Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и метилцеллюлоза (МЦ) — два производных целлюлозы, широко используемых во многих отраслях промышленности. Хотя обе они получены из натуральной целлюлозы, из-за различных процессов химической модификации КМЦ и МЦ имеют существенные различия в химической структуре, физических и химических свойствах и областях применения.
1. Источник и базовый обзор
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) получается путем реакции натуральной целлюлозы с хлоруксусной кислотой после щелочной обработки. Это анионное водорастворимое производное целлюлозы. КМЦ обычно существует в форме натриевой соли, поэтому ее также называют натриевой карбоксиметилцеллюлозой (Na-КМЦ). Благодаря хорошей растворимости и функции регулирования вязкости КМЦ широко используется в пищевой, фармацевтической, нефтедобывающей, текстильной и бумажной промышленности.
Метилцеллюлоза (МЦ) получается путем метилирования целлюлозы метилхлоридом (или другими метилирующими реагентами). Это неионное производное целлюлозы. МЦ обладает свойствами термического геля, раствор затвердевает при нагревании и растворяется при охлаждении. Благодаря своим уникальным свойствам МЦ широко используется в строительных материалах, фармацевтических препаратах, покрытиях, пищевой и других отраслях промышленности.
2. Химическая структура
Основная структура КМЦ представляет собой введение карбоксиметильной группы (–CH2COOH) в глюкозную единицу β-1,4-глюкозидной связи целлюлозы. Эта карбоксильная группа делает ее анионной. Молекулярная структура КМЦ имеет большое количество групп карбоксилата натрия. Эти группы легко диссоциируют в воде, делая молекулы КМЦ отрицательно заряженными, тем самым придавая ей хорошую растворимость в воде и загущающие свойства.
Молекулярная структура MC представляет собой введение метоксигрупп (–OCH3) в молекулы целлюлозы, и эти метоксигруппы замещают часть гидроксильных групп в молекулах целлюлозы. В структуре MC нет ионизированных групп, поэтому она неионная, то есть не диссоциирует и не заряжается в растворе. Ее уникальные свойства термического геля обусловлены наличием этих метоксигрупп.
3. Растворимость и физические свойства
КМЦ хорошо растворяется в воде и может быстро растворяться в холодной воде, образуя прозрачную вязкую жидкость. Поскольку это анионный полимер, растворимость КМЦ зависит от ионной силы и значения pH воды. В средах с высоким содержанием соли или в условиях сильной кислоты растворимость и стабильность КМЦ снижаются. Кроме того, вязкость КМЦ относительно стабильна при различных температурах.
Растворимость MC в воде зависит от температуры. Он может растворяться в холодной воде, но при нагревании образует гель. Это свойство термического геля позволяет MC выполнять особые функции в пищевой промышленности и производстве строительных материалов. Вязкость MC уменьшается с повышением температуры, и он обладает хорошей устойчивостью к ферментативному расщеплению и стабильностью.
4. Вязкостные характеристики
Вязкость КМЦ является одним из ее важнейших физических свойств. Вязкость тесно связана с ее молекулярной массой и степенью замещения. Вязкость раствора КМЦ хорошо регулируется, обычно обеспечивая более высокую вязкость при низкой концентрации (1%-2%), поэтому ее часто используют в качестве загустителя, стабилизатора и суспендирующего агента.
Вязкость MC также связана с его молекулярной массой и степенью замещения. MC с разной степенью замещения имеет разные характеристики вязкости. MC также обладает хорошим загущающим эффектом в растворе, но при нагревании до определенной температуры раствор MC загустевает. Это свойство загустевания широко используется в строительной промышленности (например, гипс, цемент) и пищевой промышленности (например, загущение, пленкообразование и т. д.).
5. Области применения
КМЦ обычно используется в качестве загустителя, эмульгатора, стабилизатора и суспендирующего агента в пищевой промышленности. Например, в мороженом, йогурте и фруктовых напитках КМЦ может эффективно предотвращать разделение ингредиентов и улучшать вкус и стабильность продукта. В нефтяной промышленности КМЦ используется в качестве агента для обработки бурового раствора, чтобы помочь контролировать текучесть и водоотдачу буровых растворов. Кроме того, КМЦ также используется для модификации целлюлозы в бумажной промышленности и в качестве проклеивающего агента в текстильной промышленности.
MC широко используется в строительной промышленности, особенно в сухих строительных смесях, плиточных клеях и шпатлевочных порошках. Как загуститель и водоудерживающий агент MC может улучшить строительные характеристики и прочность сцепления. В фармацевтической промышленности MC используется в качестве связующих для таблеток, материалов с пролонгированным высвобождением и материалов для стенок капсул. Его термогелеобразующие свойства обеспечивают контролируемое высвобождение в определенных составах. Кроме того, MC также используется в пищевой промышленности в качестве загустителя, стабилизатора и эмульгатора для пищевых продуктов, таких как соусы, начинки, хлеб и т. д.
6. Безопасность и биоразлагаемость
КМЦ считается безопасной пищевой добавкой. Обширные токсикологические исследования показали, что КМЦ безвредна для организма человека в рекомендуемой дозировке. Поскольку КМЦ является производным на основе натуральной целлюлозы и обладает хорошей биоразлагаемостью, она относительно безопасна для окружающей среды и может разлагаться микроорганизмами.
MC также считается безопасной добавкой и широко используется в медицине, продуктах питания и косметике. Его неионная природа делает его очень стабильным in vivo и in vitro. Хотя MC не так биоразлагаем, как CMC, он также может разрушаться микроорганизмами при определенных условиях.
Хотя карбоксиметилцеллюлоза и метилцеллюлоза оба получены из натуральной целлюлозы, они имеют разные характеристики в практическом применении из-за их различных химических структур, физических свойств и областей применения. КМЦ широко используется в пищевой, фармацевтической и промышленной областях из-за ее хорошей растворимости в воде, загущающих и суспензионных свойств, в то время как МЦ занимает важное место в строительной, фармацевтической и пищевой промышленности из-за ее свойств термогеля и стабильности. Оба имеют уникальные применения в современной промышленности, и оба являются зелеными и экологически чистыми материалами.
Время публикации: 18 октября 2024 г.