Natrijeva karboksimetil celuloza (znana tudi kot: natrijeva karboksimetil celuloza, karboksimetil celuloza,CMC, karboksimetil, natrijeva celuloza, natrijeva sol karboksimetil celuloze) je najpogosteje uporabljena in največja količina uporabljene vrste celuloze na svetu danes.
CMC-Na je derivat celuloze s stopnjo polimerizacije glukoze 100–2000 in relativno molekulsko maso 242,16. Bel vlaknat ali zrnat prah. Brez vonja, okusa, higroskopičen, netopen v organskih topilih.
Osnovne lastnosti
1. Molekularna struktura natrijeve karboksimetilceluloze (CMC)
Prvič so ga leta 1918 proizvedli v Nemčiji, patentirali pa so ga leta 1921 in se pojavil na svetu. Od takrat je bila komercialna proizvodnja dosežena tudi v Evropi. Takrat je bil le surov proizvod, ki se je uporabljal kot koloid in vezivo. Med letoma 1936 in 1941 so bile industrijske raziskave uporabe natrijeve karboksimetilceluloze precej aktivne in izumljenih je bilo več navdihujočih patentov. Med drugo svetovno vojno je Nemčija uporabljala natrijevo karboksimetilcelulozo v sintetičnih detergentih. Hercules je leta 1943 v Združenih državah Amerike prvič proizvedel natrijevo karboksimetilcelulozo, leta 1946 pa rafinirano natrijevo karboksimetilcelulozo, ki je bila priznana kot varen aditiv za živila. Moja država ga je začela uporabljati v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, v devetdesetih letih prejšnjega stoletja pa se je pogosto uporabljal. Danes je to najbolj razširjena in največja količina celuloze na svetu.
Strukturna formula: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Molekulska formula: C8H11O7Na
Ta izdelek je natrijeva sol celuloznega karboksimetil etra, anionskega vlakna.
2. Videz natrijeve karboksimetil celuloze (CMC)
Ta produkt je natrijeva sol celuloznega karboksimetil etra, anionski celulozni eter, bel ali mlečno bel vlaknat prah ali granulat, gostote 0,5–0,7 g/cm3, skoraj brez vonja in okusa, higroskopičen. Z lahkoto se dispergira v vodi in tvori prozorno koloidno raztopino, netopen pa je v organskih topilih, kot je etanol [1]. pH 1 % vodne raztopine je 6,5–8,5, pri pH > 10 ali < 5 se viskoznost sluzi znatno zmanjša, najboljše delovanje pa je pri pH = 7. Je stabilen pri segrevanju, viskoznost hitro naraste pod 20 °C in se počasi spreminja pri 45 °C. Dolgotrajno segrevanje nad 80 °C lahko denaturira koloid in znatno zmanjša viskoznost ter delovanje. Je lahko topen v vodi in raztopina je prozorna; je zelo stabilen v alkalni raztopini, vendar se v stiku s kislino zlahka hidrolizira, pri pH vrednosti 2–3 pa se obori in reagira tudi s polivalentnimi kovinskimi solmi.
Glavni namen
V živilski industriji se uporablja kot zgoščevalec, v farmacevtski industriji kot nosilec zdravil ter v vsakodnevni kemični industriji kot vezivo in sredstvo proti ponovnemu odlaganju. V tiskarski in barvarski industriji se uporablja kot zaščitni koloid za klejiva in tiskarske paste. V petrokemični industriji se lahko uporablja kot sestavina tekočine za lomljenje pri pridobivanju nafte. [2]
Nezdružljivost
Natrijeva karboksimetilceluloza ni združljiva z močnimi kislinami, topnimi železovimi solmi in nekaterimi drugimi kovinami, kot so aluminij, živo srebro in cink. Pri pH manj kot 2 in pri mešanju z 95 % etanolom pride do oborine.
Natrijeva karboksimetil celuloza lahko tvori koaglomerate z želatino in pektinom, lahko pa tvori tudi komplekse s kolagenom, kar lahko povzroči precipitacijo nekaterih pozitivno nabitih beljakovin.
obrt
CMC je običajno anionska polimerna spojina, pripravljena z reakcijo naravne celuloze s kavstično alkalijo in monokloroocetno kislino, z molekulsko maso 6400 (±1 000). Glavna stranska produkta sta natrijev klorid in natrijev glikolat. CMC spada med naravne modifikacije celuloze. Organizacija Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo (FAO) in Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) jo uradno imenujeta »modificirana celuloza«.
