Cal é a relación entre o DS e o peso molecular do CMC de sodio

A carboximetil celulosa sódica (CMC) é un polímero soluble en auga versátil derivado da celulosa, un polisacárido natural que se atopa nas paredes celulares das plantas.É amplamente utilizado en varias industrias, incluíndo alimentos, produtos farmacéuticos, cosméticos, téxtiles e perforación petrolífera, debido ás súas propiedades e funcionalidades únicas.

Estrutura e propiedades do CMC de sodio:

A CMC sintetízase pola modificación química da celulosa, onde os grupos carboximetilo (-CH2-COOH) introdúcense no esqueleto da celulosa mediante reaccións de eterificación ou esterificación.O grao de substitución (DS) refírese ao número medio de grupos carboximetilo por unidade de glicosa na cadea de celulosa.Os valores de DS normalmente oscilan entre 0,2 e 1,5, dependendo das condicións de síntese e das propiedades desexadas do CMC.

O peso molecular da CMC refírese ao tamaño medio das cadeas de polímero e pode variar significativamente dependendo de factores como a fonte de celulosa, o método de síntese, as condicións de reacción e as técnicas de purificación.O peso molecular caracterízase a miúdo por parámetros como o peso molecular medio numérico (Mn), o peso molecular medio en peso (Mw) e o peso molecular medio da viscosidade (Mv).

Síntese de CMC de sodio:

A síntese de CMC normalmente implica a reacción da celulosa con hidróxido de sodio (NaOH) e ácido cloroacético (ClCH2COOH) ou o seu sal de sodio (NaClCH2COOH).A reacción transcorre por substitución nucleófila, onde os grupos hidroxilo (-OH) da columna vertebral da celulosa reaccionan con grupos cloroacetilo (-ClCH2COOH) para formar grupos carboximetilo (-CH2-COOH).

O DS de CMC pódese controlar axustando a relación molar de ácido cloroacético á celulosa, o tempo de reacción, a temperatura, o pH e outros parámetros durante a síntese.Os valores de DS máis altos adoitan conseguirse con concentracións máis altas de ácido cloroacético e tempos de reacción máis longos.

O peso molecular da CMC está influenciado por varios factores, incluíndo a distribución do peso molecular do material de celulosa de partida, o grao de degradación durante a síntese e o grao de polimerización das cadeas de CMC.Diferentes métodos de síntese e condicións de reacción poden dar lugar a CMC con diferentes distribucións de peso molecular e tamaños medios.

Relación entre DS e peso molecular:

A relación entre o grao de substitución (DS) e o peso molecular da carboximetil celulosa sódica (CMC) é complexa e está influenciada por múltiples factores relacionados coa síntese, a estrutura e as propiedades de CMC.

1. Efecto do DS no peso molecular:
   • Os valores de DS máis altos corresponden xeralmente a pesos moleculares máis baixos de CMC.Isto débese a que os valores de DS máis altos indican un maior grao de substitución dos grupos carboximetilo na columna vertebral de celulosa, o que leva a cadeas poliméricas máis curtas e pesos moleculares máis baixos en media.
   • A introdución de grupos carboximetilo interrompe os enlaces de hidróxeno intermoleculares entre as cadeas de celulosa, o que produce a escisión e a fragmentación da cadea durante a síntese.Este proceso de degradación pode levar a unha redución do peso molecular da CMC, particularmente a valores de DS máis altos e reaccións máis extensas.
   • Pola contra, os valores de DS máis baixos están asociados con cadeas poliméricas máis longas e pesos moleculares máis altos en media.Isto débese a que os graos máis baixos de substitución dan lugar a menos grupos carboximetilo por unidade de glicosa, o que permite que os segmentos máis longos das cadeas de celulosa non modificadas permanezan intactos.
2. Efecto do peso molecular na DS:
   • O peso molecular da CMC pode influír no grao de substitución alcanzado durante a síntese.Os pesos moleculares máis altos da celulosa poden proporcionar sitios máis reactivos para as reaccións de carboximetilación, o que permite conseguir un maior grao de substitución en determinadas condicións.
   • Non obstante, pesos moleculares excesivamente elevados da celulosa tamén poden dificultar a accesibilidade dos grupos hidroxilo para as reaccións de substitución, o que leva a unha carboximetilación incompleta ou ineficiente e valores de DS máis baixos.
   • Ademais, a distribución do peso molecular do material de celulosa de partida pode afectar a distribución dos valores de DS no produto CMC resultante.As heteroxeneidades no peso molecular poden producir variacións na reactividade e na eficiencia da substitución durante a síntese, o que leva a un rango máis amplo de valores de DS no produto CMC final.

