Karboksimetilceluloze (CMC) un metilceluloze (MC) ir divi celulozes atvasinājumi, ko plaši izmanto daudzās nozarēs. Lai gan abi ir iegūti no dabiskās celulozes, atšķirīgo ķīmiskās modifikācijas procesu dēļ CMC un MC ir būtiskas atšķirības ķīmiskajā struktūrā, fizikālajās un ķīmiskajās īpašībās, kā arī pielietojuma jomās.
1. Avots un vispārīgs pārskats
Karboksimetilceluloze (CMC) tiek iegūta, dabīgai celulozei reaģējot ar hloretiķskābi pēc apstrādes ar sārmu. Tā ir anjoniska ūdenī šķīstoša celulozes atvasinājums. CMC parasti pastāv nātrija sāls veidā, tāpēc to sauc arī par nātrija karboksimetilcelulozi (Na-CMC). Pateicoties labai šķīdībai un viskozitātes regulēšanas funkcijai, CMC plaši izmanto pārtikas, farmācijas, naftas ieguves, tekstilrūpniecībā un papīra rūpniecībā.
Metilcelulozi (MC) iegūst, metilējot celulozi ar metilhlorīdu (vai citiem metilējošiem reaģentiem). Tas ir nejonu celulozes atvasinājums. MC piemīt termiski gēla īpašības, šķīdums sacietē karsējot un izšķīst atdzesējot. Pateicoties savām unikālajām īpašībām, MC tiek plaši izmantots būvmateriālos, farmaceitiskajos preparātos, pārklājumos, pārtikas un citās nozarēs.
2. Ķīmiskā struktūra
CMC pamatstruktūra ir karboksimetilgrupas (–CH2COOH) ievadīšana celulozes β-1,4-glikozīdu saites glikozes vienībā. Šī karboksilgrupa padara to anjonisku. CMC molekulārajā struktūrā ir liels skaits nātrija karboksilāta grupu. Šīs grupas viegli disociējas ūdenī, padarot CMC molekulas negatīvi lādētas, tādējādi nodrošinot tai labu šķīdību ūdenī un sabiezināšanas īpašības.
MC molekulārā struktūra ir metoksigrupu (–OCH3) ieviešana celulozes molekulās, un šīs metoksigrupas aizstāj daļu no hidroksilgrupām celulozes molekulās. MC struktūrā nav jonizētu grupu, tāpēc tā ir nejoniska, kas nozīmē, ka tā nedisociējas un neuzlādējas šķīdumā. Tās unikālās termiskās želejas īpašības ir saistītas ar šo metoksigrupu klātbūtni.
3. Šķīdība un fizikālās īpašības
CMC labi šķīst ūdenī un var ātri izšķīst aukstā ūdenī, veidojot caurspīdīgu viskozu šķidrumu. Tā kā tas ir anjonu polimērs, CMC šķīdību ietekmē ūdens jonu stiprums un pH vērtība. Augsta sāls satura vai stipri skābā vidē CMC šķīdība un stabilitāte samazinās. Turklāt CMC viskozitāte ir relatīvi stabila dažādās temperatūrās.
MC šķīdība ūdenī ir atkarīga no temperatūras. To var izšķīdināt aukstā ūdenī, bet karsējot tas veido želeju. Šī termiskā želejas īpašība ļauj MC veikt īpašas funkcijas pārtikas rūpniecībā un būvmateriālos. MC viskozitāte samazinās, palielinoties temperatūrai, un tam ir laba izturība pret fermentatīvu degradāciju un stabilitāte.
4. Viskozitātes raksturlielumi
CMC viskozitāte ir viena no tā svarīgākajām fizikālajām īpašībām. Viskozitāte ir cieši saistīta ar tā molekulmasu un aizvietošanas pakāpi. CMC šķīduma viskozitātei ir laba regulējamība, parasti zemā koncentrācijā (1–2%) iegūstot augstāku viskozitāti, tāpēc to bieži izmanto kā biezinātāju, stabilizatoru un suspendējošu līdzekli.