Glavna kazalnika za merjenje kakovosti CMC sta stopnja substitucije (DS) in čistost. Na splošno se lastnosti CMC razlikujejo glede na različen DS; višja kot je stopnja substitucije, močnejša je topnost ter boljša je prosojnost in stabilnost raztopine. Po poročilih je prosojnost CMC boljša, ko je stopnja substitucije 0,7–1,2, viskoznost vodne raztopine pa je največja, ko je pH vrednost 6–9. Da bi zagotovili njeno kakovost, je treba poleg izbire sredstva za eterifikacijo upoštevati tudi nekatere dejavnike, ki vplivajo na stopnjo substitucije in čistost, kot so razmerje med količino alkalije in sredstva za eterifikacijo, čas eterifikacije, vsebnost vode v sistemu, temperatura, pH vrednost, koncentracija raztopine in sol itd.
status quo
Da bi rešili pomanjkanje surovin (rafiniranega bombaža iz bombažnega lintersa), so v zadnjih letih nekatere znanstvenoraziskovalne enote v moji državi sodelovale s podjetji pri celoviti uporabi riževe slame, mletega bombaža (odpadnega bombaža) in ostankov tofua za uspešno proizvodnjo karbokarboksa (CMC). Proizvodni stroški so se močno zmanjšali, kar odpira nov vir surovin za industrijsko proizvodnjo CMC in omogoča celovito izrabo virov. Po eni strani se proizvodni stroški zmanjšujejo, po drugi strani pa se CMC razvija v smeri večje natančnosti. Raziskave in razvoj CMC se osredotočajo predvsem na preoblikovanje obstoječe proizvodne tehnologije in inovacije proizvodnih procesov, pa tudi na nove izdelke CMC z edinstvenimi lastnostmi, kot je postopek "metoda topila in suspenzije" [3], ki je bil uspešno razvit v tujini in se pogosto uporablja. Proizvaja se nova vrsta modificiranega CMC z visoko stabilnostjo. Zaradi višje stopnje substitucije in bolj enakomerne porazdelitve substituentov se lahko uporablja v širšem razponu industrijskih proizvodnih področij in kompleksnih okoljih uporabe za izpolnjevanje višjih procesnih zahtev. Mednarodno se ta nova vrsta modificiranega CMC imenuje tudi »polianionska celuloza (PAC, polianionska celuloza)«.
varnost
Visoka varnost, ADI ne potrebuje predpisov, oblikovani pa so bili tudi nacionalni standardi [4].
aplikacija
Ta izdelek ima funkcije vezanja, zgoščevanja, krepitve, emulgiranja, zadrževanja vode in suspenzije.
Uporaba CMC v živilih
FAO in WHO sta odobrili uporabo čiste CMC v živilih. Odobreno je bilo po zelo strogih bioloških in toksikoloških raziskavah in testih. Varni vnos (ADI) mednarodnega standarda je 25 mg/(kg·d), kar je približno 1,5 g/d na osebo. Poročali so, da nekateri ljudje niso imeli nobene toksične reakcije, ko je vnos dosegel 10 kg. CMC ni le dober stabilizator emulgiranja in zgoščevalec v živilski industriji, temveč ima tudi odlično stabilnost pri zamrzovanju in taljenju ter lahko izboljša okus izdelka in podaljša čas skladiščenja. Količina, ki se uporablja v sojinem mleku, sladoledu, želeju, pijačah in pločevinkah, je približno 1 % do 1,5 %. CMC lahko tvori tudi stabilno emulgirano disperzijo s kisom, sojino omako, rastlinskim oljem, sadnim sokom, omako, zelenjavnim sokom itd., odmerek pa je od 0,2 % do 0,5 %. Ima še posebej odlično emulgirajočo lastnost za živalska in rastlinska olja, beljakovine in vodne raztopine, kar mu omogoča tvorbo homogene emulzije s stabilnim delovanjem. Zaradi svoje varnosti in zanesljivosti njegov odmerek ni omejen z nacionalnim standardom za higieno živil ADI. CMC se na področju živil nenehno razvija, izvajajo pa se tudi raziskave o uporabi natrijeve karboksimetilceluloze v proizvodnji vina.
