Karboksimetilceliuliozė (CMC) ir metilceliuliozė (MC) yra du celiuliozės dariniai, plačiai naudojami daugelyje pramonės šakų. Nors abu jie yra gauti iš natūralios celiuliozės, dėl skirtingų cheminės modifikacijos procesų CMC ir MC turi didelių skirtumų cheminės struktūros, fizikinių ir cheminių savybių bei taikymo sričių atžvilgiu.
1. Šaltinis ir pagrindinė apžvalga
Karboksimetilceliuliozė (KMC) gaunama natūralią celiuliozę reaguojant su chloracto rūgštimi po apdorojimo šarmu. Tai anijoninis vandenyje tirpus celiuliozės darinys. KMC paprastai yra natrio druskos pavidalu, todėl ji dar vadinama natrio karboksimetilceliuliozė (Na-CMC). Dėl gero tirpumo ir klampumo reguliavimo funkcijos KMC plačiai naudojama maisto, farmacijos, naftos gręžimo, tekstilės ir popieriaus pramonėje.
Metilceliuliozė (MC) gaunama metilinant celiuliozę metilchloridu (arba kitais metilinimo reagentais). Tai nejoninis celiuliozės darinys. MC pasižymi terminio gelio savybėmis, tirpalas kietėja kaitinamas ir ištirpsta atvėsinamas. Dėl savo unikalių savybių MC plačiai naudojama statybinėse medžiagose, farmacijos preparatuose, dangose, maisto ir kitose pramonės šakose.
2. Cheminė struktūra
Pagrindinė CMC struktūra yra karboksimetilo grupės (–CH2COOH) įvedimas į celiuliozės β-1,4-gliukozidinio ryšio gliukozės vienetą. Ši karboksilo grupė daro jį anijoniniu. CMC molekulinėje struktūroje yra daug natrio karboksilato grupių. Šios grupės lengvai disocijuojasi vandenyje, todėl CMC molekulės įkraunamos neigiamai, todėl gerai tirpsta vandenyje ir turi tirštinimo savybių.
MC molekulinė struktūra yra metoksi grupių (–OCH3) įvedimas į celiuliozės molekules, ir šios metoksi grupės pakeičia dalį hidroksilo grupių celiuliozės molekulėse. MC struktūroje nėra jonizuotų grupių, todėl ji yra nejoninė, o tai reiškia, kad tirpale ji nedisocijuoja ir neįsielektrina. Unikalios jos terminio gelio savybės atsiranda dėl šių metoksi grupių buvimo.
3. Tirpumas ir fizikinės savybės
KMC gerai tirpsta vandenyje ir greitai ištirpsta šaltame vandenyje, sudarydamas skaidrų klampų skystį. Kadangi tai yra anijoninis polimeras, KMC tirpumui įtakos turi vandens joninė stiprybė ir pH vertė. Didelės druskos ar stiprios rūgštinės aplinkos sąlygomis KMC tirpumas ir stabilumas sumažėja. Be to, KMC klampumas yra gana stabilus skirtingose temperatūrose.
MC tirpumas vandenyje priklauso nuo temperatūros. Jis gali būti ištirpintas šaltame vandenyje, tačiau kaitinamas sudaro gelį. Ši terminio gelio savybė leidžia MC atlikti specialias funkcijas maisto pramonėje ir statybinių medžiagų gamyboje. MC klampumas mažėja kylant temperatūrai, be to, jis pasižymi geru atsparumu fermentiniam skaidymui ir stabilumu.
4. Klampumo charakteristikos
CMC klampumas yra viena iš svarbiausių jo fizikinių savybių. Klampumas yra glaudžiai susijęs su jo molekuline mase ir pakeitimo laipsniu. CMC tirpalo klampumą galima lengvai reguliuoti, paprastai esant mažai koncentracijai (1–2 %) jis tampa didesnis, todėl dažnai naudojamas kaip tirštiklis, stabilizatorius ir suspensijos agentas.
MC klampumas taip pat susijęs su jo molekuline mase ir pakeitimo laipsniu. Skirtingo pakeitimo laipsnio MC pasižymi skirtingomis klampumo savybėmis. MC taip pat gerai tirština tirpalą, tačiau kaitinamas iki tam tikros temperatūros MC tirpalas sustingsta. Ši stingimo savybė plačiai naudojama statybų pramonėje (pvz., gipso, cemento) ir maisto perdirbimo pramonėje (pvz., tirštinimui, plėvelės formavimui ir kt.).
5. Taikymo sritys
CMC maisto pramonėje dažniausiai naudojamas kaip tirštiklis, emulsiklis, stabilizatorius ir suspensijų formavimo medžiaga. Pavyzdžiui, leduose, jogurte ir vaisių gėrimuose CMC gali veiksmingai užkirsti kelią ingredientų atsiskyrimui ir pagerinti produkto skonį bei stabilumą. Naftos pramonėje CMC naudojamas kaip purvo apdorojimo medžiaga, padedanti kontroliuoti gręžimo skysčių takumą ir skysčių nuostolius. Be to, CMC taip pat naudojamas celiuliozės modifikavimui popieriaus pramonėje ir kaip klijavimo medžiaga tekstilės pramonėje.
MC plačiai naudojamas statybų pramonėje, ypač sausuose skiediniuose, plytelių klijuose ir glaisto milteliuose. Kaip tirštiklis ir vandenį sulaikanti medžiaga, MC gali pagerinti konstrukcijos eksploatacines savybes ir sukibimo stiprumą. Farmacijos pramonėje MC naudojamas kaip tablečių rišiklis, pailginto atpalaidavimo medžiagos ir kapsulių sienelių medžiagos. Dėl savo termostingimo savybių tam tikrose formulėse MC taip pat naudojamas maisto pramonėje kaip tirštiklis, stabilizatorius ir emulsiklis maistui, pavyzdžiui, padažams, įdarams, duonai ir kt.
6. Saugumas ir biologinis skaidumas
CMC laikomas saugiu maisto priedu. Išsamūs toksikologiniai tyrimai parodė, kad rekomenduojamomis dozėmis CMC yra nekenksmingas žmogaus organizmui. Kadangi CMC yra natūralios celiuliozės pagrindu pagamintas darinys ir gerai biologiškai skaidomas, jis yra gana draugiškas aplinkai ir gali būti skaidomas mikroorganizmų.
MC taip pat laikomas saugiu priedu ir plačiai naudojamas vaistuose, maisto produktuose ir kosmetikoje. Dėl nejoninės prigimties jis yra labai stabilus in vivo ir in vitro. Nors MC nėra toks biologiškai skaidus kaip CMC, tam tikromis sąlygomis jį taip pat gali skaidyti mikroorganizmai.
Nors karboksimetilceliuliozė ir metilceliuliozė yra gaunamos iš natūralios celiuliozės, praktiniame pritaikyme jos pasižymi skirtingomis savybėmis dėl skirtingų cheminių struktūrų, fizinių savybių ir pritaikymo sričių. CMC plačiai naudojama maisto, farmacijos ir pramonės srityse dėl gero tirpumo vandenyje, tirštinimo ir suspensijos savybių, o MC užima svarbią vietą statybų, farmacijos ir maisto pramonės srityse dėl savo terminio gelio savybių ir stabilumo. Abi medžiagos turi unikalų pritaikymą šiuolaikinėje pramonėje ir abi yra ekologiškos ir aplinkai nekenksmingos medžiagos.
Įrašo laikas: 2024 m. spalio 18 d.