Карбоксиметилцеллюлоза натрия (также известная как: карбоксиметилцеллюлоза натрия, карбоксиметилцеллюлоза,CMCКарбоксиметилцеллюлоза (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы) является наиболее широко используемым и наиболее распространенным в мире видом целлюлозы на сегодняшний день.
КМЦ-Na (сокращенно) — это производное целлюлозы со степенью полимеризации глюкозы 100-2000 и относительной молекулярной массой 242,16. Белый волокнистый или гранулированный порошок. Без запаха и вкуса, гигроскопичен, нерастворим в органических растворителях.
Основные свойства
1. Молекулярная структура карбоксиметилцеллюлозы натрия (КМЦ)
Впервые карбоксиметилцеллюлоза натрия была произведена в Германии в 1918 году, запатентована в 1921 году и получила мировое распространение. С тех пор её коммерческое производство налажено в Европе. В то время это был лишь неочищенный продукт, используемый в качестве коллоида и связующего вещества. С 1936 по 1941 год исследования промышленного применения карбоксиметилцеллюлозы натрия были весьма активны, и было получено несколько важных патентов. Во время Второй мировой войны Германия использовала карбоксиметилцеллюлозу натрия в синтетических моющих средствах. Компания Hercules впервые произвела карбоксиметилцеллюлозу натрия в США в 1943 году, а в 1946 году выпустила очищенную карбоксиметилцеллюлозу натрия, которая была признана безопасной пищевой добавкой. В моей стране её начали использовать в 1970-х годах, а в 1990-х годах она получила широкое распространение. Сегодня это наиболее широко используемая и наиболее распространенная в мире целлюлоза.
Структурная формула: C6H7O2(OH)2OCH2COONa Молекулярная формула: C8H11O7Na
Данный продукт представляет собой натриевую соль карбоксиметилового эфира целлюлозы, анионного волокна.
2. Внешний вид карбоксиметилцеллюлозы натрия (КМЦ)
Этот продукт представляет собой натриевую соль карбоксиметилового эфира целлюлозы, анионный эфир целлюлозы, белый или молочно-белый волокнистый порошок или гранулы, плотность 0,5-0,7 г/см³, практически без запаха, безвкусный, гигроскопичный. Он легко диспергируется в воде, образуя прозрачный коллоидный раствор, и нерастворим в органических растворителях, таких как этанол [1]. pH 1% водного раствора составляет 6,5-8,5, при pH > 10 или < 5 вязкость слизи значительно снижается, а наилучшие характеристики достигаются при pH = 7. Устойчив к нагреванию, вязкость быстро возрастает ниже 20 °C и медленно изменяется при 45 °C. Длительное нагревание выше 80 °C может денатурировать коллоид и значительно снизить вязкость и характеристики. Легко растворим в воде, раствор прозрачный; В щелочном растворе он очень стабилен, но легко гидролизуется при контакте с кислотой, выпадает в осадок при значении pH 2-3 и также реагирует с солями многовалентных металлов.
Главная цель
В пищевой промышленности он используется в качестве загустителя, в фармацевтической промышленности — в качестве носителя лекарственных средств, а в химической промышленности — в качестве связующего вещества и средства, предотвращающего повторное осаждение. В полиграфической и красильной промышленности он используется в качестве защитного коллоида для проклеивающих агентов и печатных паст. В нефтехимической промышленности его можно использовать в качестве компонента жидкости для гидроразрыва пласта при добыче нефти. [2]
Несовместимость
Карбоксиметилцеллюлоза натрия несовместима с растворами сильных кислот, растворимыми солями железа и некоторыми другими металлами, такими как алюминий, ртуть и цинк. При pH менее 2 и при смешивании с 95% этанолом происходит осаждение.
Карбоксиметилцеллюлоза натрия может образовывать коагломераты с желатином и пектином, а также комплексы с коллагеном, способные осаждать некоторые положительно заряженные белки.
