คุณสมบัติและการประยุกต์ใช้ของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ชื่อภาษาอังกฤษ: คาร์บอกซิลเมทิลเซลลูโลส

คำย่อ: CMC

สูตรโมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n

ลักษณะ: ผงละเอียดเป็นเส้นใยสีขาวหรือเหลืองอ่อน

ความสามารถในการละลายในน้ำ: ละลายในน้ำได้ง่าย เกิดเป็นคอลลอยด์หนืดใส และสารละลายจะมีฤทธิ์เป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อย

คุณสมบัติ: สารประกอบคอลลอยด์ที่มีโมเลกุลสูง มีฤทธิ์ลดแรงตึงผิว ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่เป็นพิษ

เซลลูโลสธรรมชาติพบได้ทั่วไปในธรรมชาติและเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีปริมาณมากที่สุด แต่ในกระบวนการผลิต เซลลูโลสส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ดังนั้นชื่อเต็มจึงควรเป็นโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส หรือ CMC-Na มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การก่อสร้าง การแพทย์ อาหาร สิ่งทอ เซรามิก และสาขาอื่นๆ

2. เทคโนโลยีคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

เทคโนโลยีการดัดแปลงเซลลูโลส ได้แก่ การเติมหมู่อีเทอร์และการเติมหมู่เอสเทอร์

การเปลี่ยนแปลงของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส: ปฏิกิริยาคาร์บอกซีเมทิลเลชันในเทคโนโลยีอีเทอร์ริฟิเคชัน คือ การเติมหมู่คาร์บอกซีเมทิลลงในเซลลูโลสเพื่อให้ได้คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ซึ่งเรียกย่อว่า CMC

หน้าที่ของสารละลายคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสในน้ำ ได้แก่ การเพิ่มความหนืด การสร้างฟิล์ม การยึดเกาะ การกักเก็บน้ำ การปกป้องคอลลอยด์ การทำให้เป็นอิมัลชัน และการแขวนลอย

3. ปฏิกิริยาเคมีของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ปฏิกิริยาอัลคาไลเซชันของเซลลูโลส:

[C6H7O2(OH) 3]n + nNaOH→[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nH2O

ปฏิกิริยาการเกิดอีเทอร์ของกรดโมโนคลอโรอะซิติกหลังจากเซลลูโลสอัลคาไล:

[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nClCH2COONa →[C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ]n + nNaC

ดังนั้น สูตรเคมีสำหรับการสร้างคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสคือ: Cell-O-CH2-COONa NaCMC

โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส(NaCMC หรือ CMC ตัวย่อ) เป็นเซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้ ซึ่งสามารถทำให้ความหนืดของสารละลายในน้ำที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่เปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ไม่กี่ cP ไปจนถึงหลายพัน cP

4. คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. การเก็บรักษาสารละลาย CMC: สารละลายนี้มีความเสถียรในอุณหภูมิต่ำหรือแสงแดด แต่ความเป็นกรดด่างของสารละลายจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ภายใต้ผลกระทบของรังสีอัลตราไวโอเลตหรือจุลินทรีย์ ความหนืดของสารละลายจะลดลงหรืออาจเสื่อมสภาพได้ หากต้องการเก็บรักษาในระยะยาว ควรเติมสารกันเสียที่เหมาะสมลงไป

2. วิธีการเตรียมสารละลาย CMC ในน้ำ: ทำให้อนุภาคเปียกอย่างสม่ำเสมอก่อน ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการละลายได้อย่างมาก

3. CMC มีคุณสมบัติในการดูดความชื้น จึงควรเก็บรักษาให้พ้นจากความชื้นระหว่างการจัดเก็บ

4. เกลือโลหะหนัก เช่น สังกะสี ทองแดง ตะกั่ว อะลูมิเนียม เงิน เหล็ก ดีบุก และโครเมียม สามารถทำให้ CMC ตกตะกอนได้

5. เกิดการตกตะกอนในสารละลายที่มีค่า pH ต่ำกว่า 2.5 ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการทำให้เป็นกลางด้วยการเติมด่าง

