Natrium karboksimetil selulosa (juga dikenal sebagai: natrium karboksimetil selulosa, karboksimetil selulosa,CMC(Karboksimetil, Selulosa Natrium, Garam Natrium dari Karboksimetil Selulosa) adalah jenis selulosa yang paling banyak digunakan dan paling banyak dikonsumsi di dunia saat ini.
CMC-Na, atau disingkat demikian, adalah turunan selulosa dengan derajat polimerisasi glukosa 100-2000, dan massa molekul relatif 242,16. Berbentuk bubuk berserat atau granular berwarna putih. Tidak berbau, tidak berasa, higroskopis, dan tidak larut dalam pelarut organik.
Properti dasar
1. Struktur molekuler natrium karboksimetilselulosa (CMC)
Natrium karboksimetil selulosa pertama kali diproduksi oleh Jerman pada tahun 1918, dan dipatenkan pada tahun 1921 serta muncul di dunia. Produksi komersial sejak saat itu telah dicapai di Eropa. Pada saat itu, produk ini masih berupa bahan mentah, digunakan sebagai koloid dan pengikat. Dari tahun 1936 hingga 1941, penelitian aplikasi industri natrium karboksimetil selulosa cukup aktif, dan beberapa paten yang menginspirasi telah ditemukan. Selama Perang Dunia II, Jerman menggunakan natrium karboksimetil selulosa dalam deterjen sintetis. Hercules membuat natrium karboksimetil selulosa untuk pertama kalinya di Amerika Serikat pada tahun 1943, dan memproduksi natrium karboksimetil selulosa olahan pada tahun 1946, yang diakui sebagai aditif makanan yang aman. Negara kita mulai mengadopsinya pada tahun 1970-an, dan digunakan secara luas pada tahun 1990-an. Saat ini, natrium karboksimetil selulosa merupakan selulosa yang paling banyak digunakan dan dalam jumlah terbesar di dunia.
Rumus struktur: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Rumus molekul: C8H11O7Na
Produk ini adalah garam natrium dari selulosa karboksimetil eter, yaitu serat anionik.
2. Penampilan natrium karboksimetil selulosa (CMC)
Produk ini adalah garam natrium dari selulosa karboksimetil eter, eter selulosa anionik, bubuk atau butiran berserat putih atau putih susu, densitas 0,5-0,7 g/cm3, hampir tidak berbau, tidak berasa, higroskopis. Mudah terdispersi dalam air membentuk larutan koloid transparan, dan tidak larut dalam pelarut organik seperti etanol [1]. pH larutan air 1% adalah 6,5-8,5, ketika pH>10 atau <5, viskositas lendir menurun secara signifikan, dan kinerja terbaik terjadi ketika pH=7. Stabil terhadap panas, viskositas meningkat cepat di bawah 20°C, dan berubah lambat pada 45°C. Pemanasan jangka panjang di atas 80°C dapat mendenaturasi koloid dan secara signifikan mengurangi viskositas dan kinerja. Mudah larut dalam air, dan larutannya transparan; Senyawa ini sangat stabil dalam larutan basa, tetapi mudah terhidrolisis ketika bertemu dengan asam, dan akan mengendap ketika nilai pH 2-3, serta akan bereaksi dengan garam logam polivalen.
tujuan utama
Dalam industri makanan, ia digunakan sebagai pengental, dalam industri farmasi sebagai pembawa obat, dan dalam industri kimia sehari-hari sebagai pengikat dan agen anti-pengendapan. Dalam industri percetakan dan pewarnaan, ia digunakan sebagai koloid pelindung untuk agen pengukur dan pasta cetak. Dalam industri petrokimia, ia dapat digunakan sebagai komponen cairan peretakan pemulihan minyak. [2]
Ketidakcocokan
Natrium karboksimetilselulosa tidak kompatibel dengan larutan asam kuat, garam besi yang larut, dan beberapa logam lain seperti aluminium, merkuri, dan seng. Pada pH kurang dari 2, dan ketika dicampur dengan etanol 95%, akan terjadi pengendapan.
Natrium karboksimetil selulosa dapat membentuk ko-agglomerat dengan gelatin dan pektin, dan juga dapat membentuk kompleks dengan kolagen, yang dapat mengendapkan protein bermuatan positif tertentu.
keahlian
CMC biasanya merupakan senyawa polimer anionik yang dibuat dengan mereaksikan selulosa alami dengan alkali kaustik dan asam monokloroasetat, dengan berat molekul 6400 (±1 000). Produk sampingan utamanya adalah natrium klorida dan natrium glikolat. CMC termasuk dalam modifikasi selulosa alami. Organisasi Pangan dan Pertanian Perserikatan Bangsa-Bangsa (FAO) dan Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) secara resmi menyebutnya sebagai "selulosa termodifikasi".