ремесло
КМЦ обычно представляет собой анионное полимерное соединение, получаемое в результате реакции природной целлюлозы с едким щелочным раствором и монохлоруксусной кислотой, с молекулярной массой 6400 (±1000). Основными побочными продуктами являются хлорид натрия и гликолят натрия. КМЦ относится к модификации природной целлюлозы. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) официально называют её «модифицированной целлюлозой».
Основными показателями качества КМЦ являются степень замещения (СЗ) и чистота. Как правило, свойства КМЦ различаются в зависимости от степени замещения; чем выше степень замещения, тем выше растворимость, прозрачность и стабильность раствора. Согласно отчетам, прозрачность КМЦ лучше при степени замещения 0,7-1,2, а вязкость ее водного раствора максимальна при значении pH 6-9. Для обеспечения качества, помимо выбора этерифицирующего агента, необходимо также учитывать некоторые факторы, влияющие на степень замещения и чистоту, такие как соотношение количества щелочи и этерифицирующего агента, время этерификации, содержание воды в системе, температура, значение pH, концентрация раствора и содержание соли и т. д.
статус-кво
Для решения проблемы нехватки сырья (очищенного хлопка, полученного из хлопкового линта) в последние годы некоторые научно-исследовательские подразделения в нашей стране в сотрудничестве с предприятиями успешно используют рисовую солому, измельченный хлопок (хлопковые отходы) и соевый творог для производства КМЦ. Это позволяет значительно снизить себестоимость производства, открыть новый источник сырья для промышленного производства КМЦ и обеспечить комплексное использование ресурсов. С одной стороны, снижается себестоимость производства, а с другой — КМЦ развивается в направлении повышения точности. Исследования и разработки в области КМЦ в основном сосредоточены на преобразовании существующих технологий производства и инновациях в производственных процессах, а также на создании новых продуктов КМЦ с уникальными свойствами, таких как «метод растворителя-суспензии» [3], успешно разработанный за рубежом и широко используемый. В результате производится новый тип модифицированной КМЦ с высокой стабильностью. Благодаря более высокой степени замещения и более равномерному распределению заместителей, она может использоваться в более широком диапазоне областей промышленного производства и сложных условиях применения, отвечая более высоким технологическим требованиям. На международном уровне этот новый тип модифицированной КМЦ также называется «полианионной целлюлозой (ПАЦ, полианионная целлюлоза)».
безопасность
Высокая степень безопасности, ADI не требует регулирования, и были разработаны национальные стандарты [4].
приложение
Данный продукт обладает связующими, загущающими, укрепляющими, эмульгирующими, водоудерживающими и суспензионными свойствами.
Применение КМЦ в пищевой промышленности
ФАО и ВОЗ одобрили использование чистого КМЦ в пищевых продуктах. Одобрение было получено после очень строгих биологических и токсикологических исследований и испытаний. Безопасная суточная доза (ADI) по международному стандарту составляет 25 мг/(кг·сут), что примерно равно 1,5 г/сут на человека. Сообщалось, что у некоторых людей не наблюдалось токсических реакций при дозе, достигающей 10 кг. КМЦ является не только хорошим эмульгирующим стабилизатором и загустителем в пищевой промышленности, но также обладает превосходной стабильностью при замораживании и плавлении, улучшает вкус продукта и продлевает срок хранения. В соевом молоке, мороженом, желе, напитках и консервах используется около 1–1,5% КМЦ. Также КМЦ может образовывать стабильную эмульгированную дисперсию с уксусом, соевым соусом, растительным маслом, фруктовым соком, подливкой, овощным соком и т. д., при этом дозировка составляет 0,2–0,5%. В частности, он обладает превосходными эмульгирующими свойствами по отношению к животным и растительным маслам, белкам и водным растворам, позволяя образовывать однородную эмульсию со стабильными характеристиками. Благодаря своей безопасности и надежности, его дозировка не ограничена национальным стандартом пищевой гигиены ADI. КМЦ постоянно развивается в пищевой промышленности, и проводятся исследования по применению карбоксиметилцеллюлозы натрия в виноделии.
