سدیم کربوکسی متیل سلولز به طور گسترده در صنعت، داروسازی و تولید مواد غذایی استفاده می شود. این ترکیب بر اساس چوب ساخته شده است و از نظر بیولوژیکی یک ماده بی اثر است، یعنی در فرآیندهای فیزیولوژیکی شرکت نمی کند. با توجه به خواص ویژه محلول های دارای این جزء، امکان تنظیم ویسکوزیته مواد و سایر پارامترهای فنی وجود دارد.
شرح
سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) نمک سدیم سلولز گلیکولیک اسید است. نام شیمیایی ترکیب با توجه به نامگذاری IUPAC: poly-1، 4-β-O-carboxymethyl-D-pyranosyl-D-glycopyranose sodium.
فرمول تجربی سدیم کربوکسی متیل سلولز فنی: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . در این عبارت، x درجه جایگزینی برای گروه‌های CH2-COOH، و n درجه پلیمریزاسیون است.
فرمول ساختاری در شکل زیر نشان داده شده است.
خواص
از نظر ظاهری، سدیم کربوکسی متیل سلولز فنی یک ماده فیبری پودری، ریز دانه یا بی بو با چگالی ظاهری 400-800 کیلوگرم بر متر است.3.
Na-CMC دارای ویژگی های زیر است:
-
وزن مولکولی ترکیب - [236];
- به سرعت در آب سرد و گرم حل می شود، نامحلول در روغن های معدنی و مایعات آلی؛
- لایه‌های مقاوم در برابر روغن‌ها، گریس‌ها و حلال‌های آلی تشکیل می‌دهد؛
- ویسکوزیته محلول ها را افزایش می دهد و آنها را تیکسوتروپ می کند - با افزایش عملکرد مکانیکی، مقاومت در برابر جریان کاهش می یابد؛
- بخار آب را از هوا جذب می کند، بنابراین این ماده باید در اتاق های خشک نگهداری شود (در شرایط عادی حاوی 9-11٪ رطوبت است)؛
- ترکیب غیر سمی و غیر قابل انفجار است، اما می تواند در حالت گرد و غبار (دمای خود اشتعال +212 درجه سانتیگراد) مشتعل شود؛
- خواص یک پلی الکترولیت آنیونی را در محلول ها نشان می دهد.
هنگامی که دما تغییر می کند، ویسکوزیته آزمایشگاهی سدیم کربوکسی متیل سلولز در محلول ها بسیار متفاوت است. این یکی از مهمترین ویژگی های این ترکیب است که دامنه کاربرد آن را مشخص می کند. درجه پلیمریزاسیون بالا ویسکوزیته بالایی را ایجاد می کند و بالعکس. در pH<6 یا بیشتر از 9، مقاومت جریان کاهش می یابدبه طور قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین استفاده از این نمک در محیط های خنثی و کمی قلیایی توصیه می شود. تغییرات ویسکوزیته در شرایط عادی برگشت پذیر است.
سدیم کربوکسی متیل سلولز همچنین با بسیاری از مواد دیگر (نشاسته، ژلاتین، گلیسیرین، رزین های محلول در آب، لاتکس) سازگاری شیمیایی دارد. هنگامی که تا دمای بالای 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، نمک به کربنات سدیم تجزیه می شود.
مهمترین عامل مؤثر بر خصوصیات این ترکیب درجه پلیمریزاسیون است. حلالیت، پایداری، خواص مکانیکی و رطوبت سنجی به وزن مولکولی بستگی دارد. این ماده با توجه به درجه پلیمریزاسیون در هفت درجه و با توجه به محتوای ماده اصلی در دو درجه تولید می شود.
دریافت
سدیم کربوکسی متیل سلولز از سال 1946 به صورت تجاری تولید شده است. تولید CMC اکنون حداقل 47 درصد از کل اترهای سلولز را تشکیل می دهد.
مواد اولیه اصلی برای سنتز این ترکیب سلولز چوب، رایج ترین پلیمر آلی است. مزایای آن قیمت پایین، زیست تخریب پذیری، عدم سمیت و سهولت فناوری پردازش است.
سدیم کربوکسی متیل سلولز از واکنش سلولز قلیایی با C2H3ClO2 (اسید تک کلرواستیک) یا نمک سدیم آن به دست می آید. در سال های اخیر، کار برای یافتن منابع جدید برای استخراج مواد خام (کتان، کاه، غلات، جوت، سیزال و غیره) در حال انجام است، زیرا تقاضا برای این ماده به طور مداوم در حال افزایش است. شستشو برای بهبود کیفیت ماده استفاده می شود.نمک تمام شده از ناخالصی ها، سلولز را فعال می کند یا با تابش مایکروویو روی آن عمل می کند.
