Натриевата карбоксиметил целулоза се използва широко в промишлеността, фармацевтиката и производството на храни. Това съединение е направено на основата на дърво и е биологично инертен материал, тоест не участва във физиологични процеси. Поради специалните свойства на разтворите с този компонент е възможно да се регулира вискозитета на веществата и други технически параметри.
Описание
Натриева карбоксиметилцелулоза (CMC) е натриевата сол на целулозата гликолова киселина. Химичното наименование на съединението според номенклатурата на IUPAC: поли-1, 4-β-O-карбоксиметил-D-пиранозил-D-гликопираноза натрий.
Емпирична формула на натриева карбоксиметилцелулоза техническа: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x . В този израз, x е степента на заместване на CH2-COOH групи, а n е степента на полимеризация.
Структурната формула е показана на фигурата по-долу.
Свойства
На външен вид техническата натриева карбоксиметилцелулоза е прахообразен, финозърнест или без мирис влакнест материал с насипна плътност от 400–800 kg/m3..
Na-CMC има следните характеристики:
-
молекулно тегло на съединението – [236];
- разтваря се бързо както в гореща, така и в студена вода, неразтворим в минерални масла и органични течности;
- образува филми, устойчиви на масла, греси и органични разтворители;
- увеличава вискозитета на разтворите и ги прави тиксотропни - с увеличаване на механичното действие настъпва намаляване на съпротивлението на потока;
- абсорбира водните пари от въздуха добре, така че веществото трябва да се съхранява в сухи помещения (при нормални условия съдържа 9-11% влага);
- съединението е нетоксично, не е експлозивно, но може да се запали в прашно състояние (температура на самозапалване +212 °C);
- показва свойствата на анионен полиелектролит в разтвори.
При промяна на температурата лабораторният вискозитет на натриева карбоксиметил целулоза в разтворите варира значително. Това е една от най-важните характеристики на това съединение, което определя обхвата на неговото приложение. Високата степен на полимеризация осигурява висок вискозитет и обратно. При pH<6 или по-голямо от 9, съпротивлението на потока е намаленопада значително. Ето защо тази сол е препоръчително да се използва в неутрална и слабо алкална среда. Промените във вискозитета при нормални условия са обратими.
Натриевата карбоксиметилцелулоза също има химическа съвместимост с много други вещества (нишесте, желатин, глицерин, водоразтворими смоли, латекси). Когато се нагрява до температури над 200 °C, солта се разлага до натриев карбонат.
Основният фактор, влияещ върху характеристиките на това съединение, е степента на полимеризация. Разтворимостта, стабилността, механичните свойства и хигроскопичността зависят от молекулното тегло. Веществото се произвежда в седем степени според степента на полимеризация и две степени според съдържанието на основното вещество.
Получаване
Натриева карбоксиметил целулоза се произвежда в търговската мрежа от 1946 г. Производството на CMC сега представлява поне 47% от общите целулозни етери.
Основната суровина за синтеза на това съединение е дървесната целулоза, най-разпространеният органичен полимер. Предимствата му са ниска цена, биоразградимост, липса на токсичност и лесна технология за обработка.
Натриева карбоксиметил целулоза се получава чрез взаимодействие на алкална целулоза с C₂H₃ClO₂ (монохлороцетна киселина) или нейната натриева сол. През последните години се работи за намиране на нови източници за добив на суровини (лен, слама, зърнени храни, юта, сизал и други), тъй като търсенето на този материал непрекъснато нараства. Измиването се използва за подобряване на качеството на веществото.готовата сол от примеси, активира целулозата или действа върху нея с микровълнова радиация.
Натриева карбоксиметил целулоза: промишлени приложения
Поради специалните си свойства, CMC се използва за следните цели:
- сгъстяване на различни формулировки, желатинизиране;
- свързване на фини частици във филми от боя (образуване на филм);
- използвайте като средство за задържане на вода;
- стабилизиране на физичните и химичните свойства;
- увеличаване на вискозитета на разтворите за равномерно разпределение на техните съставки;
- реологична модификация;
- предотвратяване на коагулацията (адхезия на суспендирани частици).
Един от най-големите потребители на натриева карбоксиметил целулоза е нефтената и газовата промишленост, където съединението се използва за подобряване на производителността на сондажните течности.
Веществото се използва и при производството на следните технически продукти:
- перилни препарати;
- печатни продукти;
- разтвори за строителни довършителни работи;
- лепила, оразмеряващи материали;
- сухи строителни смеси, цимент (за предотвратяване на напукване);
- материали за боядисване;
- смазване-охлаждащи течности;
- среда за втвърдяване на релси;
- заваръчни електроди за покритие и други.
Натриева карбоксиметил целулоза се използва за стабилизиране на пяната в пожарогасене, хранително-вкусовата промишленост, при производството на парфюми и керамика. Техниците смятат, че това съединение се използва в повече от 200 области на инженерството и медицината.
Защитни покрития
Едно от обещаващите направления е въвеждането на наночастици, синтезирани от CMC суспензии като добавки-стабилизатори в устойчиви на корозия покрития. Това ви позволява да промените структурата на полимерите, да увеличите адхезията с основния материал, да подобрите физико-механичните свойства на покритието без значително увеличение на цената на състава. Наночастиците образуват микроклъстери, което прави възможно получаването на композити с ценни технически свойства.
Предимството на тази добавка е също, че е екологично чиста и биоразградима. Производството му не изисква използването на органични разтворители, следователно рискът от замърсяване на отпадъчните води и атмосферата е намален, не е необходимо да се използва специализирано оборудване и висок температурен диапазон.
Хранителна добавка
Карбоксиметилцелулоза натрий се използва като хранителна добавка (E-466) в концентрация не повече от 8 g/kg. Веществото изпълнява няколко функции в продуктите:
- сгъстяване;
- стабилизиращи свойства;
- задръжтевлага;
- удължаване на срока на годност;
- запазване на диетични фибри след размразяване.
Най-често това съединение се добавя към бързо хранене, сладолед, сладкарски изделия, мармалад, желе, топено сирене, маргарин, кисело мляко, рибни консерви.
Медицина и козметология
Във фармацевтичната индустрия натриевата карбоксиметил целулоза се използва в групи лекарства като:
- капки за очи, разтвори за инжекции - за удължаване на терапевтичния ефект;
- обвивки за таблетки - за регулиране на освобождаването на активното вещество;
- емулсии, гелове и мехлеми - за стабилизиране на образуващите вещества;
- антиациди - като йонообменни и комплексообразуващи компоненти.
При производството на хигиенни и козметични продукти това съединение се използва като част от пасти за зъби, шампоани, гелове за бръснене и душ и кремове. Основната функция е да стабилизира свойствата и да подобри текстурата.
Ефект върху хора и животни
Натриевата карбоксиметилцелулоза е хипоалергенна, биологично неактивна, няма канцерогенен ефект и не нарушава репродуктивната функция на живите организми. Използването като хранителни добавки в безопасна концентрация не води до негативни последици. Прахът от съединението може да причини дразнене, ако попадне в очите и горните дихателни пътища (MACаерозолът е 10 mg/m3).
Филми, съдържащи натриева сол, освобождават активната съставка в алкалната среда на червата. Съединението се екскретира от човешкото тяло и животните непроменени. Във водните обекти за икономически цели веществото принадлежи към третия клас на опасност (умерено опасно). ПДК в този случай е 2 mg/l.
