Natrijeva karboksimetil celuloza naširoko se koristi u industriji, farmaciji i proizvodnji hrane. Ovaj spoj izrađen je na bazi drva i biološki je inertan materijal, odnosno ne sudjeluje u fiziološkim procesima. Zbog posebnih svojstava otopina s ovom komponentom, moguće je regulirati viskoznost tvari i druge tehničke parametre.
Opis
Natrijeva karboksimetilceluloza (CMC) je natrijeva sol celulozne glikolne kiseline. Kemijski naziv spoja prema IUPAC nomenklaturi: poli-1,4-β-O-karboksimetil-D-piranozil-D-glikopiranoza natrij.
Empirijska formula natrij karboksimetilceluloze tehnička: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . U ovom izrazu, x je stupanj supstitucije za CH2-COOH grupe, a n je stupanj polimerizacije.
Strukturna formula je prikazana na donjoj slici.
Svojstva
Po izgledu, tehnička natrijeva karboksimetil celuloza je praškasti, fino zrnati vlaknasti materijal bez mirisa s nasipnom gustoćom od 400–800 kg/m3..
Na-CMC ima sljedeće karakteristike:
-
molekularna težina spoja – [236];
- brzo se otapa u toploj i hladnoj vodi, netopiv u mineralnim uljima i organskim tekućinama;
- formira filmove otporne na ulja, masti i organska otapala;
- povećava viskoznost otopina i čini ih tiksotropnima - s povećanjem mehaničkog djelovanja dolazi do smanjenja otpora protoka;
- dobro upija vodenu paru iz zraka, pa se tvar mora čuvati u suhim prostorijama (u normalnim uvjetima sadrži 9-11% vlage);
- spoj nije otrovan, nije eksplozivan, ali se može zapaliti u prašnjavom stanju (temperatura samozapaljenja +212 °C);
- pokazuje svojstva anionskog polielektrolita u otopinama.
Kada se temperatura promijeni, laboratorijski viskozitet natrij karboksimetil celuloze u otopinama uvelike varira. To je jedna od najvažnijih karakteristika ovog spoja, koja određuje opseg njegove primjene. Visok stupanj polimerizacije osigurava visoku viskoznost i obrnuto. Pri pH<6 ili većem od 9, smanjen otpor protokaznačajno pada. Stoga je ovu sol preporučljivo koristiti u neutralnim i blago alkalnim okruženjima. Promjene viskoziteta u normalnim uvjetima su reverzibilne.
Natrijeva karboksimetilceluloza također ima kemijsku kompatibilnost s mnogim drugim tvarima (škrob, želatina, glicerin, smole topive u vodi, lateksi). Kada se zagrije na temperaturu iznad 200 °C, sol se razgrađuje do natrijevog karbonata.
Glavni faktor koji utječe na karakteristike ovog spoja je stupanj polimerizacije. Topljivost, stabilnost, mehanička svojstva i higroskopnost ovise o molekulskoj masi. Tvar se proizvodi u sedam stupnjeva prema stupnju polimerizacije i dva razreda prema sadržaju glavne tvari.
Primi
Natrijeva karboksimetil celuloza komercijalno se proizvodi od 1946. Proizvodnja CMC-a sada čini najmanje 47% ukupnih celuloznih etera.
Glavna sirovina za sintezu ovog spoja je drvena celuloza, najčešći organski polimer. Njegove prednosti su niska cijena, biorazgradivost, nedostatak toksičnosti i jednostavnost tehnologije obrade.
Natrijeva karboksimetil celuloza dobiva se reakcijom alkalne celuloze s C₂H₃ClO₂ (monokloroctenom kiselinom) ili njenom natrijevom soli. Posljednjih godina radi se na pronalaženju novih izvora za vađenje sirovina (lan, slama, žitarice, juta, sisal i druge), jer potražnja za ovim materijalom stalno raste. Pranje se koristi za poboljšanje kvalitete tvari.gotovu sol od nečistoća, aktivirati celulozu ili djelovati na nju mikrovalnim zračenjem.