Uporaba CMC v medicini
V farmacevtski industriji se lahko uporablja kot stabilizator emulzije za injekcije, vezivo in sredstvo za tvorbo filma za tablete. Nekateri ljudje so s temeljnimi in živalskimi poskusi dokazali, da je CMC varen in zanesljiv nosilec zdravil proti raku. Z uporabo CMC kot membranskega materiala se lahko modificirana farmacevtska oblika tradicionalne kitajske medicine Yangyin Shengji Powder, Yangyin Shengji Membrane, uporablja za rane po operaciji dermabrazije in travmatske rane. Študije na živalskih modelih so pokazale, da film preprečuje okužbo rane in se ne razlikuje bistveno od gaznih povojev. Kar zadeva nadzor izločanja tkivne tekočine iz rane in hitrejše celjenje ran, je ta film bistveno boljši od gaznih povojev in ima učinek zmanjšanja pooperativnega edema in draženja rane. Filmski pripravek iz polivinil alkohola: natrijeve karboksimetilceluloze: polikarboksietilena v razmerju 3:6:1 je najboljši recept, saj se povečata tako adhezija kot hitrost sproščanja. Adhezija pripravka, čas zadrževanja pripravka v ustni votlini in učinkovitost zdravila v pripravku so bistveno izboljšani. Bupivakain je močan lokalni anestetik, vendar lahko včasih povzroči resne kardiovaskularne neželene učinke, če ga zastrupimo. Zato se bupivakain, čeprav se klinično pogosto uporablja, vedno posveča več pozornosti raziskavam o preprečevanju in zdravljenju njegovih toksičnih reakcij. Farmakološke študije so pokazale, da lahko CIVIC kot snov s podaljšanim sproščanjem, formulirana z raztopino bupivakaina, znatno zmanjša neželene učinke zdravila. Pri operacijah PRK lahko uporaba tetrakaina z nizko koncentracijo in nesteroidnih protivnetnih zdravil v kombinaciji s karbokainom (CMC) znatno ublaži pooperativne bolečine. Preprečevanje pooperativnih peritonealnih adhezij in zmanjšanje črevesne obstrukcije sta eno najbolj perečih vprašanj v klinični kirurgiji. Študije so pokazale, da je CMC bistveno boljši od natrijevega hialuronata pri zmanjševanju stopnje pooperativnih peritonealnih adhezij in se lahko uporablja kot učinkovita metoda za preprečevanje nastanka peritonealnih adhezij. CMC se uporablja pri katetrski jetrni arterijski infuziji zdravil proti raku za zdravljenje raka jeter, kar lahko znatno podaljša čas zadrževanja zdravil proti raku v tumorjih, okrepi protitumorsko moč in izboljša terapevtski učinek. V veterinarski medicini ima CMC tudi širok spekter uporabe. Poročali so [5], da ima intraperitonealna instilacija 1 % raztopine CMC ovcam pomemben učinek na preprečevanje distocije in trebušnih adhezij po operaciji reproduktivnega trakta pri živini.
CMC v drugih industrijskih aplikacijah
V detergentih se lahko CMC uporablja kot sredstvo proti ponovnemu odlaganju umazanije, zlasti za hidrofobne sintetične vlaknene tkanine, kar je bistveno boljše od karboksimetilnih vlaken.
CMC se lahko uporablja za zaščito naftnih vrtin kot stabilizator blata in sredstvo za zadrževanje vode pri vrtanju nafte. Odmerek za vsako naftno vrtino je 2,3 tone za plitve vrtine in 5,6 tone za globoke vrtine;
V tekstilni industriji se uporablja kot klejivo, zgoščevalec za tiskanje in barvanje past, tekstilno tiskanje in utrjevanje. Pri uporabi kot klejivo lahko izboljša topnost in viskoznost ter je enostavno razklejivo; kot strjevalo je njegov odmerek nad 95 %; pri uporabi kot klejivo se znatno izboljšata trdnost in prožnost klejivne folije; pri regeneriranem svilenem fibroinu se kompozitna membrana, sestavljena iz karboksimetilceluloze, uporablja kot matrica za imobilizacijo glukozne oksidaze, glukozna oksidaza in ferocen karboksilat pa sta imobilizirana, narejeni glukozni biosenzor pa ima večjo občutljivost in stabilnost. Študije so pokazale, da je kromatografska učinkovitost pripravljene tankoslojne plošče najboljša, ko je homogenat silikagela pripravljen z raztopino CMC s koncentracijo približno 1 % (m/v). Hkrati ima tankoslojna plošča, prevlečena pod optimiziranimi pogoji, ustrezno trdnost plasti, primerna za različne tehnike vzorčenja in enostavna za uporabo. CMC se oprijema večine vlaken in lahko izboljša vezavo med vlakni. Stabilnost njegove viskoznosti lahko zagotovi enakomernost klejitve in s tem izboljša učinkovitost tkanja. Uporablja se lahko tudi kot sredstvo za dodelavo tekstila, zlasti za trajno dodelavo proti gubam, ki tkaninam prinaša trajne spremembe.
