خصائص وتطبيقات كاربوكسي ميثيل السليلوز

1. مقدمة موجزة عن كاربوكسي ميثيل السليلوز

الاسم الإنجليزي: كاربوكسيل ميثيل السليلوز

الاختصار: CMC

الصيغة الجزيئية متغيرة: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n

المظهر: مسحوق حبيبي ليفي أبيض أو أصفر فاتح.

الذوبان في الماء: يذوب بسهولة في الماء، ويشكل غروانيًا لزجًا شفافًا، والمحلول محايد أو قلوي قليلاً.

المميزات: مركب جزيئي عالي من الغرواني النشط على السطح، عديم الرائحة والطعم وغير سام.

السليلوز الطبيعي منتشرٌ على نطاق واسع في الطبيعة، وهو أكثر أنواع السكريات وفرةً. ولكن في الإنتاج، عادةً ما يكون السليلوز على شكل كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم، لذا يُفترض أن يكون اسمه الكامل كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم، أو CMC-Na. يُستخدم على نطاق واسع في الصناعة، والبناء، والطب، والأغذية، والمنسوجات، والسيراميك، وغيرها من المجالات.

2. تقنية كاربوكسي ميثيل السليلوز

تتضمن تقنية تعديل السليلوز: الأثيرة والأسترة.

تحويل كاربوكسي ميثيل السليلوز: تفاعل كربوكسي ميثيل في تكنولوجيا الأثير، يتم كربوكسي ميثيل السليلوز للحصول على كاربوكسي ميثيل السليلوز، ويشار إليه باسم CMC.

وظائف محلول كربوكسي ميثيل السليلوز المائي: التكثيف، تكوين الفيلم، الترابط، احتباس الماء، حماية الغرويات، الاستحلاب والتعليق.

3. التفاعل الكيميائي لكربوكسي ميثيل السليلوز

تفاعل قلوية السليلوز:

[C6H7O2(OH) 3]n + nNaOH→[C6H7O2(OH) 2ONa]n + nH2O

تفاعل الأثير لحامض أحادي كلورو الأسيتيك بعد السليلوز القلوي:

[C6H7O2(OH) 2ONa ]n + nClCH2COONa →[C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ]n + nNaC

لذلك: الصيغة الكيميائية لتكوين كاربوكسي ميثيل السليلوز هي: Cell-O-CH2-COONa NaCMC

كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم(NaCMC أو CMC باختصار) هو إيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء والذي يمكنه جعل لزوجة معظم تركيبات المحاليل المائية المستخدمة بشكل شائع تتراوح من بضعة سنتي بواز إلى عدة آلاف سنتي بواز.

4. خصائص منتج كاربوكسي ميثيل السليلوز

١. تخزين محلول CMC المائي: يكون مستقرًا في درجات الحرارة المنخفضة أو تحت أشعة الشمس، ولكن حموضة المحلول وقلويته تتغيران بتغير درجة الحرارة. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو الكائنات الدقيقة، تنخفض لزوجة المحلول أو حتى تفسد. في حال الحاجة إلى تخزين طويل الأمد، يجب إضافة مادة حافظة مناسبة.

2. طريقة تحضير المحلول المائي CMC: جعل الجزيئات مبللة بشكل موحد أولاً، مما قد يزيد بشكل كبير من معدل الذوبان.

3. CMC مادة ماصة للرطوبة ويجب حمايتها من الرطوبة أثناء التخزين.

4. يمكن أن تؤدي أملاح المعادن الثقيلة مثل الزنك والنحاس والرصاص والألمنيوم والفضة والحديد والقصدير والكروم إلى ترسب CMC.

5. يحدث الترسيب في المحلول المائي الذي تقل درجة حموضته عن 2.5، ويمكن استعادته بعد التحييد عن طريق إضافة القلويات.

6. على الرغم من أن الأملاح مثل الكالسيوم والمغنيسيوم وملح الطعام ليس لها تأثير ترسيب على CMC، إلا أنها ستقلل من لزوجة المحلول.

7. CMC متوافق مع المواد اللاصقة والمنعمات والراتنجات القابلة للذوبان في الماء الأخرى.

8. بسبب المعالجة المختلفة، يمكن أن يكون مظهر CMC عبارة عن مسحوق ناعم أو حبيبات خشنة أو ليفي، وهذا لا علاقة له بالخصائص الفيزيائية والكيميائية.

٩. طريقة استخدام مسحوق CMC بسيطة. يُمكن إضافته مباشرةً وتذويبه في ماء بارد أو دافئ بدرجة حرارة ٤٠-٥٠ درجة مئوية.

5. درجة الاستبدال وذوبان كاربوكسي ميثيل السليلوز

تشير درجة الاستبدال إلى متوسط ​​عدد مجموعات كربوكسي ميثيل الصوديوم المرتبطة بكل وحدة سليلوز؛ الحد الأقصى لدرجة الاستبدال هو 3، ولكن الأكثر فائدة صناعيًا هو NaCMC بدرجة استبدال تتراوح بين 0.5 و1.2. تختلف خصائص NaCMC بدرجة استبدال تتراوح بين 0.2 و0.3 اختلافًا كبيرًا عن خصائص NaCMC بدرجة استبدال تتراوح بين 0.7 و0.8. فالأول يذوب جزئيًا فقط في ماء درجة حموضة 7، بينما يذوب الثاني تمامًا. والعكس صحيح في الظروف القلوية.

