کربوکسی متیل سلولز | ویژگی‌ها، روش تولید و کاربرد سی ام سی

همه چیز درباره کربوکسی متیل سلولز؛ روش های تولید، خواص و کاربردها

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یا صمغ سلولز، یک مشتق سلولزی با گروه‌های کربوکسی متیل (-CH2-COOH) متصل به برخی از گروه‌های هیدروکسیل در ساختار مونومرهای گلوکوپیرانوز است که ستون اصلی سلولز را تشکیل می‌دهند. CMC اغلب به عنوان نمک سدیم آن، یعنی سدیم کربوکسی متیل سلولز به کار می رود.

نگاهی به تاریخچه کربوکسی متیل سلولز

CMC ، یک ترکیب پلیمری بی رنگ، بی بو و محلول در آب است. سدیم کربوکسی متیل سلولز، NaCMC یا CMC، اولین بار در سال ۱۹۴۷ ساخته شد. این ترکیب که معمولاً به عنوان کربوکسی متیل سلولز شناخته می شود، از نمک سدیم یک سلولز اصلاح شده با خواص قلیایی تشکیل شده است. CMC در آب محلول است اما با نمک های فلزات سنگین واکنش نشان می دهد و لایه هایی را تشکیل می دهد که شفاف، سخت و نامحلول در آب هستند.

در بیشتر موارد، CMC به عنوان یک پلی الکترولیت عمل می کند. به طور تجاری از این ماده در تولید مواد شوینده، محصولات غذایی و یا برای منسوجات و تولید کاغذ استفاده می شود. همچنین، CMC به عنوان چسب برای منسوجات و کاغذ نیز کاربرد دارد. مطالعات نشان می دهد که اکثر پلیمرهای کربوکسی متیل سلولز (CMC)، به مرور زمان در اثر تغییر رنگ یا کاهش وزن ناچیز، پایداری بسیار خوبی دارند.

روش‌های تولید

کربوکسی متیل سلولز توسط یک واکنش قلیایی کاتالیز شده، با ترکیب مواد اولیه سلولز و اسید کلرواستیک، سنتز می شود. گروه های کربوکسیل قطبی (اسید آلی)، باعث واکنش پذیری شیمیایی سلولز در محلول می شوند.

پس از واکنش اولیه، مخلوط حاصل تقریباً ۶۰٪ CMC و ۴۰٪ نمک (کلرید سدیم و گلیکولات سدیم) تولید می کند. این محصول به اصطلاح، همان CMC است که در مواد شوینده استفاده می شود. یک فرآیند اضافی تصفیه برای حذف این نمک ها با هدف تولید CMC خالص، اجرا می شود که گرید کربوکسی متیل سلولز را تولید می کند که برای کاربردهای غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرد. درجه متوسط یا ​​”نیمه خالص” از این ماده نیز تولید می شود که معمولاً در برنامه های تولید کاغذ بازیافتی، مانند بازیابی اسناد بایگانی کاربرد دارد.

خواص عملکردی CMC به عواملی از جمله درجه جایگزینی ساختار سلولز (= تعداد گروه‌های هیدروکسیل در واکنش جایگزینی) و همچنین طول زنجیره ساختار اصلی سلولز و درجه شاخه ‌بندی واکنش های جایگزینی کربوکسی متیل بستگی دارد.

cmc-molecular-form

خواص و کاربردهای کربوکسی متیل سلولز

خواص فیزیکی و شیمیایی:

• محلول در آب سرد و گرم.
• نامحلول در تتراکلرید کربن، پرکلرواتیلن و اکثر حلال های آلی.
• pH محلول، ۱٪ ، ۶.۵-۸.۰ است.
• ضریب شکست = ۱.۵۱۵ (فیلم خشک)
• ترکیب بدون بو و بی مزه است.
• خاصیت امولسی فایر دارد.
• به صورت جامد پودری، به رنگ بژ است.
• از ویژگی های رئولوژی ماده را بهبود می بخشد.
• قابلیت جذب آب و رطوبت را دارد.
• به نوعی می تواند رنگ را ثبات بدهد.
• بافت نرم و براق را در محصولات غیر خوراکی ایجاد می کند.
• ارزان و مقرون به صرفه است.