Natrijeva karboksimetil celuloza: industrijske primjene
Zbog svojih posebnih svojstava, CMC se koristi u sljedeće svrhe:
- zgušnjavanje raznih formulacija, želatinizacija;
- vezivanje finih čestica u filmove boje (formiranje filma);
- koristite kao sredstvo za zadržavanje vode;
- stabilizacija fizičkih i kemijskih svojstava;
- povećanje viskoznosti otopina radi ravnomjerne raspodjele njihovih sastojaka;
- reološka modifikacija;
- prevencija koagulacije (adhezije suspendiranih čestica).
Jedan od najvećih korisnika natrij karboksimetil celuloze je industrija nafte i plina, gdje se spoj koristi za poboljšanje performansi tekućina za bušenje.
Tvar se također koristi u proizvodnji sljedećih tehničkih proizvoda:
- deterdženti;
- tiskarski proizvodi;
- m alteri za završne radove u građevinarstvu;
- ljepila, materijali za dimenzioniranje;
- suhe građevinske mješavine, cement (za sprječavanje pucanja);
- materijali za boje;
- podmazivanje-rashladne tekućine;
- medij za stvrdnjavanje tračnica;
- elektrode za zavarivanje premaza i ostalo.
Natrijeva karboksimetil celuloza koristi se za stabilizaciju pjene u gašenju požara, prehrambenoj industriji, u proizvodnji parfema i keramike. Tehničari procjenjuju da se ovaj spoj koristi u više od 200 područja inženjerstva i medicine.
Zaštitni premazi
Jedan od obećavajućih smjerova je uvođenje nanočestica sintetiziranih iz CMC suspenzija kao aditiva-stabilizatora u premaze otporne na koroziju. To vam omogućuje promjenu strukture polimera, povećanje adhezije s osnovnim materijalom, poboljšanje fizikalnih i mehaničkih svojstava premaza bez značajnog povećanja cijene sastava. Nanočestice formiraju mikroklasteri, što omogućuje dobivanje kompozita s vrijednim tehničkim svojstvima.
Prednost ovog dodatka je i to što je ekološki prihvatljiv i biorazgradiv. Za njegovu proizvodnju nije potrebna upotreba organskih otapala, stoga se smanjuje rizik od onečišćenja otpadnih voda i atmosfere, nema potrebe za korištenjem specijalizirane opreme i visokog temperaturnog raspona.
Dodatak prehrani
Natrij karboksimetilceluloze koristi se kao dodatak hrani (E-466) u koncentraciji ne većoj od 8 g/kg. Tvar ima nekoliko funkcija u proizvodima:
- zgušnjavanje;
- stabilizirajuća svojstva;
- zadržitevlaga;
- produženje roka trajanja;
- očuvanje dijetalnih vlakana nakon odmrzavanja.
Najčešće se ovaj spoj dodaje brzoj hrani, sladoledu, slasticama, marmeladi, želeu, topljenom siru, margarinu, jogurtu, ribljim konzervama.
Medicina i kozmetologija
U farmaceutskoj industriji, natrijeva karboksimetil celuloza se koristi u skupinama lijekova kao što su:
- kapi za oči, otopine za injekcije - za produljenje terapijskog učinka;
- ljuske tableta - za reguliranje oslobađanja aktivne tvari;
- emulzije, gelovi i masti - za stabilizaciju tvorbenih tvari;
- antacidi - kao komponente za ionsku izmjenu i kompleksiranje.
U proizvodnji higijenskih i kozmetičkih proizvoda ovaj spoj se koristi u sastavu pasta za zube, šampona, gelova za brijanje i tuširanje, te krema. Glavna funkcija je stabilizirati svojstva i poboljšati teksturu.
Učinak na ljude i životinje
Natrijeva karboksimetilceluloza je hipoalergena, biološki neaktivna, nema kancerogeno djelovanje i ne narušava reproduktivnu funkciju živih organizama. Primjena kao aditiva hrani u sigurnoj koncentraciji ne dovodi do negativnih posljedica. Prašina spoja može izazvati iritaciju ako uđe u oči i gornje dišne puteve (MACaerosol je 10 mg/m3).
Filmovi koji sadrže natrijevu sol oslobađaju aktivni sastojak u alkalnom okruženju crijeva. Spoj se izlučuje iz ljudskog tijela i životinja nepromijenjen. U vodnim tijelima u gospodarske svrhe tvar pripada trećoj klasi opasnosti (umjereno opasna). MPC u ovom slučaju je 2 mg/l.