6. درجة البلمرة ولزوجة كاربوكسي ميثيل السليلوز

درجة البلمرة: تشير إلى طول سلسلة السليلوز، والتي تُحدد اللزوجة. كلما طالت سلسلة السليلوز، زادت اللزوجة، وكذلك الحال بالنسبة لمحلول NaCMC.

اللزوجة: محلول NaCMC سائل غير نيوتوني، وتنخفض لزوجته الظاهرية بزيادة قوة القص. بعد توقف التحريك، زادت اللزوجة بشكل متناسب حتى استقرت. أي أن المحلول ثيكسوتروبي.

7. نطاق تطبيق كاربوكسي ميثيل السليلوز

1. صناعة البناء والسيراميك

(1) الطلاء المعماري: تشتت جيد، توزيع طلاء موحد؛ لا طبقات، استقرار جيد؛ تأثير سماكة جيد، لزوجة طلاء قابلة للتعديل.

(2) صناعة السيراميك: تستخدم كمادة رابطة فارغة لتحسين مرونة طين الفخار؛ والتزجيج المتين.

2. صناعات الغسيل ومستحضرات التجميل والتبغ والطباعة والصباغة على المنسوجات

(1) الغسيل: يتم إضافة CMC إلى المنظف لمنع الأوساخ المغسولة من الترسب مرة أخرى على القماش.

(2) مستحضرات التجميل: التكثيف، التشتيت، التعليق، التثبيت، الخ. ومن المفيد إعطاء اللعب الكامل للخصائص المختلفة لمستحضرات التجميل.

(3) التبغ: يتم استخدام CMC لربط أوراق التبغ، مما يمكنه من استخدام الرقائق بشكل فعال وتقليل كمية أوراق التبغ الخام.

(4) النسيج: كعامل تشطيب للأقمشة، يمكن لـ CMC تقليل تخطي الخيوط وكسر النهاية على الأنوال عالية السرعة.

(5) الطباعة والصباغة: يتم استخدامه في معجون الطباعة، والذي يمكنه تعزيز قدرة الصبغة المحبة للماء والنفاذة، مما يجعل الصباغة موحدة ويقلل من اختلاف اللون.

3. صناعة لفائف البعوض وقضبان اللحام

(1) ملفات البعوض: يتم استخدام CMC في ملفات البعوض لتعزيز صلابة ملفات البعوض وجعلها أقل عرضة للكسر والانكسار.

(2) القطب الكهربائي: يستخدم CMC كعامل طلاء لجعل الطلاء الخزفي أفضل ارتباطًا وتشكيلًا، مع أداء تنظيف أفضل، كما يتميز أيضًا بأداء احتراق في درجات الحرارة العالية.

4. صناعة معجون الأسنان

(1) يتمتع CMC بتوافق جيد مع مختلف المواد الخام في معجون الأسنان؛

(2) العجينة رقيقة، لا تنفصل عن الماء، ولا تتقشر، ولا تتكاثف، ولها رغوة غنية؛

(3) ثبات جيد وتناسق مناسب، مما يمنح معجون الأسنان شكلًا جيدًا واحتفاظًا وطعمًا مريحًا بشكل خاص؛

(4) مقاومة لتغيرات درجات الحرارة، مرطبة ومثبتة للعطر.

(5) قص وتهذيب صغير في العلب.

5. صناعة الأغذية

(1) المشروبات الحمضية: كمثبت، على سبيل المثال، لمنع ترسب وتقسيم البروتينات في الزبادي بسبب التكتل؛ طعم أفضل بعد الذوبان في الماء؛ تجانس استبدال جيد.

(2) الآيس كريم: جعل الماء والدهون والبروتين وما إلى ذلك تشكل خليطًا موحدًا ومشتتًا ومستقرًا لتجنب بلورات الجليد.

(3) الخبز والمعجنات: يمكن لـ CMC التحكم في لزوجة الخليط، وتعزيز الاحتفاظ بالرطوبة ومدة صلاحية المنتج.

(4) المعكرونة الفورية: تزيد من صلابة المعكرونة ومقاومتها للطهي؛ ولها قابلية جيدة للتشكيل في البسكويت والفطائر، كما أن سطح الكعكة أملس وليس من السهل كسره.

(5) معجون فوري: كقاعدة صمغية.

(6) CMC خامل فسيولوجيًا وليس له قيمة حرارية. لذلك، يمكن إنتاج أطعمة منخفضة السعرات الحرارية.

6. صناعة الورق

يُستخدم CMC في تحديد حجم الورق، مما يجعله يتميز بكثافة عالية، ومقاومة جيدة لنفاذ الحبر، وتجمع شمعي عالي، ونعومة فائقة. أثناء تلوين الورق، يُساعد على التحكم في قابلية لفّ عجينة اللون، ويُحسّن اللزوجة بين ألياف الورق، مما يُحسّن قوة الورق ومقاومته للطي.

7. صناعة البترول

يتم استخدام CMC في حفر النفط والغاز وحفر الآبار والمشاريع الأخرى.

8. آخرون

المواد اللاصقة للأحذية والقبعات والأقلام وما إلى ذلك، والمواد الملمعة والملونة للجلود، والمثبتات لطفايات الحريق الرغوية، وما إلى ذلك.