Применение КМК в медицине
В фармацевтической промышленности его можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий для инъекций, связующего вещества и пленкообразующего агента для таблеток. Некоторые исследователи доказали, что КМЦ является безопасным и надежным носителем противораковых препаратов в ходе фундаментальных и экспериментальных исследований на животных. Используя КМЦ в качестве мембранного материала, модифицированная лекарственная форма традиционного китайского лекарственного средства Янъинь Шэнцзи в виде порошка, Янъинь Шэнцзи, может применяться для лечения дермабразионных операционных ран и травматических ран. Исследования на животных моделях показали, что пленка предотвращает инфицирование ран и не имеет существенных отличий от марлевых повязок. С точки зрения контроля экссудации жидкости в раневой ткани и ускорения заживления ран, эта пленка значительно превосходит марлевые повязки и оказывает эффект уменьшения послеоперационного отека и раздражения раны. Наилучшей рецептурой является пленка, изготовленная из поливинилового спирта: карбоксиметилцеллюлозы натрия: поликарбоксиэтилена в соотношении 3:6:1, при этом повышаются как адгезия, так и скорость высвобождения. Адгезия препарата, время его пребывания в полости рта и эффективность лекарственного средства в препарате значительно улучшаются. Бупивакаин — мощный местный анестетик, но при отравлении он иногда может вызывать серьезные сердечно-сосудистые побочные эффекты. Поэтому, несмотря на широкое клиническое применение бупивакаина, исследованиям по профилактике и лечению его токсических реакций всегда уделялось больше внимания. Фармакологические исследования показали, что CIVIC, как вещество пролонгированного действия, разработанное на основе раствора бупивакаина, может значительно снизить побочные эффекты препарата. При ФРК использование низкоконцентрированного тетракаина и нестероидных противовоспалительных препаратов в сочетании с CMC может значительно облегчить послеоперационную боль. Профилактика послеоперационных перитонеальных спаек и снижение кишечной непроходимости являются одними из наиболее актуальных вопросов в клинической хирургии. Исследования показали, что CMC значительно эффективнее гиалуроната натрия в снижении степени послеоперационных перитонеальных спаек и может использоваться в качестве эффективного метода предотвращения их возникновения. КМЦ используется при внутриартериальном введении противоопухолевых препаратов через катетер в печень для лечения рака печени, что позволяет значительно продлить время пребывания противоопухолевых препаратов в опухолях, усилить противоопухолевую активность и улучшить терапевтический эффект. В ветеринарной медицине КМЦ также имеет широкий спектр применения. Сообщалось [5], что внутрибрюшинное введение 1% раствора КМЦ овцам оказывает значительное влияние на предотвращение дистоции и спаек в брюшной полости после операций на репродуктивном тракте у сельскохозяйственных животных.
КМЦ в других промышленных применениях
В моющих средствах КМЦ может использоваться в качестве средства, предотвращающего повторное загрязнение, особенно для гидрофобных синтетических волоконных тканей, что значительно эффективнее, чем карбоксиметиловые волокна.
КМЦ может использоваться для защиты нефтяных скважин в качестве стабилизатора бурового раствора и водоудерживающего агента при бурении нефтяных сквадок. Дозировка для каждой нефтяной скважины составляет 2,3 т для неглубоких скважин и 5,6 т для глубоких скважин;
В текстильной промышленности он используется в качестве проклеивающего агента, загустителя для печатных и красильных паст, для текстильной печати и для придания жесткости отделке. При использовании в качестве проклеивающего агента он улучшает растворимость и вязкость, а также облегчает удаление проклеивающего слоя; в качестве придающего жесткость агента его дозировка превышает 95%; при использовании в качестве проклеивающего агента значительно улучшаются прочность и гибкость проклеивающей пленки; в качестве матрицы для иммобилизации глюкозооксидазы используется композитная мембрана из регенерированного фиброина шелка, состоящая из карбоксиметилцеллюлозы, при этом иммобилизуются глюкозооксидаза и ферроценкарбоксилат, что позволяет создать биосенсор глюкозы с более высокой чувствительностью и стабильностью. Исследования показали, что при приготовлении гомогената силикагеля с раствором КМЦ с концентрацией около 1% (вес/объем) хроматографические характеристики полученной тонкослойной пластины являются наилучшими. В то же время тонкослойная пластина, нанесенная в оптимизированных условиях, обладает соответствующей прочностью слоя, подходит для различных методов отбора проб и проста в использовании. КМЦ обладает адгезией к большинству волокон и может улучшить сцепление между ними. Стабильность его вязкости обеспечивает однородность пропитки, тем самым повышая эффективность ткачества. Он также может использоваться в качестве отделочного агента для текстиля, особенно для стойкой антиморщинной обработки, что обеспечивает долговечные изменения тканей.
