1. Огляд
Карбоксиметил целюлоза (CMC)-це водорозчинна аніонна полісахарид, що широко використовується в їжі, фармацевтичних препаратах, косметиці, видобутку нафти та виробництві паперу. Ключовою властивістю CMC є його в'язкість, але в практичних додатках його в'язкість часто повинна регулюватися для задоволення конкретних вимог до обробки та ефективності.
2. Характеристики структури та в'язкості CMC
CMC - це карбоксиметильована похідна целюлози, і її молекулярна структура визначає її характеристики в'язкості в розчині. В'язкість CMC залежить від його молекулярної маси, ступеня заміщення (DS), температури та рН розчину. Висока молекулярна маса та висока ДС зазвичай збільшують в'язкість CMC, тоді як підвищена температура та екстремальні умови pH можуть зменшити його в'язкість.
3. Механізми впливу добавок на в'язкість CMC
3.1 Ефект електроліту
Електроліти, такі як солі (NaCl, KCL, CACL₂ тощо), можуть зменшити в'язкість CMC. Електроліти дисоціюються на іони у воді, яка може захистити відштовхування заряду між молекулярними ланцюгами CMC, зменшити розширення та заплутування молекулярних ланцюгів і, таким чином, зменшити в'язкість розчину.
Ефект іонної сили: Підвищення іонної міцності в розчині може нейтралізувати заряд на молекулах CMC, послабити відштовхування між молекулами, зробити молекулярні ланцюги більш компактними і, таким чином, зменшити в'язкість.
Багатовалентний катіонний ефект: Наприклад, Ca²⁺, координуючи з негативно зарядженими групами на декількох молекулах CMC, може більш ефективно нейтралізувати заряд та утворювати міжмолекулярні зшивання, тим самим значно зменшуючи в'язкість.
3.2 Ефект органічного розчинника
Додавання низькополярних або неполярних органічних розчинників (таких як етанол та пропанол) може змінити полярність водного розчину та зменшити взаємодію між молекулами CMC та молекулами води. Взаємодія між молекулами розчинника та молекулами CMC також може змінити конформацію молекулярного ланцюга, тим самим зменшуючи в'язкість.
Ефект розчинного розчинника: Органічні розчинники можуть змінити розташування молекул води в розчині, так що гідрофільна частина молекул CMC загортається розчинником, послаблюючи розширення молекулярного ланцюга і зменшуючи в'язкість.
3,3 зміни рН
CMC є слабкою кислотою, а зміни рН можуть впливати на його стан заряду та міжмолекулярні взаємодії. У кислих умовах карбоксильні групи на молекулах CMC стають нейтральними, зменшуючи відштовхування заряду і, таким чином, зменшуючи в'язкість. У лугових умовах, хоча заряд збільшується, екстремальна лужність може призвести до депомімеризації молекулярного ланцюга, тим самим зменшуючи в'язкість.
Ефект ізоелектричної точки: У умовах, близьких до ізоелектричної точки CMC (pH ≈ 4,5) чистий заряд молекулярного ланцюга низький, зменшує відштовхування заряду і, таким чином, зменшує в'язкість.
3.4 ферментативний гідроліз
Конкретні ферменти (такі як целюлаза) можуть розрізати молекулярний ланцюг CMC, тим самим значно зменшуючи його в'язкість. Ферментативний гідроліз - це дуже специфічний процес, який може точно контролювати в'язкість.
Механізм ферментативного гідролізу: ферменти гідролізують глікозидні зв’язки на молекулярному ланцюзі CMC, так що висока молекулярна маса CMC розбивається на менші фрагменти, зменшуючи довжину молекулярного ланцюга та в'язкість розчину.
4. Поширені добавки та їх застосування
4.1 Неорганічні солі
Хлорид натрію (NaCl): широко застосовується в харчовій промисловості для регулювання текстури їжі за рахунок зменшення в'язкості розчину CMC.
Хлорид кальцію (CACL₂): використовується при бурінні нафти для регулювання в'язкості буріння рідини, що допомагає здійснити свердловину та стабілізувати стінку свердловини.
4.2 Органічні кислоти
Оцтова кислота (оцтова кислота): використовується в косметиці для регулювання в'язкості CMC для адаптації до різних текстур продукту та сенсорних вимог.
Лимонна кислота: зазвичай використовується в переробці харчових продуктів для регулювання кислотності та лужності розчину для контролю в'язкості.
4.3 розчинники
Етанол: Використовується в фармацевтичних препаратах та косметиці для регулювання в'язкості CMC для отримання відповідних реологічних властивостей продукту.
Пропанол: Використовується в промисловій обробці для зменшення в'язкості рішення CMC для легкого потоку та переробки.
4.4 ферменти
Целюлаза: використовується в обробці текстилю для зменшення в'язкості суспензії, роблячи покриття та друк більш рівномірною.
Амілаза: Іноді використовується в харчовій промисловості для коригування в'язкості CMC для адаптації до потреб переробки різних продуктів.
5. Фактори, що впливають на ефективність добавок
На ефективність добавок впливає багато факторів, включаючи молекулярну масу та ступінь заміщення КМК, початкову концентрацію розчину, температуру та наявність інших інгредієнтів.
Молекулярна маса: CMC з високою молекулярною масою вимагає більш високих концентрацій добавок для значного зменшення в'язкості.
Ступінь заміщення: CMC з високим ступенем заміщення менш чутливий до добавок і може вимагати більш сильних умов або більш високих концентрацій добавок.
Температура: Підвищена температура, як правило, підвищує ефективність добавок, але занадто висока температура може спричинити деградацію або побічні реакції добавок.
Взаємодія суміші: інші інгредієнти (наприклад, поверхнево -активні речовини, загусники тощо) можуть впливати на ефективність добавок і їх потрібно вважати всебічно.
6. Майбутні напрямки розвитку
Дослідження та застосування зменшення в'язкості CMC рухаються до зеленого та стійкого напрямку. Розробка нових добавок з високою ефективністю та низькою токсичністю, оптимізація умов використання існуючих добавок та вивчення застосування нанотехнологій та розумних реагуючих матеріалів у регуляції в'язкості CMC - це всі майбутні тенденції розвитку.
Зелені добавки: шукайте природні похідні або біологічно розкладаються добавки для зменшення впливу на навколишнє середовище.
Нанотехнологія: Використовуйте ефективну поверхневу та унікальну механізм взаємодії наноматеріалів, щоб точно контролювати в'язкість CMC.
Розумні реагуючі матеріали: Розробіть добавки, які можуть реагувати на стимули навколишнього середовища (такі як температура, рН, світло тощо) для досягнення динамічної регуляції в'язкості CMC.
Добавки відіграють важливу роль у регулюванні в'язкості CMC. Раціонально вибираючи та застосовуючи добавки, потреби різних галузей та споживчих товарів можна ефективно задовольнити. Однак для досягнення сталого розвитку майбутні дослідження повинні зосередитись на розробці зелених та ефективних добавок, а також на застосуванні нових технологій регулювання в'язкості.
Час посади: 17 лютого-2025