สมบัติและการประยุกต์ของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. บทนำโดยย่อของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ชื่อภาษาอังกฤษ: Carboxyl methyl Cellulose

อักษรย่อ: CMC

สูตรโมเลกุลมีตัวแปร: [C6H7O2(OH)2CH2COONa]n

ลักษณะที่ปรากฏ: ผงละเอียดเส้นใยสีขาวหรือสีเหลืองอ่อน

ความสามารถในการละลายน้ำ: ละลายได้ง่ายในน้ำ เกิดเป็นคอลลอยด์ที่มีความหนืดโปร่งใส และสารละลายมีความเป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อย

คุณสมบัติ: สารประกอบโมเลกุลสูงของคอลลอยด์ที่ใช้งานบนพื้นผิว ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และปลอดสารพิษ

เซลลูโลสธรรมชาติมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติและเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่มีมากที่สุด แต่ในการผลิต เซลลูโลสมักมีอยู่ในรูปของโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ดังนั้นชื่อเต็มจึงควรเป็นโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส หรือ CMC-Na ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การก่อสร้าง ยา อาหาร สิ่งทอ เซรามิก และสาขาอื่นๆ

2. เทคโนโลยีคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

เทคโนโลยีการดัดแปลงเซลลูโลสประกอบด้วย: เอสเทอริฟิเคชันและเอสเทอริฟิเคชัน

การเปลี่ยนแปลงของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส: ปฏิกิริยาคาร์บอกซีเมทิลเลชั่นในเทคโนโลยีอีเธอริฟิเคชั่น เซลลูโลสจะถูกคาร์บอกซีเมทิลเลตเพื่อให้ได้คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส เรียกว่า CMC

หน้าที่ของสารละลายน้ำคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส: ทำให้ข้นขึ้น การสร้างฟิล์ม พันธะ การกักเก็บน้ำ การป้องกันคอลลอยด์ อิมัลซิฟิเคชั่น และสารแขวนลอย

3. ปฏิกิริยาเคมีของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ปฏิกิริยาอัลคาไลเซชันของเซลลูโลส:

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

ปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชันของกรดโมโนคลอโรอะซิติกหลังจากเซลลูโลสอัลคาไล:

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

ดังนั้น สูตรทางเคมีในการขึ้นรูปคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสคือ Cell-O-CH2-COONa NaCMC

โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส(เรียกสั้น ๆ ว่า NaCMC หรือ CMC) เป็นเซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้ ซึ่งสามารถทำให้ความหนืดของสูตรสารละลายที่เป็นน้ำที่ใช้บ่อยที่สุดแตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่กี่ cP ไปจนถึงหลายพัน cP

4. ลักษณะผลิตภัณฑ์ของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. การจัดเก็บสารละลายน้ำ CMC: มีความเสถียรภายใต้อุณหภูมิต่ำหรือแสงแดด แต่ความเป็นกรดและด่างของสารละลายจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตหรือจุลินทรีย์ ความหนืดของสารละลายจะลดลงหรือเสียหายได้ หากต้องการเก็บระยะยาว ควรเติมสารกันบูดที่เหมาะสม

2. วิธีการเตรียมสารละลายน้ำ CMC: ทำให้อนุภาคเปียกสม่ำเสมอก่อน ซึ่งสามารถเพิ่มอัตราการละลายได้อย่างมาก

3. CMC ดูดความชื้นและควรป้องกันความชื้นระหว่างการเก็บรักษา

4. เกลือของโลหะหนัก เช่น สังกะสี ทองแดง ตะกั่ว อลูมิเนียม เงิน เหล็ก ดีบุก และโครเมียม อาจทำให้ CMC ตกตะกอนได้

5. การตกตะกอนเกิดขึ้นในสารละลายน้ำที่ต่ำกว่า PH2.5 ซึ่งสามารถกู้คืนได้หลังจากการทำให้เป็นกลางโดยการเติมอัลคาไล