КМЦ может использоваться в качестве антиседиментационного агента, эмульгатора, диспергатора, выравнивающего агента и клея для покрытий. Он обеспечивает равномерное распределение твердых частиц покрытия в растворителе, предотвращая расслоение покрытия в течение длительного времени. Он также широко используется в красках.
При использовании КМЦ в качестве флокулянта она более эффективна, чем глюконат натрия, в удалении ионов кальция. При использовании в качестве катионообменника ее обменная емкость может достигать 1,6 мл/г.
КМЦ используется в бумажной промышленности в качестве проклеивающего агента для бумаги, что позволяет значительно улучшить прочность бумаги в сухом и влажном состоянии, а также ее маслостойкость, впитываемость чернил и водостойкость.
КМЦ используется в косметике в качестве гидрозоля и в качестве загустителя в зубной пасте, при этом ее дозировка составляет около 5%.
КМЦ может использоваться в качестве флокулянта, хелатирующего агента, эмульгатора, загустителя, водоудерживающего агента, проклеивающего агента, пленкообразующего материала и т. д., а также широко применяется в электронике, пестицидах, кожевенной промышленности, производстве пластмасс, полиграфии, керамике, зубной пасте, бытовой химии и других областях. Благодаря своим превосходным характеристикам и широкому спектру применения, он постоянно открывает новые области применения, и рыночные перспективы чрезвычайно широки.
Меры предосторожности
(1) Совместимость данного продукта с сильными кислотами, сильными щелочами и ионами тяжелых металлов (таких как алюминий, цинк, ртуть, серебро, железо и т. д.) противопоказана.
(2) Допустимая доза данного продукта составляет 0-25 мг/кг·сут.
Инструкции
Для приготовления пастообразного клея смешайте КМЦ непосредственно с водой. При приготовлении клея с КМЦ сначала добавьте определенное количество чистой воды в емкость для смешивания с мешалкой, а затем, включив мешалку, медленно и равномерно посыпьте емкость КМЦ, постоянно помешивая, чтобы КМЦ полностью растворилась в воде. Равномерное посыпание и постоянное перемешивание необходимо для предотвращения образования комков и уменьшения количества растворенного КМЦ при контакте с водой, а также для повышения скорости растворения КМЦ. Время перемешивания не совпадает со временем полного растворения КМЦ. Это два разных понятия. В целом, время перемешивания значительно короче, чем время полного растворения КМЦ. Время, необходимое для достижения этих двух показателей, зависит от конкретной ситуации.
Основой для определения времени перемешивания является: когдаCMCРавномерно распределен в воде, без видимых крупных комков, перемешивание можно прекратить, позволяя КМЦ и воде проникнуть и слиться друг с другом в стоячем состоянии.
Определение времени, необходимого для полного растворения КМЦ, осуществляется следующим образом:
(1) КМЦ и вода полностью связаны, и между ними нет разделения твердой и жидкой фаз;
(2) Смешанная паста находится в однородном состоянии, а поверхность ровная и гладкая;
(3) Цвет смешанной пасты близок к бесцветному и прозрачному, в пасте отсутствуют гранулированные частицы. Время от момента добавления КМЦ в емкость для смешивания и смешивания с водой до момента полного растворения КМЦ составляет от 10 до 20 часов.
Дата публикации: 26 апреля 2024 г.