Natriumkarboksimetyyliselluloosaa käytetään laajasti teollisuudessa, lääkkeissä ja elintarviketuotannossa. Tämä yhdiste on valmistettu puusta ja se on biologisesti inertti materiaali, eli se ei osallistu fysiologisiin prosesseihin. Tätä komponenttia sisältävien liuosten erityisominaisuuksien ansiosta on mahdollista säätää aineiden viskositeettia ja muita teknisiä parametreja.
Kuvaus
Natriumkarboksimetyyliselluloosa (CMC) on selluloosan glykolihapon natriumsuola. Yhdisteen kemiallinen nimi IUPAC-nimikkeistön mukaan: poly-1,4-β-O-karboksimetyyli-D-pyranosyyli-D-glykopyranoosinatrium.
Teknisen natriumkarboksimetyyliselluloosan empiirinen kaava: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . Tässä lausekkeessa x on CH2-COOH-ryhmien substituutioaste ja n on polymeroitumisaste.
Rakennekaava näkyy alla olevassa kuvassa.
Ominaisuudet
Tekninen natriumkarboksimetyyliselluloosa on ulkonäöltään jauhemainen, hienorakeinen tai hajuton kuitumateriaali, jonka irtotiheys on 400–800 kg/m3.
Na-CMC:llä on seuraavat ominaisuudet:
-
yhdisteen molekyylipaino – [236];
- liukenee nopeasti sekä kuumaan että kylmään veteen, ei liukene mineraaliöljyihin ja orgaanisiin nesteisiin;
- muodostaa öljyjä, rasvoja ja orgaanisia liuottimia kestäviä kalvoja;
- lisää liuosten viskositeettia ja tekee niistä tiksotrooppisia - mekaanisen toiminnan lisääntyessä virtausvastus heikkenee;
- imee vesihöyryä ilmasta hyvin, joten aine on säilytettävä kuivissa tiloissa (normaaliolosuhteissa se sisältää 9-11 % kosteutta);
- yhdiste on myrkytön, räjähdysherkkä, mutta voi syttyä pölyisessä tilassa (itsesyttymislämpötila +212 °C);
- esittelee anionisen polyelektrolyytin ominaisuuksia liuoksissa.
Lämpötilan muuttuessa natriumkarboksimetyyliselluloosan laboratorioviskositeetti liuoksissa vaihtelee suuresti. Tämä on yksi tämän yhdisteen tärkeimmistä ominaisuuksista, joka määrittää sen käyttöalueen. Korkea polymerointiaste tarjoaa korkean viskositeetin ja päinvastoin. Jos pH on <6 tai suurempi kuin 9, virtausvastus pieneneelaskee merkittävästi. Siksi tätä suolaa suositellaan käytettäväksi neutraalissa ja lievästi emäksisessä ympäristössä. Viskositeettimuutokset normaaleissa olosuhteissa ovat palautuvia.
Natriumkarboksimetyyliselluloosalla on myös kemiallinen yhteensopivuus monien muiden aineiden kanssa (tärkkelys, gelatiini, glyseriini, vesiliukoiset hartsit, lateksit). Kuumennettaessa yli 200 °C:n lämpötiloihin suola hajoaa natriumkarbonaatiksi.
Päätekijä, joka vaikuttaa tämän yhdisteen ominaisuuksiin, on polymeroitumisaste. Liukoisuus, stabiilisuus, mekaaniset ominaisuudet ja hygroskooppisuus riippuvat molekyylipainosta. Ainetta valmistetaan seitsemässä laadussa polymeroitumisasteen mukaan ja kahdessa laadussa pääaineen sisällön mukaan.
Vastaanota
Natriumkarboksimetyyliselluloosaa on valmistettu kaupallisesti vuodesta 1946. CMC-tuotannon osuus selluloosaeettereistä on nyt vähintään 47 %.
Tämän yhdisteen synteesin pääraaka-aine on puuselluloosa, yleisin orgaaninen polymeeri. Sen etuja ovat alhainen hinta, biohajoavuus, myrkyllisyyden puute ja käsittelytekniikan helppous.
Natriumkarboksimetyyliselluloosa saadaan saattamalla alkaliselluloosa reagoimaan C2H3ClO2:n (monokloorietikkahapon) tai sen natriumsuolan kanssa. Viime vuosina on pyritty löytämään uusia lähteitä raaka-aineiden (pellava, olki, vilja, juutti, sisal ja muut) louhintaan, koska tämän materiaalin kysyntä kasvaa jatkuvasti. Pesua käytetään parantamaan aineen laatua.valmis suola epäpuhtauksista, aktivoida selluloosaa tai vaikuttaa siihen mikroa altosäteilyllä.
