A nátrium-karboximetil-cellulózt széles körben használják az iparban, a gyógyszeriparban és az élelmiszergyártásban. Ez a vegyület fa alapú, biológiailag inert anyag, azaz nem vesz részt élettani folyamatokban. Az ezt a komponenst tartalmazó oldatok speciális tulajdonságainak köszönhetően lehetővé válik az anyagok viszkozitása és egyéb műszaki paraméterek szabályozása.
Leírás
A nátrium-karboxi-metil-cellulóz (CMC) a cellulóz-glikolsav nátriumsója. A vegyület kémiai neve az IUPAC-nómenklatúra szerint: poli-1,4-β-O-karboximetil-D-piranozil-D-glikopiranóz-nátrium.
A műszaki nátrium-karboxi-metil-cellulóz empirikus képlete: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . Ebben a kifejezésben x a CH2-COOH csoportok helyettesítésének mértéke, n pedig a polimerizáció mértéke.
A szerkezeti képlet az alábbi ábrán látható.
Tulajdonságok
A technikai nátrium-karboxi-metil-cellulóz egy porszerű, finomszemcsés vagy szagtalan rostos anyag, amelynek térfogatsűrűsége 400–800 kg/m3.
Na-CMC a következő jellemzőkkel rendelkezik:
-
vegyület molekulatömege – [236];
- hideg és meleg vízben is gyorsan oldódik, ásványi olajokban és szerves folyadékokban nem oldódik;
- olajoknak, zsíroknak és szerves oldószereknek ellenálló filmeket képez;
- növeli az oldatok viszkozitását és tixotróp hatásúvá teszi őket - a mechanikai hatás fokozásával az áramlási ellenállás csökken;
- jól elnyeli a vízgőzt a levegőből, ezért az anyagot száraz helyiségben kell tárolni (normál körülmények között 9-11% nedvességet tartalmaz);
- a vegyület nem mérgező, nem robbanásveszélyes, de poros állapotban meggyullad (öngyulladási hőmérséklet +212 °C);
- az anionos polielektrolit tulajdonságait mutatja oldatokban.
A hőmérséklet változásával a nátrium-karboximetil-cellulóz laboratóriumi viszkozitása oldatokban nagymértékben változik. Ez ennek a vegyületnek az egyik legfontosabb jellemzője, amely meghatározza alkalmazási körét. A nagyfokú polimerizáció magas viszkozitást biztosít, és fordítva. <6 pH-értéknél vagy 9-nél nagyobb értéknél csökkent az áramlási ellenállásjelentősen csökken. Ezért ezt a sót semleges és enyhén lúgos környezetben célszerű használni. A viszkozitás változása normál körülmények között reverzibilis.
A nátrium-karboxi-metil-cellulóz számos más anyaggal (keményítő, zselatin, glicerin, vízben oldódó gyanták, latexek) is kémiailag kompatibilis. 200 °C feletti hőmérsékletre hevítve a só nátrium-karbonáttá bomlik.
A vegyület jellemzőit befolyásoló fő tényező a polimerizáció mértéke. Az oldhatóság, a stabilitás, a mechanikai tulajdonságok és a higroszkóposság a molekulatömegtől függ. Az anyagot a polimerizáció foka szerint hét fokozatban, a főanyag-tartalom szerint pedig két fokozatban állítják elő.
Fogadás
Nátrium-karboxi-metil-cellulózt 1946 óta gyártanak kereskedelmi forgalomba. A CMC-termelés jelenleg az összes cellulóz-éter legalább 47%-át teszi ki.
E vegyület szintézisének fő nyersanyaga a facellulóz, a leggyakoribb szerves polimer. Előnyei az alacsony ár, a biológiai lebonthatóság, a toxicitás hiánya és a könnyű feldolgozhatóság.
Nátrium-karboximetil-cellulózt úgy állítanak elő, hogy alkálifém-cellulózt C2H3ClO2-vel (monoklór-ecetsav) vagy nátriumsójával reagáltatnak. Az elmúlt években új források felkutatása folyt a nyersanyagok (len, szalma, gabonafélék, juta, szizál és mások) kitermelésére, mivel ezen anyag iránti kereslet folyamatosan növekszik. A mosást az anyag minőségének javítására használják.a kész sót a szennyeződésektől, aktiválja a cellulózt, vagy mikrohullámú sugárzással hat rá.