 مشخصات فیزیکی و شیمیایی

کاربردهای کربوکسی متیل سلولز

• کاربرد CMC در صنایع غذایی

CMC در مواد غذایی با شماره ۴۶۶E یا ۴۶۹E (=هنگامی که به صورت آنزیمی هیدرولیز می شود) به عنوان یک اصلاح کننده ویسکوزیته یا غلیظ کننده و برای تثبیت امولسیون ها در محصولات مختلف از جمله بستنی استفاده می شود. CMC به طور گسترده در محصولات غذایی بدون گلوتن و کاهش چربی غذاها استفاده می شود.

• کاربرد CMC در صنایع دارویی

همچنین ترکیبی از بسیاری از محصولات غیر خوراکی مانند خمیر دندان، ملین ها، قرص های رژیمی، رنگ های مبتنی بر آب، مواد شوینده، پدهای حرارتی قابل استفاده مجدد، محصولات کاغذی مختلف به کار می رود. از کربوکسی متیل سلولز گرید دارویی باید در این موارد استفاده شود.

در چشم پزشکی از CMC به عنوان روان کننده در اشک مصنوعی برای درمان خشکی چشم استفاده می شود. ممکن است برای درمان سندرم خشکی شدید چشم یا اختلال عملکرد غده میبومین (MGD) به درمان بیشتری نیاز باشد.

• کاربرد CMC در صنایع منسوجات

این ترکیب در صنایع دستی چرم برای کمک به درخشندگی لبه ها مناسب است. CMC عمدتاً به این دلیل استفاده می شود که ویسکوزیته بالایی دارد، غیر سمی است و به طور کلی به عنوان الیاف ضد حساسیت عمل می کند؛ زیرا منبع اصلی الیاف، خمیر چوب نرم یا الیاف پنبه است.

• کاربرد CMC در صنایع شوینده

در شوینده های لباسشویی، از کربوکسی متیل سلولز به عنوان یک پلیمر سوسپانسیون کننده آلودگی ها استفاده می شود که برای رسوب بر روی پارچه های پنبه ای و سایر پارچه های سلولزی طراحی شده است. این ماده، مانعی با بار منفی برای آلودگی در محلول شستشو ایجاد می کند. از کربوکسی متیل سلولز گرید صنعتی برای این موارد استفاده می شود.

• کاربرد CMC در صنایع نفت و حفاری

کربوکسی متیل سلولز به عنوان یک عامل غلیظ کننده در صنعت نفت و حفاری استفاده می شود؛ به عنوان مثال، در صنعت حفاری نفت به عنوان یک ماده تشکیل دهنده گل حفاری عمل می کند؛ همان جایی که به عنوان یک اصلاح کننده ویسکوزیته و عامل نگهدارنده آب به کار می رود.

• کاربرد CMC در صنایع شیمیایی

CMC به عنوان میکروگرانول نامحلول، در جایگاه رزین تبادل کاتیونی در روش جداسازی کروماتوگرافی تبادل یونی برای خالص سازی پروتئین ها استفاده می شود. احتمالاً سطح مشتق‌ های شاخه های این ترکیب در این روش، بسیار پایین‌تر است، بنابراین خواص حلالیت سلولز میکروگرانول حفظ می‌شود؛ در حالی که گروه‌های کربوکسیلات با بار منفی کافی برای اتصال به پروتئین‌های با بار مثبت، اضافه می‌شوند.

CMC همچنین در پدهای یخ، برای تشکیل یک مخلوط یوتکتیک استفاده می شود. این مخلوط، منجر به نقطه انجماد پایین تر شده و بنابراین ظرفیت خنک کنندگی بیشتری نسبت به یخ را ارائه می دهد.

