Karboksymetyloceluloza sodowa jest szeroko stosowana w przemyśle, farmacji i produkcji żywności. Związek ten powstaje na bazie drewna i jest materiałem biologicznie obojętnym, czyli nie uczestniczy w procesach fizjologicznych. Dzięki specjalnym właściwościom roztworów z tym składnikiem możliwa jest regulacja lepkości substancji oraz innych parametrów technicznych.
Opis
Karboksymetyloceluloza sodu (CMC) to sól sodowa kwasu glikolowego celulozy. Nazwa chemiczna związku według nomenklatury IUPAC: poli-1,4-β-O-karboksymetylo-D-piranozylo-D-glikopiranoza sodowa.
Wzór empiryczny technicznej soli sodowej karboksymetylocelulozy: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . W tym wyrażeniu x jest stopniem podstawienia grup CH2-COOH, a n jest stopniem polimeryzacji.
Wzór strukturalny pokazano na poniższym rysunku.
Właściwości
Z wyglądu techniczna karboksymetyloceluloza sodowa to sproszkowany, drobnoziarnisty lub bezwonny materiał włóknisty o gęstości nasypowej 400–800 kg/m3.
Na-CMC ma następujące cechy:
-
masa cząsteczkowa związku – [236];
- rozpuszcza się szybko zarówno w gorącej, jak i zimnej wodzie, nierozpuszczalny w olejach mineralnych i płynach organicznych;
- tworzy filmy odporne na oleje, smary i rozpuszczalniki organiczne;
- zwiększa lepkość roztworów i czyni je tiksotropowymi - wraz ze wzrostem działania mechanicznego następuje spadek oporów przepływu;
- dobrze pochłania parę wodną z powietrza, dlatego substancja musi być przechowywana w suchych pomieszczeniach (w normalnych warunkach zawiera 9-11% wilgoci);
- związek jest nietoksyczny, niewybuchowy, ale może się zapalić w stanie zapylenia (temperatura samozapłonu +212 °C);
- wykazuje właściwości anionowego polielektrolitu w roztworach.
Gdy zmienia się temperatura, lepkość laboratoryjna karboksymetylocelulozy sodowej w roztworach znacznie się zmienia. To jedna z najważniejszych cech tego związku, która decyduje o zakresie jego zastosowania. Wysoki stopień polimeryzacji zapewnia wysoką lepkość i odwrotnie. Przy pH<6 lub wyższym niż 9, zmniejszony opór przepływuznacznie spada. Dlatego zaleca się stosowanie tej soli w środowisku obojętnym i lekko zasadowym. Zmiany lepkości w normalnych warunkach są odwracalne.
Karboksymetyloceluloza sodowa jest również kompatybilna chemicznie z wieloma innymi substancjami (skrobia, żelatyna, gliceryna, żywice rozpuszczalne w wodzie, lateksy). Po podgrzaniu do temperatury powyżej 200 °C sól rozkłada się na węglan sodu.
Głównym czynnikiem wpływającym na właściwości tego związku jest stopień polimeryzacji. Rozpuszczalność, stabilność, właściwości mechaniczne i higroskopijność zależą od masy cząsteczkowej. Substancja jest produkowana w siedmiu klasach w zależności od stopnia polimeryzacji i dwóch klasach w zależności od zawartości substancji głównej.
Odbierz
Karboksymetyloceluloza sodowa jest produkowana komercyjnie od 1946 roku. Produkcja CMC stanowi obecnie co najmniej 47% wszystkich eterów celulozy.
Głównym surowcem do syntezy tego związku jest celuloza drzewna, najpowszechniejszy polimer organiczny. Jego zalety to niska cena, biodegradowalność, brak toksyczności oraz łatwość technologii przetwarzania.
Karboksymetylocelulozę sodową otrzymuje się w reakcji alkalicznej celulozy z C₂H₃ClO₂ (kwasem monochlorooctowym) lub jego solą sodową. W ostatnich latach trwają prace nad znalezieniem nowych źródeł pozyskiwania surowców (len, słoma, zboża, juta, sizal i inne), gdyż zapotrzebowanie na ten surowiec stale rośnie. Mycie służy do poprawy jakości substancji.gotową sól z zanieczyszczeń, aktywuj celulozę lub działaj na nią promieniowaniem mikrofalowym.
