ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز

پلیمر کربوکسی متیل سلولز یا آدامس سلولز، حجیم کننده بی ضرری از مشتقات سلولز می باشد که در آن تعدادی از گروه های هیدروکسیل با گروه های کربوکسی متیل جایگزین شده اند. این ترکیب پلیمر آنیونی است و به سرعت و کامل در آب حل می شود و در صنایع گوناگونی مانند صنایع  تولید کننده شوینده، صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی و … کاربرد دارد.  CMC از سلولز دیواره سلولی گیاهان و چوب به دست می آید و ترکیبی بیولوژیک و بی ضرر و فراوان است که در برابر پوسیدگی مقاوم می باشد.

کربوکسی متیل سلولز یا CMC چیست؟

کربوکسی متیل سلولز یا CMC و یا سلولز گام یک افزودنی چند منظوره است که می تواند جهت تنظیم ویسکوزیته محصولات مختلف استفاده گردد. این ترتیب که پودر و یا گرانویل سفید و زرد رنگ و بی بو و بدون طعمی می باشد به واسطه نقشی که در افزایش غلظت دارد، نقشهای گوناگونی را می تواند ایفا کند. این پلیمر محلول در آب است و براحتی جایگزین ترکیبی مانند نشاسته، ژلاتین، صمغ و آلژینات سدیم می شود. چرا که خواص شیمیایی و فیزیکی مشابهی با آنها دارد، اما از این ترکیبات از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر می باشد.

CMC قادر است در نقش عامل نگهدارنده آب، عامل غلظت بخشی، انتشار، ایجاد چسبندگی و استحکام، تثبیت کننده و حفظ حالت کلوئیدی ظاهر شود. همچنین می تواند کار معلق سازی و امولسیون کنندگی را نیز انجام دهد. حتی می تواند در تشکیل یک لایه روی محصولات نیز کمک نماید.

نحوه تشکیل کربوکسی متیل سلولز

این پلیمر صمغ مهم سلولزی است که در هنگام حل شدن در آب، حتی در حضور یون کلسیم، ترکیب ژله ای تشکیل نمی ‌‌دهد، با کمک روشهای شیمیایی از فیبر طبیعی به دست می آید و از اترهای سلولزی محسوب می گردد. در این روش با کمک سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) سلولز را به سلولز قلیایی تبدیل می کنند و این ترکیب را با منو کلرو استیک اسید وارد واکنش می کنند تا سلولزگام  تشکیل گردد.  CMC مشتق پلیمر طبیعی است و یک ترکیب بی خطر می باشد و به سهولت در آب سرد و گرم حل می شود به خوبی به عنوان یک تغلیظ کننده و امولسیفایر کاربرد دارد. اما باید گفت اگر در محلول، نمکهای فلزی چند ظرفیتی مانند  FeSO4 و  PbSO4 و…  وجود داشته باشد، اسیدیته هم 2- 3 باشد، رسوب تشکیل می شود. البته این پلیمر نشان داده است در محلول قلیایی پایداری زیادی دارد.

ویژگی فیزیکی و شیمیایی کربوکسی متیل سلولز

کربوکسی متیل سلولز یک مشتق آنیونی سلولز است؛ یعنی پایه اصلی این ترکیب پلیمر طبیعی به نام سلولز است. سلولز در طی واکنشهای شیمیایی تبدیل به ترکیبی می شود که کربوکسیل متیله در ترکیب خود دارد. سلولز یک پلیمر خطی است که از واحدهای دی گلوکز تشکیل می شود. این واحدها با پیوند گلیکوزیدی به هم متصل می شوند و یک زنجیره طولانی تشکیل می دهند. سلولز قسمت مهم دیواره سلولی است، همچنین 90 درصد پنبه، 40 تا 50 درصد چوب و حدود 57 درصد کنف خشک شده را تشکیل می دهد. سلولز نامحلول  در آب و اغلب حلالهای آلی می باشد، اما زیست تخریب پذیر است. فرمول سلولز C6H10O5)n) می باشد و با اتری شدن گروههای هیدروکسیل، سلولز  کربوکسی متیل سلولز به دست می آید.

کربوکسی متیل سلولز با فرمول C6H7O2(OR1)(OR2)(OR3) ترکیب سازگار با محیط زیست می باشد و سومین مشتق مهم سلولز محسوب می گردد. به طوری که پس از استات و ویسکوز، بیشترین کاربرد را در صنایع مختلف دارد. هم اکنون از این ترکیب در صنایعی مانند صنایع آرایشی و بهداشتی، صنایع غذایی، رزین، رنگ و نساجی استفاده می نمایند. کربوکسی متیل سلولز، پودر الیافی سفیدی  با چگالی 0.5-0.7 گرم در سانتی متر مربع است و دارای رطوبت می باشد.

این ترکیب در حلالهای آلی نامحلول می باشد اما در اتانول، استون، رزین، چسبهای پایه آب و آب محلول است. محلول آبی این ترکیب ویسکوز بوده و اسیدیته آن خنثی و یا قلیایی است. این پلیمرغیر قابل تخمیر است و ترکیب هیدروکلوئیدی با فعالیت سطحی می باشد. همچنین این ترکیب به دو صورت درجه صنعتی و غذایی عرضه می شود و در امولسیونهای روغن در آب به عنوان  امولسیفایر، به عنوان ژل کننده  در فاز آبی کاربرد دارند.

