstva, uključujući topljivost u vodi, modulaciju viskoznosti i biorazgradivost, čine ga bitnim sastojkom mnogih proizvoda. Sa stalnim napretkom u proizvodnji i modificiranju, CMC je spreman igrati sve važniju ulogu u tradicionalnim i novim poljima, pridonoseći tehnološkom napretku i naporima za održivost.
Vrijeme objave: 6. lipnja 2024