Nátrium-karboxi-metil-cellulóz: ipari alkalmazások
Speciális tulajdonságai miatt a CMC-t a következő célokra használják:
- különféle készítmények sűrítése, zselatinizálás;
- finom részecskék megkötése festékfilmekben (filmképződés);
- vízvisszatartó szerként használja;
- fizikai és kémiai tulajdonságok stabilizálása;
- az oldatok viszkozitásának növelése az összetevők egyenletes eloszlása érdekében;
- reológiai módosulás;
- alvadás megelőzése (lebegő részecskék tapadása).
A nátrium-karboxi-metil-cellulóz egyik legnagyobb felhasználója az olaj- és gázipar, ahol a vegyületet a fúrófolyadékok teljesítményének javítására használják.
Az anyagot a következő műszaki termékek gyártásához is használják:
- mosószerek;
- nyomdai termékek;
- habarcsok építési befejező munkákhoz;
-
ragasztók, méretező anyagok;
- száraz építőkeverékek, cement (a repedés megelőzésére);
- festékanyagok;
- kenés-hűtőfolyadékok;
- közepes a sínek edzéséhez;
- hegesztőelektródák és egyebek bevonása.
A nátrium-karboxi-metil-cellulózt a hab stabilizálására használják a tűzoltásban, az élelmiszeriparban, valamint az illatszerek és kerámiák gyártásában. A technikusok becslése szerint ezt a vegyületet több mint 200 mérnöki és orvostudományi területen használják.
Védőbevonatok
Az egyik ígéretes irány a CMC szuszpenziókból szintetizált nanorészecskék bevezetése adalék-stabilizátorként a korrózióálló bevonatokba. Ez lehetővé teszi a polimerek szerkezetének megváltoztatását, növeli a tapadást az alapanyaggal, javítja a bevonat fizikai és mechanikai tulajdonságait anélkül, hogy a kompozíció költségét jelentősen megnövelné. A nanorészecskék mikroklasztereket alkotnak, amelyek lehetővé teszik értékes műszaki tulajdonságokkal rendelkező kompozitok előállítását.
Ennek a kiegészítőnek az az előnye is, hogy környezetbarát és biológiailag lebomlik. Előállítása nem igényel szerves oldószerek használatát, így csökken a szennyvíz és a légkör szennyezésének veszélye, nincs szükség speciális berendezések és magas hőmérsékleti tartomány használatára.
Étrend-kiegészítő
A karboxi-metil-cellulóz-nátriumot élelmiszer-adalékanyagként (E-466) használják 8 g/kg-nál nem nagyobb koncentrációban. Az anyag számos funkciót lát el a termékekben:
- sűrűsödés;
- stabilizáló tulajdonságok;
- tartnedvesség;
- eltarthatósági idő meghosszabbítása;
- élelmi rostok tartósítása kiolvasztás után.
Ezt a vegyületet leggyakrabban gyorséttermekhez, fagyl altokhoz, édességekhez, lekvárokhoz, zseléhez, ömlesztett sajtokhoz, margarinhoz, joghurthoz, halkonzervekhez adják.
Orvostudomány és kozmetológia
A gyógyszeriparban a nátrium-karboxi-metil-cellulózt olyan gyógyszercsoportokban használják, mint:
- szemcseppek, oldatos injekciók - a terápiás hatás meghosszabbítására;
- tablettahéj - a hatóanyag felszabadulásának szabályozására;
- emulziók, gélek és kenőcsök - a formáló anyagok stabilizálására;
- savkötők – mint ioncserélő és komplexképző komponensek.
A higiéniai és kozmetikai termékek gyártásában ezt a vegyületet fogkrémek, samponok, borotválkozó- és tusfürdők, valamint krémek részeként használják. A fő funkció a tulajdonságok stabilizálása és a textúra javítása.
Emberekre és állatokra gyakorolt hatás
A nátrium-karboximetil-cellulóz hipoallergén, biológiailag inaktív, nincs rákkeltő hatása és nem károsítja az élő szervezetek szaporodási funkcióját. Az élelmiszer-adalékanyagként való biztonságos koncentrációban történő felhasználás nem jár negatív következményekkel. A vegyület porja irritációt okozhat, ha a szembe és a felső légúti rendszerbe kerül (MACAz aeroszol 10 mg/m3).
A nátriumsót tartalmazó filmek felszabadítják a hatóanyagot a bél lúgos környezetében. A vegyület változatlan formában ürül ki az emberi szervezetből és az állatokból. A gazdasági célú víztestekben az anyag a harmadik veszélyességi osztályba tartozik (közepesen veszélyes). MPC ebben az esetben 2 mg/l.