Indikator utama untuk mengukur kualitas CMC adalah derajat substitusi (DS) dan kemurnian. Secara umum, sifat CMC berbeda jika DS berbeda; semakin tinggi derajat substitusi, semakin kuat kelarutannya, dan semakin baik transparansi dan stabilitas larutannya. Menurut laporan, transparansi CMC lebih baik ketika derajat substitusinya 0,7-1,2, dan viskositas larutan airnya paling besar ketika nilai pH 6-9. Untuk memastikan kualitasnya, selain pemilihan agen eterifikasi, beberapa faktor yang memengaruhi derajat substitusi dan kemurnian juga harus dipertimbangkan, seperti hubungan antara jumlah alkali dan agen eterifikasi, waktu eterifikasi, kadar air dalam sistem, suhu, nilai pH, konsentrasi larutan, dan garam, dll.
status quo
Untuk mengatasi kekurangan bahan baku (kapas olahan yang terbuat dari serat kapas), dalam beberapa tahun terakhir, beberapa unit penelitian ilmiah di negara saya telah bekerja sama dengan perusahaan untuk memanfaatkan jerami padi, kapas giling (kapas limbah), dan ampas tahu secara komprehensif untuk menghasilkan CMC dengan sukses. Biaya produksi sangat berkurang, yang membuka sumber bahan baku baru untuk produksi industri CMC dan mewujudkan pemanfaatan sumber daya secara komprehensif. Di satu sisi, biaya produksi berkurang, dan di sisi lain, CMC berkembang menuju presisi yang lebih tinggi. Penelitian dan pengembangan CMC terutama berfokus pada transformasi teknologi produksi yang ada dan inovasi proses manufaktur, serta produk CMC baru dengan sifat unik, seperti proses “metode pelarut-bubur” [3] yang telah berhasil dikembangkan di luar negeri dan telah banyak digunakan. Jenis CMC modifikasi baru dengan stabilitas tinggi diproduksi. Karena tingkat substitusi yang lebih tinggi dan distribusi substituen yang lebih seragam, ia dapat digunakan dalam berbagai bidang produksi industri dan lingkungan penggunaan yang kompleks untuk memenuhi persyaratan proses yang lebih tinggi. Secara internasional, jenis CMC termodifikasi baru ini juga disebut “selulosa polianionik (PAC, Poly anionic cellulose)”.
keamanan
Keamanan tinggi, ADI tidak memerlukan regulasi, dan standar nasional telah dirumuskan [4] .
aplikasi
Produk ini memiliki fungsi pengikat, pengental, penguat, pengemulsi, penahan air, dan suspensi.
Penerapan CMC dalam makanan
FAO dan WHO telah menyetujui penggunaan CMC murni dalam makanan. Persetujuan ini diberikan setelah penelitian dan pengujian biologis dan toksikologis yang sangat ketat. Asupan aman (ADI) menurut standar internasional adalah 25 mg/(kg·d), yaitu sekitar 1,5 g/hari per orang. Telah dilaporkan bahwa beberapa orang tidak mengalami reaksi toksik apa pun ketika asupan mencapai 10 kg. CMC tidak hanya merupakan penstabil emulsifikasi dan pengental yang baik dalam aplikasi makanan, tetapi juga memiliki stabilitas pembekuan dan pencairan yang sangat baik, dan dapat meningkatkan rasa produk serta memperpanjang waktu penyimpanan. Jumlah yang digunakan dalam susu kedelai, es krim, jeli, minuman, dan makanan kaleng sekitar 1% hingga 1,5%. CMC juga dapat membentuk dispersi emulsi yang stabil dengan cuka, kecap, minyak sayur, jus buah, saus, jus sayuran, dll., dan dosisnya adalah 0,2% hingga 0,5%. Secara khusus, ia memiliki kinerja pengemulsi yang sangat baik untuk minyak hewani dan nabati, protein, dan larutan berair, sehingga mampu membentuk emulsi homogen dengan kinerja yang stabil. Karena keamanan dan keandalannya, dosisnya tidak dibatasi oleh standar kebersihan makanan nasional ADI. CMC terus dikembangkan di bidang pangan, dan penelitian tentang penerapan natrium karboksimetilselulosa dalam produksi anggur juga telah dilakukan.