Impacto do DS e do peso molecular nas propiedades e aplicacións do CMC:

1. Propiedades reolóxicas:
   • O grao de substitución (DS) e o peso molecular do CMC poden influír nas súas propiedades reolóxicas, incluíndo a viscosidade, o comportamento de adelgazamento por cizallamento e a formación de xel.
   • Os valores de DS máis altos xeralmente dan lugar a viscosidades máis baixas e un comportamento máis pseudoplástico (dilución por cizallamento) debido ás cadeas de polímero máis curtas e á redución do enredo molecular.
   • Pola contra, os valores de DS máis baixos e os pesos moleculares máis altos tenden a aumentar a viscosidade e mellorar o comportamento pseudoplástico das solucións CMC, o que leva a mellorar as propiedades de espesamento e suspensión.
2. Solubilidade en auga e comportamento de inchazo:
   • CMC con valores de DS máis altos tende a mostrar unha maior solubilidade en auga e taxas de hidratación máis rápidas debido á maior concentración de grupos carboximetil hidrófilos ao longo das cadeas de polímero.
   • Porén, valores de DS excesivamente altos tamén poden producir unha solubilidade en auga reducida e un aumento da formación de xel, especialmente a altas concentracións ou en presenza de catións multivalentes.
   • O peso molecular do CMC pode afectar o seu comportamento de inchazo e as propiedades de retención de auga.Os pesos moleculares máis altos xeralmente dan como resultado taxas de hidratación máis lentas e unha maior capacidade de retención de auga, o que pode ser vantaxoso en aplicacións que requiren liberación sostida ou control da humidade.
3. Propiedades de formación de película e barreira:
   • As películas CMC formadas a partir de solucións ou dispersións presentan propiedades de barreira contra o osíxeno, a humidade e outros gases, polo que son adecuadas para aplicacións de envasado e revestimento.
   • O DS e o peso molecular do CMC poden influír na resistencia mecánica, flexibilidade e permeabilidade das películas resultantes.Valores de DS máis altos e pesos moleculares máis baixos poden dar lugar a películas con menor resistencia á tracción e maior permeabilidade debido a cadeas de polímero máis curtas e interaccións intermoleculares reducidas.
4. Aplicacións en varias industrias:
   • CMC con diferentes valores DS e pesos moleculares atopa aplicacións en varias industrias, incluíndo alimentos, produtos farmacéuticos, cosméticos, téxtiles e perforación petrolífera.
   • Na industria alimentaria, o CMC úsase como espesante, estabilizador e emulsionante en produtos como salsas, aderezos e bebidas.A elección do grao CMC depende da textura desexada, a sensación en boca e os requisitos de estabilidade do produto final.
   • Nas formulacións farmacéuticas, a CMC serve como aglutinante, desintegrante e axente formador de película en comprimidos, cápsulas e suspensións orais.O DS e o peso molecular do CMC poden influír na cinética de liberación do fármaco, na biodisponibilidade e no cumprimento do paciente.
   • Na industria cosmética, a CMC úsase en cremas, loções e produtos para o coidado do cabelo como espesante, estabilizador e hidratante.A elección do grao CMC depende de factores como a textura, a capacidade de untar e os atributos sensoriais.
   • Na industria de perforación petrolífera, CMC úsase en fluídos de perforación como viscosificador, axente de control de perdas de fluído e inhibidor de xisto.O DS e o peso molecular do CMC poden afectar o seu rendemento para manter a estabilidade do pozo, controlar a perda de fluídos e inhibir o inchazo da arxila.

Conclusión:

A relación entre o grao de substitución (DS) e o peso molecular da carboximetil celulosa sódica (CMC) é complexa e está influenciada por múltiples factores relacionados coa síntese, a estrutura e as propiedades de CMC.Os valores de DS máis altos corresponden xeralmente a pesos moleculares máis baixos de CMC, mentres que os valores de DS máis baixos e os pesos moleculares máis altos tenden a producir cadeas de polímero máis longas e pesos moleculares máis elevados en media.Comprender esta relación é fundamental para optimizar as propiedades e o rendemento de CMC en varias aplicacións en industrias, incluíndo alimentos, produtos farmacéuticos, cosméticos, téxtiles e perforación de petróleo.Son necesarios máis esforzos de investigación e desenvolvemento para dilucidar os mecanismos subxacentes e optimizar a síntese e caracterización de CMC con distribucións de peso molecular e DS adaptadas para aplicacións específicas.