CMC se lahko uporablja kot sredstvo proti usedanju, emulgator, dispergator, izravnalno sredstvo in lepilo za premaze. Zaradi njega se trdna snov premaza enakomerno porazdeli v topilu, tako da se premaz dolgo časa ne lušči. Pogosto se uporablja tudi v barvah.
Ko se CMC uporablja kot flokulant, je pri odstranjevanju kalcijevih ionov učinkovitejši od natrijevega glukonata. Pri uporabi kot kationski izmenjevalec lahko njegova izmenjalna kapaciteta doseže 1,6 ml/g.
CMC se v papirni industriji uporablja kot sredstvo za klejitev papirja, ki lahko znatno izboljša suho in mokro trdnost papirja, pa tudi odpornost na olje, absorpcijo črnila in vodoodpornost.
CMC se uporablja kot hidrolat v kozmetiki in kot zgoščevalec v zobni pasti, njegov odmerek pa je približno 5 %.
CMC se lahko uporablja kot flokulant, kelatno sredstvo, emulgator, zgoščevalec, sredstvo za zadrževanje vode, sredstvo za klejitev, filmotvorni material itd., pogosto pa se uporablja tudi v elektroniki, pesticidih, usnju, plastiki, tiskarstvu, keramiki, zobni pasti, vsakodnevnih kemikalijah in drugih področjih, zaradi odlične učinkovitosti in širokega spektra uporabe pa nenehno odpira nova področja uporabe, tržne možnosti pa so izjemno široke.
Previdnostni ukrepi
(1) Združljivost tega izdelka z močnimi kislinami, močnimi alkalijami in ioni težkih kovin (kot so aluminij, cink, živo srebro, srebro, železo itd.) je kontraindicirana.
(2) Dovoljeni vnos tega izdelka je 0–25 mg/kg·dan.
Navodila
CMC zmešajte neposredno z vodo, da dobite pastozno lepilo za kasnejšo uporabo. Pri konfiguriranju CMC lepila najprej dodajte določeno količino čiste vode v dozirno posodo z mešalno napravo, in ko je mešalna naprava vklopljena, počasi in enakomerno potresite CMC v dozirno posodo, pri čemer nenehno mešajte, da se CMC popolnoma zlije z vodo in se lahko popolnoma raztopi. Pri raztapljanju CMC je razlog, zakaj ga je treba enakomerno potresati in nenehno mešati, ta, da se "preprečijo težave z aglomeracijo, aglomeracijo in zmanjša količina raztopljenega CMC, ko se CMC sreča z vodo", ter da se poveča hitrost raztapljanja CMC. Čas mešanja ni enak času, ki je potreben za popolno raztapljanje CMC. To sta dva pojma. Na splošno je čas mešanja veliko krajši od časa, ki je potreben za popolno raztapljanje CMC. Čas, potreben za oboje, je odvisen od specifične situacije.
Osnova za določitev časa mešanja je: kdajCMCje enakomerno razpršen v vodi in ni očitnih velikih grudic, se lahko mešanje ustavi, kar omogoči, da se CMC in voda v stoječem stanju prodreta in zlijeta.
Osnova za določitev časa, potrebnega za popolno raztapljanje CMC, je naslednja:
(1) CMC in voda sta popolnoma vezana in med njima ni ločitve trdne in tekoče snovi;
(2) Mešana pasta je v enakomernem stanju, površina pa je ravna in gladka;
(3) Barva mešane paste je skoraj brezbarvna in prozorna, v pasti pa ni zrnatih delcev. Od trenutka, ko se CMC da v mešalni rezervoar in zmeša z vodo, do trenutka, ko se CMC popolnoma raztopi, je potreben čas med 10 in 20 urami.
Čas objave: 26. april 2024