MC viskozitāte ir saistīta arī ar tā molekulmasu un aizvietošanas pakāpi. MC ar dažādu aizvietošanas pakāpi ir atšķirīgas viskozitātes īpašības. MC šķīdumā ir arī laba sabiezināšanas iedarbība, bet, uzkarsējot līdz noteiktai temperatūrai, MC šķīdums veido želeju. Šo želejveida īpašību plaši izmanto būvniecības nozarē (piemēram, ģipša, cementa ražošanā) un pārtikas pārstrādē (piemēram, sabiezināšanai, plēves veidošanai utt.).
5. Pielietojuma jomas
CMC pārtikas rūpniecībā parasti izmanto kā biezinātāju, emulgatoru, stabilizatoru un suspendējošu vielu. Piemēram, saldējumā, jogurtā un augļu dzērienos CMC var efektīvi novērst sastāvdaļu atdalīšanos un uzlabot produkta garšu un stabilitāti. Naftas rūpniecībā CMC izmanto kā dubļu apstrādes līdzekli, lai palīdzētu kontrolēt urbšanas šķidrumu plūstamību un šķidruma zudumus. Turklāt CMC izmanto arī celulozes modifikācijai papīra rūpniecībā un kā līmes piedevu tekstilrūpniecībā.
MC tiek plaši izmantots būvniecības nozarē, īpaši sausajās javās, flīžu līmēs un špakteles pulveros. Kā biezinātājs un ūdens saglabāšanas līdzeklis MC var uzlabot konstrukcijas veiktspēju un saķeres stiprību. Farmācijas rūpniecībā MC tiek izmantots kā tablešu saistvielas, ilgstošas darbības materiāli un kapsulu sienu materiāli. Tā termoželējošs īpašības nodrošina kontrolētu atbrīvošanos noteiktās formulās. Turklāt MC tiek izmantots arī pārtikas rūpniecībā kā biezinātājs, stabilizators un emulgatoriņš pārtikai, piemēram, mērcēm, pildījumiem, maizei utt.
6. Drošība un bioloģiskā noārdīšanās spēja
CMC tiek uzskatīta par drošu pārtikas piedevu. Plaši toksikoloģiskie pētījumi ir pierādījuši, ka CMC ieteicamajā devā ir nekaitīgs cilvēka organismam. Tā kā CMC ir atvasinājums, kura pamatā ir dabīgā celuloze, un tam ir laba bioloģiskā noārdīšanās spēja, tas ir relatīvi draudzīgs videi un to var noārdīt mikroorganismi.
MC tiek uzskatīta arī par drošu piedevu un tiek plaši izmantota medicīnā, pārtikā un kosmētikā. Tā nejonu daba padara to ļoti stabilu gan in vivo, gan in vitro. Lai gan MC nav tik bioloģiski noārdāms kā CMC, to noteiktos apstākļos spēj noārdīt arī mikroorganismi.
Lai gan gan karboksimetilceluloze, gan metilceluloze ir iegūtas no dabiskās celulozes, tām ir atšķirīgas īpašības praktiskajā pielietojumā, pateicoties to atšķirīgajām ķīmiskajām struktūrām, fizikālajām īpašībām un pielietojuma jomām. CMC tiek plaši izmantota pārtikas, farmācijas un rūpniecības nozarēs, pateicoties tās labai šķīdībai ūdenī, sabiezināšanas un suspensijas īpašībām, savukārt MC ieņem svarīgu vietu būvniecības, farmācijas un pārtikas rūpniecībā, pateicoties tās termiski gēla īpašībām un stabilitātei. Abām ir unikāls pielietojums mūsdienu rūpniecībā, un abi ir videi draudzīgi un zaļi materiāli.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 18. oktobris