Natriumkarboksimetyyliselluloosa: teolliset sovellukset
Erityisominaisuuksiensa vuoksi CMC:tä käytetään seuraaviin tarkoituksiin:
- erilaisten koostumusten sakeuttaminen, gelatinointi;
- sitou hienoja hiukkasia maalikalvoihin (kalvonmuodostus);
- käytä vettä pidättävänä aineena;
- fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien stabilointi;
- liuosten viskositeetin lisääminen niiden ainesosien tasaiseksi jakautumiseksi;
- reologinen muutos;
- koagulaation estäminen (suspendoituneiden hiukkasten tarttuminen).
Yksi suurimmista natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttäjistä on öljy- ja kaasuteollisuus, jossa yhdistettä käytetään parantamaan porausnesteiden suorituskykyä.
Ainetta käytetään myös seuraavien teknisten tuotteiden valmistukseen:
- pesuaineet;
- painotuotteet;
- laastit rakentamisen viimeistelytöihin;
- liimat, liimausmateriaalit;
- kuivat rakennusseokset, sementti (halkeamisen estämiseksi);
- maalimateriaalit;
- voitelu-jäähdytysnesteet;
- väliaine kiskojen karkaisuun;
- hitsauselektrodien ja muiden pinnoitus.
Natriumkarboksimetyyliselluloosaa käytetään vaahdon stabilointiin palontorjunnassa, elintarviketeollisuudessa, hajuvesien ja keramiikan valmistuksessa. Teknikot arvioivat, että tätä yhdistettä käytetään yli 200 tekniikan ja lääketieteen alalla.
Suojapinnoitteet
Yksi lupaavista suunnista on CMC-suspensioista syntetisoitujen nanopartikkelien käyttöönotto lisäaineina-stabilisaattoreina korroosionkestävissä pinnoitteissa. Tämän avulla voit muuttaa polymeerien rakennetta, lisätä tarttuvuutta perusmateriaaliin, parantaa pinnoitteen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia ilman, että koostumuksen kustannukset kasvavat merkittävästi. Nanohiukkaset muodostavat mikroklustereita, joiden avulla on mahdollista saada arvokkaita teknisiä ominaisuuksia omaavia komposiitteja.
Tämän lisäosan etuna on myös se, että se on ympäristöystävällinen ja biohajoava. Sen tuotanto ei vaadi orgaanisten liuottimien käyttöä, joten jäteveden ja ilmakehän saastumisen riski pienenee, erikoislaitteita ja korkeaa lämpötila-aluetta ei tarvita.
Ravintolisä
Karboksimetyyliselluloosanatriumia käytetään elintarvikelisäaineena (E-466), jonka pitoisuus on enintään 8 g/kg. Aine suorittaa tuotteissa useita tehtäviä:
- pakeneminen;
- stabilointiominaisuudet;
- pidäkosteus;
- säilyvyysajan pidentäminen;
- ravintokuidun säilöntä sulatuksen jälkeen.
Useimmiten tätä yhdistettä lisätään pikaruokaan, jäätelöön, makeisiin, marmeladiin, hyytelöön, sulatejuustoon, margariiniin, jogurttiin, kalasäilykkeisiin.
Lääketiede ja kosmetologia
Lääketeollisuudessa natriumkarboksimetyyliselluloosaa käytetään lääkeryhmissä, kuten:
- silmätipat, injektioliuokset - terapeuttisen vaikutuksen pidentämiseksi;
- tabletinkuoret - säätelemään vaikuttavan aineen vapautumista;
- emulsiot, geelit ja voiteet - muodostavien aineiden stabilointiin;
- antasidit - ioninvaihto- ja kompleksointikomponentteina.
Hygienia- ja kosmeettisten tuotteiden valmistuksessa tätä yhdistettä käytetään osana hammastahnoja, shampoita, parranajo- ja suihkugeelejä sekä voiteita. Päätehtävänä on stabiloida ominaisuuksia ja parantaa rakennetta.
Vaikutus ihmisiin ja eläimiin
Natriumkarboksimetyyliselluloosa on hypoallergeeninen, biologisesti inaktiivinen, sillä ei ole syöpää aiheuttavaa vaikutusta eikä se heikennä elävien organismien lisääntymistoimintoja. Käyttö elintarvikelisäaineina turvallisessa pitoisuudessa ei johda negatiivisiin seurauksiin. Yhdisteen pöly voi aiheuttaa ärsytystä, jos sitä joutuu silmiin ja ylähengitysteihin (MACaerosoli on 10 mg/m3).
Natriumsuolaa sisältävät kalvot vapauttavat aktiivisen aineen suolen alkalisessa ympäristössä. Yhdiste erittyy ihmiskehosta ja eläimistä muuttumattomana. Taloudellisissa vesistöissä aine kuuluu kolmanteen vaaraluokkaan (kohtalaisen vaarallinen). MPC tässä tapauksessa on 2 mg/l.
