คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสคืออะไร

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) ได้มาจากการทำปฏิกิริยาคาร์บอกซีเมทิลเลชันของเซลลูโลส สารละลายในน้ำของ CMC มีคุณสมบัติในการเพิ่มความหนืด การสร้างฟิล์ม การยึดเกาะ การกักเก็บน้ำ การปกป้องคอลลอยด์ การทำให้เกิดอิมัลชัน และการแขวนลอย และมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม อาหาร ยา สิ่งทอ และกระดาษ เป็นหนึ่งในอีเทอร์ของเซลลูโลสที่สำคัญที่สุด เซลลูโลสธรรมชาติเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีการกระจายตัวอย่างกว้างขวางและมีปริมาณมากที่สุดในธรรมชาติ และแหล่งที่มาของมันก็มีมากมาย เทคโนโลยีการดัดแปลงเซลลูโลสในปัจจุบันส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การทำปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันและเอสเทอริฟิเคชัน การทำปฏิกิริยาคาร์บอกซีเมทิลเลชันเป็นเทคโนโลยีการทำปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันชนิดหนึ่ง

คุณสมบัติทางกายภาพ

โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) เป็นเซลลูโลสอีเทอร์ประจุลบ มีลักษณะเป็นผงเส้นใยสีขาวหรือเหลืองอ่อน หรือผงสีขาว ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่เป็นพิษ ละลายได้ง่ายในน้ำเย็นหรือน้ำร้อน เกิดเป็นสารละลายใสที่มีความหนืดระดับหนึ่ง สารละลายนี้เป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อย ไม่ละลายในเอทานอล อีเทอร์ ไอโซโพรพานอล อะซิโตน และตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ แต่ละลายได้ในสารละลายเอทานอลหรืออะซิโตนที่มีน้ำ 60% ดูดความชื้น ทนต่อแสงและความร้อน ความหนืดลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สารละลายมีความเสถียรที่ pH 2-10 หาก pH ต่ำกว่า 2 จะเกิดการตกตะกอนของแข็ง และความหนืดจะลดลงเมื่อ pH สูงกว่า 10 อุณหภูมิการเปลี่ยนสีคือ 227℃ อุณหภูมิการเกิดคาร์บอนคือ 252℃ และแรงตึงผิวของสารละลายในน้ำ 2% คือ 71 นาโนเมตร/นิวตัน

คุณสมบัติทางเคมี

สารนี้เตรียมได้จากอนุพันธ์ของเซลลูโลสที่มีหมู่คาร์บอกซีเมทิล โดยการนำเซลลูโลสไปทำปฏิกิริยากับโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อสร้างอัลคาไลเซลลูโลส จากนั้นจึงทำปฏิกิริยากับกรดโมโนคลอโรอะซิติก หน่วยกลูโคสที่เป็นส่วนประกอบของเซลลูโลสมีหมู่ไฮดรอกซิล 3 หมู่ที่สามารถถูกแทนที่ได้ ดังนั้นจึงสามารถได้ผลิตภัณฑ์ที่มีระดับการแทนที่ที่แตกต่างกัน โดยเฉลี่ยแล้วจะมีการเติมคาร์บอกซีเมทิล 1 มิลลิโมลต่อน้ำหนักแห้ง 1 กรัม ซึ่งไม่ละลายในน้ำและกรดเจือจาง แต่สามารถพองตัวและนำไปใช้ในการแยกสารด้วยโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน ค่า pKa ของคาร์บอกซีเมทิลอยู่ที่ประมาณ 4 ในน้ำบริสุทธิ์และประมาณ 3.5 ใน NaCl 0.5 โมล/ลิตร เป็นตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่เป็นกรดอ่อน และมักใช้สำหรับการแยกโปรตีนที่เป็นกลางและเบสที่ pH > 4 หมู่ไฮดรอกซิลมากกว่า 40% ถูกแทนที่ด้วยหมู่คาร์บอกซีเมทิล ซึ่งสามารถละลายในน้ำเพื่อสร้างสารละลายคอลลอยด์ที่มีความหนืดสูงและเสถียร

วัตถุประสงค์หลัก

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) เป็นผงสีขาวขุ่น ไม่มีพิษ ไม่มีกลิ่น มีคุณสมบัติคงตัว และละลายน้ำได้ง่าย สารละลายในน้ำของ CMC เป็นของเหลวใสหนืด เป็นกลางหรือด่าง ละลายได้ในกาวและเรซินที่ละลายน้ำได้อื่นๆ แต่ไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทานอล CMC สามารถใช้เป็นกาว สารเพิ่มความหนืด สารแขวนลอย อิมัลซิไฟเออร์ สารกระจายตัว สารทำให้คงตัว สารปรับขนาด ฯลฯ

โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณการผลิตมากที่สุด ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด และสะดวกต่อการใช้งานมากที่สุดในกลุ่มเซลลูโลสอีเทอร์ ซึ่งโดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อ "โมโนโซเดียมกลูตาเมตอุตสาหกรรม"

1. ใช้สำหรับการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ การขุดบ่อ และโครงการอื่นๆ

① โคลนที่มีส่วนผสมของ CMC สามารถทำให้ผนังบ่อเกิดเป็นชั้นกรองที่บางและแข็งแรง มีการซึมผ่านต่ำ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียน้ำ

② หลังจากเติม CMC ลงในโคลนแล้ว แท่นขุดเจาะจะได้รับแรงเฉือนเริ่มต้นที่ต่ำ ทำให้โคลนสามารถปล่อยก๊าซที่กักเก็บไว้ภายในได้ง่าย และในขณะเดียวกัน เศษวัสดุต่างๆ ก็จะถูกกำจัดออกไปในบ่อโคลนได้อย่างรวดเร็ว

③น้ำโคลนเจาะ เช่นเดียวกับสารแขวนลอยอื่นๆ มีระยะเวลาการคงอยู่จำกัด และการเติม CMC สามารถทำให้มีความเสถียรและยืดระยะเวลาการคงอยู่ได้นานขึ้น

④ โคลนที่มีส่วนผสมของ CMC มักไม่ได้รับผลกระทบจากเชื้อรา ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องรักษาระดับ pH ให้สูงและใช้สารกันบูด

⑤ มีส่วนประกอบของ CMC ซึ่งเป็นสารบำบัดในของเหลวล้างโคลนเจาะ ที่สามารถต้านทานมลภาวะจากเกลือละลายต่างๆ ได้

⑥ โคลนที่มีส่วนผสมของ CMC มีความเสถียรดีและสามารถลดการสูญเสียน้ำได้แม้ในอุณหภูมิที่สูงกว่า 150℃

CMC ที่มีความหนืดสูงและมีอัตราการแทนที่สูงเหมาะสำหรับโคลนที่มีความหนาแน่นต่ำ และ CMC ที่มีความหนืดต่ำและมีอัตราการแทนที่สูงเหมาะสำหรับโคลนที่มีความหนาแน่นสูง การเลือกใช้ CMC ควรพิจารณาตามเงื่อนไขต่างๆ เช่น ประเภทของโคลน ภูมิภาค และความลึกของบ่อ

2. ใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ การพิมพ์ และการย้อมสี อุตสาหกรรมสิ่งทอใช้ CMC เป็นสารปรับขนาดเส้นด้ายสำหรับเส้นด้ายบางๆ เช่น ฝ้าย ไหม ขนสัตว์ เส้นใยเคมี เส้นใยผสม และวัสดุที่แข็งแรงอื่นๆ

3. ในอุตสาหกรรมกระดาษ CMC สามารถใช้เป็นสารปรับผิวเรียบและสารปรับขนาดผิวในอุตสาหกรรมกระดาษได้ การเติม CMC 0.1% ถึง 0.3% ลงในเยื่อกระดาษสามารถเพิ่มความแข็งแรงดึงของกระดาษได้ 40% ถึง 50% เพิ่มความแข็งแรงในการแตกหักจากการอัดได้ 50% และเพิ่มความสามารถในการนวดได้ 4 ถึง 5 เท่า

4. CMC สามารถใช้เป็นสารดูดซับสิ่งสกปรกเมื่อเติมลงในผงซักฟอกสังเคราะห์ ในอุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ในชีวิตประจำวัน เช่น ยาสีฟัน สารละลาย CMC กลีเซอรีนในน้ำจะใช้เป็นฐานสำหรับยาสีฟัน ในอุตสาหกรรมยาจะใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดและสารทำให้เกิดอิมัลชัน นอกจากนี้ สารละลาย CMC ในน้ำยังใช้เพิ่มความหนืดและใช้ในการแปรรูปแร่ลอยตัว เป็นต้น

5. ในอุตสาหกรรมเซรามิก สามารถใช้เป็นกาว สารเพิ่มความยืดหยุ่น สารแขวนลอยสำหรับเคลือบ สารช่วยคงสี ฯลฯ

6. ใช้ในงานก่อสร้างเพื่อเพิ่มการกักเก็บน้ำและความแข็งแรง

7. มีการใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมอาหารใช้ CMC ในปริมาณสูงเป็นสารเพิ่มความข้นสำหรับไอศกรีม อาหารกระป๋อง บะหมี่กึ่งสำเร็จรูป และสารช่วยให้เกิดฟองในเบียร์ เป็นต้น ใช้เป็นสารเพิ่มความข้น สารยึดเกาะ หรือสารช่วยในการผลิต

8. อุตสาหกรรมยาเลือกใช้ CMC ที่มีความหนืดเหมาะสม เพื่อใช้เป็นสารยึดเกาะ สารช่วยแตกตัว และสารแขวนลอยสำหรับยาเม็ด