Penggunaan CMC dalam bidang kedokteran
Dalam industri farmasi, CMC dapat digunakan sebagai penstabil emulsi untuk injeksi, pengikat, dan agen pembentuk film untuk tablet. Beberapa orang telah membuktikan bahwa CMC merupakan pembawa obat antikanker yang aman dan andal melalui percobaan dasar dan hewan. Dengan menggunakan CMC sebagai bahan membran, bentuk sediaan modifikasi dari obat tradisional Tiongkok Yangyin Shengji Powder, yaitu Yangyin Shengji Membrane, dapat digunakan untuk luka operasi dermabrasi dan luka traumatis. Studi model hewan menunjukkan bahwa film tersebut mencegah infeksi luka dan tidak menunjukkan perbedaan signifikan dibandingkan dengan perban kasa. Dalam hal mengendalikan eksudasi cairan jaringan luka dan mempercepat penyembuhan luka, film ini secara signifikan lebih baik daripada perban kasa, dan memiliki efek mengurangi edema pasca operasi dan iritasi luka. Sediaan film yang terbuat dari polivinil alkohol: natrium karboksimetil selulosa: polikarboksietilen dengan rasio 3:6:1 adalah resep terbaik, dan daya rekat serta laju pelepasannya meningkat. Daya rekat sediaan, waktu tinggal sediaan di rongga mulut, dan khasiat obat dalam sediaan semuanya meningkat secara signifikan. Bupivakain adalah anestesi lokal yang kuat, tetapi terkadang dapat menimbulkan efek samping kardiovaskular yang serius jika terjadi keracunan. Oleh karena itu, meskipun bupivakain banyak digunakan secara klinis, penelitian tentang pencegahan dan pengobatan reaksi toksiknya selalu mendapat perhatian lebih. Studi farmakologis telah menunjukkan bahwa CIVIC sebagai zat lepas lambat yang diformulasikan dengan larutan bupivakain dapat secara signifikan mengurangi efek samping obat tersebut. Dalam operasi PRK, penggunaan tetrakain konsentrasi rendah dan obat antiinflamasi nonsteroid yang dikombinasikan dengan CMC dapat secara signifikan mengurangi nyeri pascaoperasi. Pencegahan adhesi peritoneum pascaoperasi dan pengurangan obstruksi usus merupakan salah satu masalah yang paling diperhatikan dalam bedah klinis. Studi telah menunjukkan bahwa CMC secara signifikan lebih baik daripada natrium hialuronat dalam mengurangi tingkat adhesi peritoneum pascaoperasi, dan dapat digunakan sebagai metode efektif untuk mencegah terjadinya adhesi peritoneum. CMC digunakan dalam infus arteri hepatik kateter obat antikanker untuk pengobatan kanker hati, yang dapat secara signifikan memperpanjang waktu tinggal obat antikanker dalam tumor, meningkatkan kekuatan antitumor, dan meningkatkan efek terapeutik. Dalam kedokteran hewan, CMC juga memiliki berbagai macam kegunaan. Telah dilaporkan [5] bahwa instilasi intraperitoneal larutan CMC 1% pada domba betina memiliki efek signifikan dalam mencegah distosia dan adhesi abdominal setelah operasi saluran reproduksi pada ternak.
CMC dalam aplikasi industri lainnya
Dalam deterjen, CMC dapat digunakan sebagai agen anti-pengendapan kembali kotoran, terutama untuk kain serat sintetis hidrofobik, yang secara signifikan lebih baik daripada serat karboksimetil.
CMC dapat digunakan untuk melindungi sumur minyak sebagai penstabil lumpur dan agen penahan air dalam pengeboran minyak. Dosis untuk setiap sumur minyak adalah 2,3 ton untuk sumur dangkal dan 5,6 ton untuk sumur dalam;
Dalam industri tekstil, ia digunakan sebagai bahan penguat (sizing agent), pengental untuk pasta cetak dan pewarnaan, pencetakan tekstil, dan penyelesaian pengerasan. Ketika digunakan sebagai bahan penguat, ia dapat meningkatkan kelarutan dan viskositas, serta mudah dihilangkan penguatnya (desizing); sebagai bahan pengeras, dosisnya di atas 95%; ketika digunakan sebagai bahan penguat, kekuatan dan fleksibilitas lapisan penguat meningkat secara signifikan; dengan fibroin sutra regenerasi, membran komposit yang terdiri dari karboksimetil selulosa digunakan sebagai matriks untuk mengimobilisasi glukosa oksidase, dan glukosa oksidase serta ferosen karboksilat diimobilisasi, sehingga biosensor glukosa yang dibuat memiliki sensitivitas dan stabilitas yang lebih tinggi. Studi menunjukkan bahwa ketika homogenat gel silika disiapkan dengan larutan CMC dengan konsentrasi sekitar 1% (w/v), kinerja kromatografi pelat lapisan tipis yang disiapkan adalah yang terbaik. Pada saat yang sama, pelat lapisan tipis yang dilapisi dalam kondisi optimal memiliki kekuatan lapisan yang sesuai, cocok untuk berbagai teknik pengambilan sampel, dan mudah dioperasikan. CMC memiliki daya rekat pada sebagian besar serat dan dapat meningkatkan ikatan antar serat. Stabilitas viskositasnya dapat memastikan keseragaman ukuran serat, sehingga meningkatkan efisiensi tenun. CMC juga dapat digunakan sebagai bahan finishing untuk tekstil, terutama untuk finishing anti-kerut permanen, yang memberikan perubahan tahan lama pada kain.