سدیم کربوکسی متیل سلولز: کاربردهای صنعتی
به دلیل خواص ویژه ای که دارد، CMC برای اهداف زیر استفاده می شود:
- ضخیم شدن فرمولاسیون های مختلف، ژلاتینه شدن؛
- اتصال ذرات ریز در لایه های رنگ (تشکیل فیلم)؛
- استفاده به عنوان عامل نگهدارنده آب؛
- تثبیت خواص فیزیکی و شیمیایی؛
- افزایش ویسکوزیته محلول ها برای توزیع یکنواخت مواد تشکیل دهنده آنها؛
- اصلاح رئولوژیکی؛
- پیشگیری از انعقاد (چسبندگی ذرات معلق).
یکی از بزرگترین مصرف کنندگان سدیم کربوکسی متیل سلولز، صنعت نفت و گاز است که در آن از این ترکیب برای بهبود عملکرد سیالات حفاری استفاده می شود.
این ماده در ساخت محصولات فنی زیر نیز استفاده می شود:
- مواد شوینده؛
- محصولات چاپ؛
- ملات برای کارهای تکمیلی ساختمانی؛
- چسب، مواد اندازه‌گیری؛
- مخلوط ساختمانی خشک، سیمان (برای جلوگیری از ترک خوردن)؛
- مواد رنگ؛
- روغکار-خنک کننده ها؛
- متوسط برای سخت شدن ریل؛
- روکش الکترودهای جوشکاری و دیگران.
سدیم کربوکسی متیل سلولز برای تثبیت کف در آتش نشانی، صنایع غذایی، در ساخت عطر و سرامیک استفاده می شود. تکنسین ها تخمین می زنند که این ترکیب در بیش از 200 زمینه مهندسی و پزشکی استفاده می شود.
پوشش های محافظ
یکی از جهت‌های امیدوارکننده، معرفی نانوذرات سنتز شده از سوسپانسیون‌های CMC به عنوان مواد افزودنی-تثبیت‌کننده در پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی است. این به شما امکان می دهد ساختار پلیمرها را تغییر دهید، چسبندگی را با مواد پایه افزایش دهید، خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش را بدون افزایش قابل توجهی در هزینه ترکیب بهبود بخشید. نانوذرات ریزخوشه‌ها را تشکیل می‌دهند و به دست آوردن کامپوزیت‌هایی با خواص فنی ارزشمند امکان‌پذیر می‌شوند.
مزیت این مکمل همچنین سازگاری با محیط زیست و زیست تخریب پذیر بودن آن است. تولید آن نیازی به استفاده از حلال های آلی ندارد، بنابراین خطر آلودگی فاضلاب و جو کاهش می یابد، نیازی به استفاده از تجهیزات تخصصی و محدوده دمایی بالا نیست.
مکمل غذایی
کربوکسی متیل سلولز سدیم به عنوان یک افزودنی غذایی (E-466) با غلظت نه بیشتر از 8 گرم در کیلوگرم استفاده می شود. این ماده چندین عملکرد را در محصولات انجام می دهد:
- ضخیم شدن;
- خواص تثبیت کننده؛
- نگه داریدرطوبت؛
- تمدید ماندگاری؛
- حفظ فیبر غذایی پس از یخ زدایی.
اغلب این ترکیب به فست فود، بستنی، قنادی، مارمالاد، ژله، پنیر فرآوری شده، مارگارین، ماست، کنسرو ماهی اضافه می شود.
پزشکی و زیبایی
در صنعت داروسازی، سدیم کربوکسی متیل سلولز در گروه های دارویی مانند: استفاده می شود.
- قطره چشم، محلول های تزریقی - برای طولانی شدن اثر درمانی؛
- پوسته قرص - برای تنظیم ترشح ماده فعال؛
- امولسیون، ژل و پماد - برای تثبیت مواد تشکیل دهنده؛
- آنتی اسیدها - به عنوان اجزای تبادل یونی و کمپلکس کننده.
در تولید محصولات بهداشتی و آرایشی از این ترکیب به عنوان بخشی از خمیر دندان، شامپو، ژل اصلاح و دوش و کرم استفاده می شود. عملکرد اصلی تثبیت خواص و بهبود بافت است.
تاثیر بر انسان و حیوانات
سدیم کربوکسی متیل سلولز ضد حساسیت است، از نظر بیولوژیکی غیر فعال است، اثر سرطان زایی ندارد و عملکرد تولیدمثلی موجودات زنده را مختل نمی کند. استفاده به عنوان افزودنی های غذایی در غلظت ایمن منجر به عواقب منفی نمی شود. گرد و غبار این ترکیب در صورت ورود به چشم ها و دستگاه تنفسی فوقانی (MAC) ممکن است باعث تحریک شود.آئروسل 10 میلی گرم در متر است3).
فیلم های حاوی نمک سدیم، ماده فعال را در محیط قلیایی روده آزاد می کنند. این ترکیب بدون تغییر از بدن انسان و حیوانات دفع می شود. در بدنه های آبی برای اهداف اقتصادی، این ماده متعلق به کلاس خطر سوم (متوسط خطرناک) است. MPC در این مورد 2 میلی گرم در لیتر است.