6. แม้ว่าเกลือต่างๆ เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม และเกลือแกง จะไม่มีผลทำให้ CMC ตกตะกอน แต่จะลดความหนืดของสารละลายลง

7. CMC สามารถใช้ร่วมกับกาวชนิดละลายน้ำ สารปรับสภาพ และเรซินอื่นๆ ได้

8. เนื่องจากการแปรรูปที่แตกต่างกัน ลักษณะของ CMC จึงอาจเป็นผงละเอียด เม็ดหยาบ หรือเป็นเส้นใย ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีแต่อย่างใด

9. วิธีการใช้ผง CMC นั้นง่าย สามารถเติมและละลายในน้ำเย็นหรือน้ำอุ่นที่อุณหภูมิ 40-50°C ได้โดยตรง

5. ระดับการแทนที่และความสามารถในการละลายของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ระดับการแทนที่หมายถึงจำนวนเฉลี่ยของกลุ่มโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลที่ติดอยู่กับหน่วยเซลลูโลสแต่ละหน่วย ค่าสูงสุดของระดับการแทนที่คือ 3 แต่ค่าที่ใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมได้มากที่สุดคือ NaCMC ที่มีระดับการแทนที่ตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.2 คุณสมบัติของ NaCMC ที่มีระดับการแทนที่ 0.2-0.3 นั้นแตกต่างจาก NaCMC ที่มีระดับการแทนที่ 0.7-0.8 อย่างมาก NaCMC ที่มีระดับการแทนที่ 0.2-0.3 ละลายได้เพียงบางส่วนในน้ำที่มี pH 7 แต่ NaCMC ที่มีระดับการแทนที่ 0.7-0.8 ละลายได้หมด ในทางกลับกัน ภายใต้สภาวะด่าง

6. ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันและความหนืดของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน: หมายถึงความยาวของสายโซ่เซลลูโลส ซึ่งเป็นตัวกำหนดความหนืด ยิ่งสายโซ่เซลลูโลสยาวเท่าไร ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เช่นเดียวกับสารละลาย NaCMC

ความหนืด: สารละลาย NaCMC เป็นของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน และความหนืดที่ปรากฏจะลดลงเมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น หลังจากหยุดการกวน ความหนืดจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนจนคงที่ นั่นคือ สารละลายนี้มีคุณสมบัติแบบทิกโซโทรปิก

7. ขอบเขตการใช้งานของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. อุตสาหกรรมการก่อสร้างและเซรามิก

(1) การเคลือบทางสถาปัตยกรรม: การกระจายตัวที่ดี การกระจายตัวของการเคลือบสม่ำเสมอ ไม่มีชั้น มีเสถียรภาพที่ดี มีผลในการทำให้ข้นที่ดี ความหนืดของการเคลือบสามารถปรับได้

(2) อุตสาหกรรมเซรามิก: ใช้เป็นสารยึดเกาะเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นของดินเหนียวสำหรับทำเครื่องปั้นดินเผา; เคลือบที่ทนทาน

2. อุตสาหกรรมซักล้าง เครื่องสำอาง ยาสูบ สิ่งทอ การพิมพ์ และการย้อมสี

(1) การซัก: CMC จะถูกเติมลงในผงซักฟอกเพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกที่ซักแล้วกลับไปเกาะติดบนผ้าอีก

(2) เครื่องสำอาง: การทำให้ข้น การกระจายตัว การแขวนลอย การทำให้คงตัว ฯลฯ เป็นประโยชน์ที่จะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติต่างๆ ของเครื่องสำอางอย่างเต็มที่

(3) ยาสูบ: CMC ใช้สำหรับเชื่อมแผ่นยาสูบ ซึ่งสามารถใช้ชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดปริมาณใบยาสูบดิบ

(4) สิ่งทอ: ในฐานะสารตกแต่งสำหรับผ้า CMC สามารถลดการกระโดดของเส้นด้ายและการขาดปลายเส้นด้ายบนเครื่องทอความเร็วสูงได้