• کاربرد کربوکسی متیل سلولز در نانوفناوری

محلول های آبی CMC برای پراکندگی نانولوله های کربنی نیز کاربرد دارد. تصور می‌شود که مولکول‌های طولانی CMC به دور نانولوله‌ها می‌پیچند و به آنها اجازه می‌دهند در آب پراکنده شوند.

• کاربرد کربوکسی متیل سلولز در دامپزشکی

در دامپزشکی، CMC در جراحی های شکمی در حیوانات بزرگ جثه، به ویژه اسب ها، برای جلوگیری از ایجاد چسبندگی روده استفاده می شود.

• کاربرد کربوکسی متیل سلولز در سایر صنایع

CMC گاهی اوقات به عنوان یک اتصال دهنده الکترود در تولید باتری پیشرفته (به عنوان مثال باتری های یون- لیتیوم)، به ویژه با آندهای گرافیت استفاده می شود. حلالیت CMC در آب، امکان پردازش سمی و ارزان تر را نسبت به اتصال دهنده های غیر محلول در آب، مانند پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)، که برای پردازش به ترکیب سمی n-methylpyrrolidone (NMP) نیاز دارد، فرآهم می سازد. CMC اغلب همراه با لاستیک استایرن بوتادین (SBR) برای الکترودهایی که به انعطاف پذیری بیشتری نیاز دارند (= آندهای حاوی سیلیکون)، افزوده می شود.

• کاربرد کربوکسی متیل سلولز در تولید مواد غذایی متنوع

پودر CMC به طور گسترده در صنعت بستنی سازی استفاده می شود، برای ساخت بستنی، بدون نیاز به فرآیند کوبیدن یا تأمین دمای بسیار پایین، این پودر می تواند سرما را فراهم سازد.

CMC در پخت نان و کیک استفاده می شود. استفاده از CMC با کاهش نیاز به چربی، کیفیت نان را با هزینه کمتری بهبود می بخشد.

از CMC به عنوان امولسیفایر در تولید بیسکویت ها نیز استفاده می شود. این ترکیب باعث می شود پراکندگی یکنواخت چربی در خمیر به وجود بیاید، و خروج خمیر از قالب ها و کاترها را بهبود می بخشد و بیسکویت ها، خوش فرم بوده و بدون انحراف در لبه ها از دستگاه خارج می شوند. همچنین CMC می تواند به کاهش میزان زرده یا چربی تخم مرغ در تهیه بیسکویت کمک کند.

استفاده از CMC در تهیه آب نبات، بافت و کیفیت را بهبود می بخشد. CMC در تولید آدامس ها، مارگارین ها و کره بادام زمینی به عنوان امولسیفایر استفاده می شود.

ایمنی کربوکسی متیل سلولز

• طبق برگه اطلاعات ایمنی ترکیب CMC، یا همان MSDS، کربوکسی متیل سلولز، روش مناسب اطفای حریق ناشی از این ماده، شامل اسپری آب، کف دی اکسید کربن (CO 2)، کف خشک، می باشد. اطلاعات دیگری در این باره در دسترس نیست.
• فلش پوینت (نقطه اشتعال پذیری): هیچ اطلاعاتی در دسترس نیست
• دمای خود اشتعالی: ۳۷۰ درجه سانتیگراد / ۶۹۸ درجه فارنهایت
• محدودیت های انفجار: هیچ داده ای در دسترس نیست
• حساسیت به ضربه های مکانیکی: اطلاعاتی در دسترس نیست
• حساسیت به تخلیه استاتیک: اطلاعاتی در دسترس نیست

خطرات خاص ناشی از مواد شیمیایی

بسته بندی های محصول کربوکسی متیل سلولز و ظرف خالی آن را دور از حرارت و منابع اشتعال نگهداری کنید. محصولات احتراق این ماده، بسیار خطرناک هستند و شامل مونوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2) است.

ثبات و واکنش پذیری

• بر اساس اطلاعات موجود، خطر واکنش پذیری، مشخص نیست
• کربوکسی متیل سلولز، پایدار است.