6. แม้ว่าเกลือ เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม และเกลือแกง จะไม่ส่งผลต่อ CMC แต่จะช่วยลดความหนืดของสารละลายได้

7. CMC เข้ากันได้กับกาว น้ำยาปรับผ้านุ่ม และเรซินอื่นๆ ที่ละลายน้ำได้

8. เนื่องจากการประมวลผลที่แตกต่างกัน ลักษณะของ CMC อาจเป็นผงละเอียด เม็ดหยาบ หรือเส้นใย ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

9.วิธีการใช้ผงซีเอ็มซีก็ง่ายๆ สามารถเติมและละลายได้โดยตรงในน้ำเย็นหรือน้ำอุ่นที่อุณหภูมิ 40-50°C

5. ระดับการทดแทนและความสามารถในการละลายของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ระดับของการทดแทนหมายถึงจำนวนเฉลี่ยของกลุ่มโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลที่ติดอยู่กับแต่ละหน่วยเซลลูโลส ค่าสูงสุดของระดับการทดแทนคือ 3 แต่สิ่งที่มีประโยชน์ทางอุตสาหกรรมมากที่สุดคือ NaCMC โดยมีระดับการทดแทนเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.2 คุณสมบัติของ NaCMC ที่มีระดับการทดแทน 0.2-0.3 ค่อนข้างแตกต่างจากคุณสมบัติของ NaCMC ที่มีระดับการทดแทน 0.7-0.8 สารแรกละลายได้ในน้ำ pH 7 เพียงบางส่วนเท่านั้น แต่สารอย่างหลังละลายได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง

6. ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันและความหนืดของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน: หมายถึงความยาวของสายโซ่เซลลูโลสซึ่งเป็นตัวกำหนดความหนืด ยิ่งสายโซ่เซลลูโลสยาว ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้น สารละลาย NaCMC ก็เช่นกัน

ความหนืด: สารละลาย NaCMC เป็นของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน และความหนืดปรากฏจะลดลงเมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น หลังจากหยุดการกวนแล้ว ความหนืดจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนจนกว่าจะคงตัว นั่นคือวิธีแก้ปัญหาคือทิโซโทรปิก

7. ช่วงการใช้งานของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

1. อุตสาหกรรมก่อสร้างและเซรามิก

(1) การเคลือบสถาปัตยกรรม: การกระจายตัวที่ดี, การกระจายการเคลือบสม่ำเสมอ; ไม่มีการแบ่งชั้น เสถียรภาพที่ดี มีผลทำให้หนาขึ้นได้ดี ปรับความหนืดของสีเคลือบได้

(2) อุตสาหกรรมเซรามิก: ใช้เป็นสารยึดเกาะเปล่าเพื่อปรับปรุงความเป็นพลาสติกของดินเครื่องปั้นดินเผา เคลือบคงทน

2. อุตสาหกรรมซักผ้า เครื่องสำอาง ยาสูบ การพิมพ์สิ่งทอและการย้อมสี

(1) การซัก: เพิ่ม CMC ลงในผงซักฟอกเพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกที่ล้างแล้วสะสมบนผ้าอีกครั้ง

(2) เครื่องสำอาง: ทำให้หนาขึ้น กระจายตัว ระงับความคงตัว ฯลฯ การให้คุณสมบัติต่างๆ ของเครื่องสำอางอย่างเต็มที่เป็นประโยชน์

(3) ยาสูบ: CMC ใช้สำหรับยึดแผ่นยาสูบ ซึ่งสามารถใช้ชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดปริมาณใบยาสูบดิบ

(4) สิ่งทอ: ในฐานะตัวแทนตกแต่งผ้า CMC สามารถลดการกระโดดของเส้นด้ายและการแตกหักบนเครื่องทอผ้าความเร็วสูง