(5) การพิมพ์และการย้อมสี: ใช้ในน้ำยาพิมพ์ ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับน้ำและการซึมผ่านของสีย้อม ทำให้การย้อมสีสม่ำเสมอและลดความแตกต่างของสี

3. อุตสาหกรรมยาจุดกันยุงและลวดเชื่อม

(1) ขดไล่ยุง: CMC ใช้ในขดไล่ยุงเพื่อเพิ่มความทนทานของขดไล่ยุงและทำให้ขดไล่ยุงแตกหักได้ยากขึ้น

(2) อิเล็กโทรด: CMC ใช้เป็นสารเคลือบผิวเพื่อให้การเคลือบเซรามิกยึดติดและขึ้นรูปได้ดีขึ้น มีประสิทธิภาพในการขัดที่ดีขึ้น และยังมีประสิทธิภาพในการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย

4. อุตสาหกรรมยาสีฟัน

(1) CMC มีความเข้ากันได้ดีกับวัตถุดิบต่างๆ ในยาสีฟัน

(2) เนื้อแป้งละเอียด ไม่แยกน้ำ ไม่ลอก ไม่ข้น และมีฟองมาก

(3) มีเสถียรภาพที่ดีและมีความสม่ำเสมอที่เหมาะสม ซึ่งจะทำให้ยาสีฟันมีรูปทรงที่ดี คงรูป และมีรสชาติที่สบายเป็นพิเศษ

(4) ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ให้ความชุ่มชื้น และช่วยตรึงกลิ่นหอม

(5) การตัดและหางเล็กๆ ในกระป๋อง

5. อุตสาหกรรมอาหาร

(1) เครื่องดื่มที่เป็นกรด: ใช้เป็นสารทำให้คงตัว เช่น เพื่อป้องกันการตกตะกอนและการแยกชั้นของโปรตีนในโยเกิร์ตเนื่องจากการจับตัวเป็นก้อน มีรสชาติที่ดีขึ้นหลังจากละลายในน้ำ มีความสม่ำเสมอในการทดแทนที่ดี

(2) ไอศกรีม: ทำให้น้ำ ไขมัน โปรตีน ฯลฯ ผสมกันอย่างสม่ำเสมอ กระจายตัว และคงตัว เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดผลึกน้ำแข็ง

(3) ขนมปังและขนมอบ: CMC สามารถควบคุมความหนืดของแป้ง เพิ่มการกักเก็บความชื้นและยืดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ได้

(4) บะหมี่กึ่งสำเร็จรูป: เพิ่มความเหนียวและความต้านทานในการปรุงของบะหมี่ มีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีในบิสกิตและแพนเค้ก และพื้นผิวของเค้กเรียบเนียนและไม่แตกง่าย

(5) กาวสำเร็จรูป: ใช้เป็นฐานหมากฝรั่ง

(6) CMC เป็นสารเฉื่อยทางสรีรวิทยาและไม่มีค่าพลังงาน ดังนั้นจึงสามารถผลิตอาหารแคลอรี่ต่ำได้

6. อุตสาหกรรมกระดาษ

CMC ใช้สำหรับปรับสภาพกระดาษ ซึ่งทำให้กระดาษมีความหนาแน่นสูง ทนต่อการซึมผ่านของหมึกได้ดี ดูดซับแว็กซ์ได้ดี และเรียบเนียน ในกระบวนการย้อมสี กระดาษ CMC ช่วยควบคุมการไหลของสี และช่วยเพิ่มความเหนียวแน่นระหว่างเส้นใยภายในกระดาษ ทำให้กระดาษมีความแข็งแรงและทนทานต่อการพับงอมากขึ้น

7. อุตสาหกรรมปิโตรเลียม

CMC ถูกนำมาใช้ในการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ การขุดบ่อ และโครงการอื่นๆ

8. อื่นๆ

กาวสำหรับรองเท้า หมวก ดินสอ ฯลฯ น้ำยาขัดเงาและสีสำหรับหนัง สารเพิ่มความคงตัวสำหรับเครื่องดับเพลิงชนิดโฟม ฯลฯ