Карбоксиметилцелюлоза (CMC) - це водорозчинний полімер, отриманий з целюлози, яка є найпоширенішим органічним полімером на Землі. CMC виробляється шляхом хімічної модифікації целюлози, як правило, з деревної маси або бавовняного лінту. Він широко використовується в широкому діапазоні застосувань завдяки своїм унікальним властивостям, включаючи здатність утворювати в’язкі розчини та гелі, здатність зв’язувати воду та здатність до біологічного розкладання.
Хімічна будова та виробництво
Хімічна структура CMC складається з целюлозних ланцюгів з карбоксиметильними групами (-CH2-COOH), приєднаними до деяких гідроксильних груп (-OH) на мономерах глюкози. Цей процес заміщення включає обробку целюлози хлороцтовою кислотою в лужному середовищі, що призводить до утворення натрійкарбоксиметилцелюлози. Ступінь заміщення (DS) відноситься до середньої кількості гідроксильних груп на одиницю глюкози, які були замінені карбоксиметильними групами, при цьому DS від 0,4 до 1,4 є загальним для більшості застосувань.
Процес виробництва КМЦ складається з декількох етапів:
Підщелачування: целюлозу обробляють сильною основою, зазвичай гідроксидом натрію, для утворення лужної целюлози.
Етерифікація: лужна целюлоза потім реагує з хлороцтовою кислотою, що призводить до заміщення гідроксильних груп карбоксиметильними групами.
Очищення: неочищену CMC промивають і очищають для видалення побічних продуктів і надлишку реагентів.
Висушування та подрібнення: очищену CMC сушать і подрібнюють для отримання бажаного розміру частинок.
Властивості
КМЦ відома своїми винятковими властивостями, які роблять її корисною в різних галузях промисловості:
Розчинність у воді: CMC легко розчиняється у воді, утворюючи прозорі в’язкі розчини.
Модуляція в'язкості: в'язкість розчинів CMC можна регулювати шляхом зміни концентрації та молекулярної маси, що робить його корисним для згущення та стабілізації.
Утворення плівки: може утворювати міцні гнучкі плівки при висиханні з розчину.
Адгезивні властивості: КМЦ демонструє хороші адгезійні властивості, які є корисними для таких застосувань, як клеї та покриття.
Здатність до біологічного розкладання: будучи отриманим із натуральної целюлози, КМЦ піддається біологічному розкладанню, що робить його екологічно чистим.
Харчова промисловість
КМЦ широко використовується як харчова добавка (Е466) завдяки своїй здатності змінювати в'язкість і стабілізувати емульсії в різних харчових продуктах. Він діє як загусник, стабілізатор і емульгатор у таких продуктах, як морозиво, молочні продукти, хлібобулочні вироби та заправки для салатів. Наприклад, у морозиві CMC допомагає запобігти утворенню кристалів льоду, завдяки чому текстура стає більш гладкою.
Фармацевтика та косметика
У фармацевтичній промисловості КМЦ використовується як сполучна речовина в таблетках, дезінтегрант і підсилювач в’язкості в суспензіях і емульсіях. Він також діє як стабілізатор у лосьйонах, кремах і гелях у косметичній промисловості. Його нетоксичний і не подразнюючий характер робить його придатним для використання в цих продуктах.
Папір і текстиль
CMC використовується в паперовій промисловості як проклеювальний агент для покращення міцності та здатності до друку паперу. У текстилі він використовується як загусник у процесах фарбування та як компонент паст для текстильного друку, покращуючи однорідність і якість відбитків.
Миючі та чистячі засоби
У миючих засобах CMC служить агентом, що призупиняє забруднення, запобігаючи повторному відкладенню бруду на тканинах під час прання. Він також покращує ефективність рідких миючих засобів, підвищуючи їх в’язкість і стабільність.
Буріння та видобуток нафти
CMC використовується в бурових розчинах для контролю в’язкості та як модифікатор реології для підтримки стабільності бурового розчину, запобігання обвалення свердловин і полегшення видалення шламу. У гірничій справі він використовується як флотаційний агент і флокулянт.
Будівництво та кераміка
У будівельній промисловості КМЦ використовується в цементних і будівельних розчинах для покращення водоутримання та працездатності. У кераміці він діє як сполучна речовина та пластифікатор у керамічних пастах, покращуючи їх властивості формування та висихання.
Міркування щодо навколишнього середовища та безпеки
Регуляторні органи, такі як FDA, зазвичай вважають CMC безпечним (GRAS). Він нетоксичний, не викликає алергії та біологічно розкладається, що робить його екологічно чистим. Однак виробничий процес включає хімічні речовини, з якими потрібно поводитися обережно, щоб запобігти забрудненню навколишнього середовища. Належна утилізація та обробка відходів є важливими для мінімізації впливу на навколишнє середовище.
Інновації та напрямки майбутнього
Останні досягнення в області CMC включають розробку модифікованого CMC з покращеними властивостями для конкретних застосувань. Наприклад, КМЦ із спеціальною молекулярною масою та ступенем заміщення може запропонувати покращену продуктивність у системах доставки ліків або як пакувальні матеріали на біологічній основі. Крім того, поточні дослідження вивчають використання CMC у нових сферах, таких як тканинна інженерія та біодрук, де його біосумісність і здатність до гелеутворення можуть бути дуже корисними.
Карбоксиметилцелюлоза є універсальним і цінним матеріалом із широким спектром застосування в різних галузях промисловості. Його унікальні властивості, включаючи розчинність у воді, модуляцію в’язкості та здатність до біологічного розкладання, роблять його важливим інгредієнтом багатьох продуктів. Завдяки постійному прогресу у виробництві та модифікації, CMC готова відігравати все більш важливу роль як у традиційних, так і в нових сферах, сприяючи технологічному прогресу та зусиллям щодо сталого розвитку.
Час публікації: 6 червня 2024 р