CMC dapat digunakan sebagai zat anti-sedimentasi, pengemulsi, pendispersi, perata, dan perekat untuk pelapis. CMC dapat membuat kandungan padat pelapis terdistribusi secara merata dalam pelarut, sehingga pelapis tidak terkelupas dalam waktu lama. CMC juga banyak digunakan dalam cat.
Ketika CMC digunakan sebagai flokulan, ia lebih efektif daripada natrium glukonat dalam menghilangkan ion kalsium. Ketika digunakan sebagai penukar kation, kapasitas pertukaran kationnya dapat mencapai 1,6 ml/g.
CMC digunakan sebagai bahan perekat kertas dalam industri kertas, yang dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan kering dan kekuatan basah kertas, serta ketahanan terhadap minyak, penyerapan tinta, dan ketahanan terhadap air.
CMC digunakan sebagai hidrosol dalam kosmetik dan sebagai pengental dalam pasta gigi, dan dosisnya sekitar 5%.
CMC dapat digunakan sebagai flokulan, agen pengkelat, pengemulsi, pengental, agen penahan air, agen pengukur ukuran, bahan pembentuk film, dll., dan juga banyak digunakan dalam bidang elektronik, pestisida, kulit, plastik, percetakan, keramik, pasta gigi, bahan kimia sehari-hari, dan bidang lainnya. Karena kinerja yang sangat baik dan berbagai kegunaannya, CMC terus membuka bidang aplikasi baru, dan prospek pasarnya sangat luas.
Tindakan pencegahan
(1) Kompatibilitas produk ini dengan asam kuat, basa kuat, dan ion logam berat (seperti aluminium, seng, merkuri, perak, besi, dll.) adalah kontraindikasi.
(2) Asupan yang diperbolehkan untuk produk ini adalah 0-25 mg/kg·hari.
Instruksi
Campurkan CMC langsung dengan air untuk membuat lem kental yang siap digunakan nanti. Saat membuat lem CMC, pertama-tama tambahkan sejumlah air bersih ke dalam tangki pencampuran dengan alat pengaduk, dan ketika alat pengaduk dinyalakan, taburkan CMC secara perlahan dan merata ke dalam tangki pencampuran, aduk terus menerus, sehingga CMC tercampur sempurna dengan air dan dapat larut sepenuhnya. Alasan mengapa CMC harus ditaburkan secara merata dan diaduk terus menerus saat melarutkan CMC adalah untuk "mencegah masalah penggumpalan, dan mengurangi jumlah CMC yang larut ketika CMC bertemu dengan air", serta untuk meningkatkan laju pelarutan CMC. Waktu pengadukan tidak sama dengan waktu yang dibutuhkan CMC untuk larut sepenuhnya. Keduanya adalah dua konsep yang berbeda. Secara umum, waktu pengadukan jauh lebih singkat daripada waktu yang dibutuhkan CMC untuk larut sepenuhnya. Waktu yang dibutuhkan untuk keduanya bergantung pada situasi spesifik.
Dasar penentuan waktu pengadukan adalah: ketikaCMCJika tersebar merata dalam air dan tidak ada gumpalan besar yang terlihat, pengadukan dapat dihentikan, sehingga CMC dan air dapat meresap dan menyatu satu sama lain dalam keadaan diam.
Dasar penentuan waktu yang dibutuhkan agar CMC larut sepenuhnya adalah sebagai berikut:
(1) CMC dan air terikat sepenuhnya, dan tidak ada pemisahan padat-cair antara keduanya;
(2) Adonan yang telah dicampur berada dalam keadaan seragam, dan permukaannya rata dan halus;
(3) Warna pasta campuran mendekati tidak berwarna dan transparan, dan tidak terdapat benda-benda granular dalam pasta. Waktu yang dibutuhkan dari saat CMC dimasukkan ke dalam tangki pencampuran dan dicampur dengan air hingga CMC larut sepenuhnya adalah antara 10 dan 20 jam.
Waktu posting: 26 April 2024