Karboksymetyloceluloza sodowa: zastosowania przemysłowe
Ze względu na swoje specjalne właściwości, CMC jest używany do następujących celów:
- zagęszczanie różnych preparatów, żelowanie;
- wiązanie drobnych cząstek w filmach farby (tworzenie filmu);
- stosować jako środek zatrzymujący wodę;
- stabilizacja właściwości fizycznych i chemicznych;
- zwiększenie lepkości roztworów w celu równomiernego rozprowadzenia ich składników;
- modyfikacja reologiczna;
- zapobieganie koagulacji (adhezji zawieszonych cząstek).
Jednym z największych użytkowników karboksymetylocelulozy sodowej jest przemysł naftowy i gazowy, w którym związek ten jest używany do poprawy wydajności płuczek wiertniczych.
Substancja jest również używana do wytwarzania następujących produktów technicznych:
- detergenty;
- produkty poligraficzne;
- zaprawy budowlane do prac wykończeniowych;
- kleje, materiały klejące;
- suche mieszanki budowlane, cement (aby zapobiec pękaniu);
- materiały do malowania;
- smarowanie-chłodziwa;
- środek do utwardzania szyn;
- powlekanie elektrod spawalniczych i innych.
Karboksymetyloceluloza sodowa jest stosowana do stabilizacji piany w przemyśle przeciwpożarowym, spożywczym, przy produkcji perfum i ceramiki. Technicy szacują, że związek ten jest używany w ponad 200 dziedzinach inżynierii i medycyny.
Powłoki ochronne
Jednym z obiecujących kierunków jest wprowadzenie nanocząstek zsyntetyzowanych z zawiesin CMC jako dodatków-stabilizatorów w powłokach odpornych na korozję. Pozwala to na zmianę struktury polimerów, zwiększenie przyczepności do materiału bazowego, poprawę właściwości fizycznych i mechanicznych powłoki bez znaczącego wzrostu kosztów kompozycji. Nanocząstki tworzą mikroklastra, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie kompozytów o cennych właściwościach technicznych.
Zaletą tego suplementu jest również to, że jest przyjazny dla środowiska i biodegradowalny. Jego produkcja nie wymaga stosowania rozpuszczalników organicznych, dzięki czemu zmniejsza się ryzyko zanieczyszczenia ścieków i atmosfery, nie ma potrzeby stosowania specjalistycznego sprzętu oraz wysokiego zakresu temperatur.
Suplement diety
Sól sodowa karboksymetylocelulozy jest stosowana jako dodatek do żywności (E-466) w stężeniu nie większym niż 8 g/kg. Substancja pełni kilka funkcji w produktach:
- zagęszczanie;
- właściwości stabilizujące;
- przytrzymajwilgoć;
- przedłużenie okresu przydatności do spożycia;
- zachowanie błonnika pokarmowego po rozmrożeniu.
Najczęściej ten związek jest dodawany do fast foodów, lodów, wyrobów cukierniczych, marmolady, galaretki, sera topionego, margaryny, jogurtu, konserw rybnych.
Medycyna i kosmetologia
W przemyśle farmaceutycznym sól sodowa karboksymetylocelulozy jest stosowana w grupach leków, takich jak:
- krople do oczu, roztwory do wstrzykiwań - w celu przedłużenia efektu terapeutycznego;
- Osłonki tabletek - do regulacji uwalniania substancji czynnej;
- emulsje, żele i maści - do stabilizacji substancji formujących;
- środki zobojętniające kwasy - jako składniki jonowymienne i kompleksujące.
W produkcji artykułów higienicznych i kosmetycznych związek ten jest używany jako składnik past do zębów, szamponów, żeli do golenia i pod prysznic oraz kremów. Główną funkcją jest stabilizacja właściwości i poprawa tekstury.
Wpływ na ludzi i zwierzęta
Karboksymetyloceluloza sodu jest hipoalergiczna, nieaktywna biologicznie, nie ma działania rakotwórczego i nie zaburza funkcji rozrodczych organizmów żywych. Stosowanie jako dodatków do żywności w bezpiecznym stężeniu nie prowadzi do negatywnych konsekwencji. Pył związku może powodować podrażnienie, jeśli dostanie się do oczu i górnych dróg oddechowych (MACaerozol wynosi 10 mg/m3).
Folie zawierające sól sodową uwalniają substancję czynną w alkalicznym środowisku jelita. Związek jest wydalany z organizmu człowieka i zwierząt w niezmienionej postaci. W zbiornikach wodnych do celów gospodarczych substancja należy do trzeciej klasy zagrożenia (umiarkowanie niebezpieczna). MPC w tym przypadku wynosi 2 mg/l.