شرایط اجتناب از محصولات ناسازگار

مواد ناسازگار شامل عوامل اکسید کننده قوی است

تجهیزات حفاظت فردی

• محافظت از چشم و صورت؛ از عینک محافظ مناسب یا عینک ایمنی مواد شیمیایی مطابق با مقررات حفاظت از چشم و صورت استفاده کنید.

محافظت از پوست و بدن برای جلوگیری از تماس پوست با ترکیب کربوکسی متیل سلولز؛ از دستکش و لباس محافظ مناسب استفاده کنید. تجهیزات تنفسی را در شرایط حاد، به کار ببرید.

ذخیره و نگهداری کربوکسی متیل سلولز

هنگام جابجایی کیسه ها و مخازن این ترکیب، از تماس با پوست و چشم جلوگیری کنید. گرد و غبار ناشی از آن را تنفس نکنید. شرایط استاندارد را برای ذخیره سازی فراهم سازید. کیسه ها را در جای خشک، خنک و دارای تهویه مناسب نگهداری کنید. درب ظرف را محکم و بسته نگه دارید.

 بسته بندی

از آنجایی که ترکیب CMC به صورت پودری است، بسته بندی ها در کیسه های مقاوم انجام می گیرد. برای ثبت سفارش عمده و حمل فله ای این ترکیب، استفاده از کانتینرها و مخازن بزرگ، ضرورت دارد. متداول ترین نوع بسته بندی این ترکیب، کیسه های بادوام از جنس سلولز یا پلاستیک، چند لایه است. برای خرید کربوکسی متیل سلولز می توانید ابتدا نوع درخواست و حجم مورد نیاز خود را با کارشناسان ما در شرکت شیمیکو در میان بگذارید تا اطلاعات لازم را به شما بدهند.

بسته بندی های این ترکیب معمولاً در وزن ۲۵ کیلوگرمی است و با درصد خلوص ۹۹% موجود می باشد.

خرید و فروش و قیمت کربوکسی متیل سلولز

ترکیب شیمیایی صنعتی کربوکسی متیل سلولز، در بازار امروزی، پرتقاضا است؛ چرا که این ماده اولیه در صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و تولید انواع رنگ و سرامیک ها به کار می رود. هر چه تقاضا برای خرید این ماده پلیمری بالاتر باشد، قیمت ها هم افزایش پیدا می کند.

در حال حاضر اگر برای خرید کربوکسی متیل سلولز اقدام کنید، با هزاران آگهی برای فروش برخورد می کنید که این ماده را با گریدهای خوراکی و صنعتی ارائه می دهند. به طور مثال، CMC گرید خوراکی، چین، یکی از این موارد است. این ماده که به صورت مواد اولیه وارداتی به فروش می رسد، عمدتاً در کیسه های ۲۵ کیلوگرمی بسته بندی شده است.

قیمت کربوکسی متیل سلولز صنعتی و گرید آزمایشگاهی با هم متفاوت است. قطعاً صنایع کوچک و بزرگ تولید کننده که از این ترکیب به عنوان یکی از مواد اولیه خود استفاده می کنند، به دنبال گرید صنعتی آن هستند. CMC گرید آزمایشگاهی، برای اهداف تحقیقاتی به کار می رود.

از مهم ترین معیارهای خرید سلولزگام یا همین کربوکسی متیل سلولز، توجه به درصد خلوص و برگه آنالیز شیمیایی آن است. برای ثبت سفارش می توانید به لیست محصولات شیمیکو مراجعه فرمایید.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Carboxymethyl_cellulose

https://www.fishersci.com/store/msds?partNumber=AC332640010&productDescription=CARBOXYMETHYL+CELLULOSE%2C+1KG&vendorId=VN00032119&countryCode=US&language=en

https://cameo.mfa.org/wiki/Sodium_carboxymethyl_cellulose#:~:text=5%20Comparisons-,Description,of%20an%20alkaline%20modified%20cellulose.