(5) การพิมพ์และการย้อมสี: ใช้ในการพิมพ์วางซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการชอบน้ำและการซึมผ่านของสีย้อม ทำให้การย้อมสม่ำเสมอและลดความแตกต่างของสี

3. อุตสาหกรรมยาจุดกันยุงและลวดเชื่อม

(1) ยาจุดกันยุง: CMC ใช้ในยาจุดกันยุงเพื่อเพิ่มความเหนียวของยาจุดกันยุง และทำให้มีโอกาสแตกหักน้อยลง

(2) อิเล็กโทรด: CMC ถูกใช้เป็นสารเคลือบเพื่อให้การเคลือบเซรามิกยึดเกาะและขึ้นรูปได้ดีขึ้น พร้อมประสิทธิภาพการแปรงที่ดีกว่า และยังมีประสิทธิภาพการเหนื่อยหน่ายที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย

4. อุตสาหกรรมยาสีฟัน

(1) CMC มีความเข้ากันได้ดีกับวัตถุดิบต่างๆในยาสีฟัน

(2) เนื้อครีมมีความละเอียดอ่อน ไม่แยกน้ำ ไม่หลุดลอก ไม่ข้น และมีฟองเข้มข้น

(3) ความเสถียรที่ดีและความสม่ำเสมอที่เหมาะสม ซึ่งสามารถให้ยาสีฟันรูปร่างดี การเก็บรักษา และรสชาติที่สบายเป็นพิเศษ

(4) ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การให้ความชุ่มชื้น และการติดกลิ่นหอม

(5) การตัดและหางเล็กน้อยในกระป๋อง

5. อุตสาหกรรมอาหาร

(1) เครื่องดื่มที่เป็นกรด: เป็นสารเพิ่มความคงตัว เช่น เพื่อป้องกันการตกตะกอนและการแบ่งชั้นของโปรตีนในโยเกิร์ตเนื่องจากการรวมตัว รสชาติดีขึ้นหลังจากละลายในน้ำ ความสม่ำเสมอของการทดแทนที่ดี

(2) ไอศกรีม: ทำให้น้ำ ไขมัน โปรตีน ฯลฯ กลายเป็นส่วนผสมที่สม่ำเสมอ กระจายตัวและเสถียรเพื่อหลีกเลี่ยงผลึกน้ำแข็ง

(3) ขนมปังและขนมอบ: CMC สามารถควบคุมความหนืดของแป้ง เพิ่มการกักเก็บความชื้นและอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์

(4) บะหมี่กึ่งสำเร็จรูป: เพิ่มความเหนียวและความต้านทานในการปรุงอาหารของบะหมี่ มีความสามารถในการขึ้นรูปได้ดีในบิสกิตและแพนเค้ก และพื้นผิวเค้กเรียบและไม่แตกหักง่าย

(5) วางทันที: เป็นฐานหมากฝรั่ง

(6) CMC มีความเฉื่อยทางสรีรวิทยาและไม่มีค่าความร้อน จึงสามารถผลิตอาหารแคลอรี่ต่ำได้

6. อุตสาหกรรมกระดาษ

CMC ใช้สำหรับการปรับขนาดกระดาษ ซึ่งทำให้กระดาษมีความหนาแน่นสูง ต้านทานการซึมผ่านของหมึกได้ดี มีการสะสมของขี้ผึ้งสูง และความเรียบเนียน ในกระบวนการระบายสีกระดาษจะช่วยควบคุมความสามารถในการม้วนของเพสต์สี สามารถปรับปรุงสถานะความเหนียวระหว่างเส้นใยภายในกระดาษได้ จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการพับของกระดาษ

7. อุตสาหกรรมปิโตรเลียม

CMC ใช้ในการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ การขุดบ่อ และโครงการอื่นๆ

8. อื่นๆ

กาวสำหรับรองเท้า หมวก ดินสอ ฯลฯ ยาขัดและสารเปลี่ยนสีสำหรับหนัง สารเพิ่มความคงตัวสำหรับโฟมดับเพลิง เป็นต้น