عوامل موثر در ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز

میزان ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز از عوامل موثر مهم در تعیین قیمت و کاربرد این محصول در صنایع مختلف می باشد، به همین دلیل ویسکوزیته محلول  CMC را می سنجند و هنگام خرید و فروش اعلام می دارند. در همین راستا به طور معمول ویسکوزیته محلول یک درصد این ترکیب سنجیده می شود؛ یعنی ویسکوزیته محلولی بیان می شود که یک گرم از این ترکیب را در 99 میلی لیتر آب دارد. حتی برای مقایسه سی ام سی  با سایر مشتقات سلولز نیز این عدد استفاده می شود.

نقش pH در میزان ویسکوزیته

pH محلول آبی 1٪ کربوکسی متیل سلولز، 6.5 تا 8.5 بوده و محلول کلوئیدی شفافی است. ویسکوزیته این محلول 25 – 8000 میلی پاسکال بر ثانیه می باشد. به طور کلی ترکیب پودر کربوکسی متیل سلولز و حلال، شفاف و تقریبا بی بو است. البته لازم به ذکر است CMC بهترین عملکرد خود را در pH = 7 نشان می دهد. در اسیدیته بالاتر از 10 و کمتر از 5، ویسکوزیته محلول کاهش زیادی نشان می دهد.

نقش درجه حرارت در میزان ویسکوزیته

با افزایش درجه حرارت ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز افزایش پیدا نمی کند. به طوری که در دماهای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد، در مدت زمان طولانی، ویسکوزیته و عملکرد آن کاهش می یابد. اما در دمای پایین تر از 20 درجه سانتیگراد، ویسکوزیته افزایش می یابد. البته در دمای 45 درجه سانتیگراد، سرعت تغییرات کم می شود. در نتیجه باید گفت با افزایش غلظت پودر در حلال به طبع، ویسکوزیته افزایش می باید.

نقش حلالیت در میزان ویسکوزیته

میزان حلالیت نیز در نشان دادن ویسکوزیته واقعی مهم است. با افزایش درجه جایگزینی کربوکسی متیل و افزایش یکنواختی توزیع
جایگزینی، حلالیت سی ام سی افزایش می یابد. درجه جایگزین (D.S) محلول 1 درصد CMC در حدود 0.3، قلیایی می باشد و با افزایش D.S، محلول شفاف تر می گردد.

کاربرد کربوکسی متیل سلولز در صنایع گوناگون

همانطور که در بالا ذکر شد ترکیب این پلیمر در دو مرحله تولید می شود. در مرحله اول برای تولید سدیم قلیایی، از هیدروکسید سدیم استفاده می نمایند. سلولز در این ترکیب خیس می شود تا هیدروکسید سدیم با گروه های هیدروکسیل مونومرهای گلوکز سلولز وارد واکنش شوند. در مرحله بعد مونو کلرو استات سدیم اضافه می شود تا محصول نهایی تولید شود. در این مرحله حدود 60 درصد cmc تولید میشود. 40 درصد باقی مانده گلیکولات سدیم و کلرید سدیم می باشد. CMC تولیدی CMC    تکنیکال نامیده می شود و برای تولید مواد شوینده به کار می رود. اما در ادامه باید گفت مرحله سومی نیز وجود دارد؛ زیرا در صنایع دارویی و غذایی نیز از سلولز گام استفاده می کنند.

 به همین منظور جهت فروش به صنایعی همچنین تولید خمیر دندان در مرحله تصفیه، نمکها حذف می شود و محصول خالص CMC تهیه و عرضه می شود. خلوص این ترکیب در چنین مواقعی بیش از 99.5 درصد می باشد و برای خوردن مناسب می باشد. در صنایع غذایی هرچه قدر ویسکوزیته این ترکیب بیشتر باشد، قوام مواد غذایی بیشتر می شود. اما نوع نیمه خالص کربوکسی متیل نیز با خلوص 80 تا 95 درصد در صنعت کاغذ سازی کاربرد دارد. در ادامه نقش سی ام سی در این کاربردها، دقیق تر بیان می گردد.

CMC در صنایع شوینده

در صنایع شوینده CMC امولسیون صابون را غلظت می دهد، ساختار مواد شوینده را تثبیت می ‌بخشد و باعث تعلیق ‌سازی چرکهای جدا شده می گردد.

CMC در صنایع غذایی

کربوکسی متیل سلولز خوراکی نیز به عنوان تثبیت کننده، امولسیون کننده، نگهدارنده آب و عامل حفظ شکل مواد خوراکی مانند کلوچه، سس، آبنبات، نوشیدنی های مایع و آبمیوه‌ ها، غذاهای منجمد، محصولات لبنی و گوشتی، کنسروها، ماکارونیهای فوری، کمپوتهای میوه  و…. می باشد.

CMC در صنایع دارویی

CMC در صنایع دارویی و بهداشتی نیز در محصولاتی مانند شامپوها برای ابقای رنگ، تثبیت کنندگی، محافظت از پوست، تعلیق‌ سازی ذرات پراکندگی یکدست، غلظت ‌بخشی، یکدست کنندگی و … استفاده می شود.

CMC در سایر صنایع

کربوکسی متیل سلولز صنعتی در صنایع نساجی به عنوان غلظت دهنده و افزایش دهنده استحکام استفاده می شود. در صنایع رنگ و رزین، پایدار کننده ذرات کلوئیدی و سوسپانسیون است. در صنایع چاپ و کاغذ سازی، باتری سازی، الکترودهای جوش و … نیز این ترکیب کاربرد دارد. لازم به ذکر است ویسکوزیته سی ام سی صنعتی اغلب کمتر از 1000 سانتی پوآز استفاده می شود.

سوالات متداول ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز

1- کربوکسی متیل سلولز را با هیدروکسی پروپیل متیل سلولز مقایسه کنید؟

کربوکسی متیل سلولز نسبت به هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با سرعت کمتری با آب واکنش می دهد و مقدار آب کمتری را محبوس می نماید. سی ام سی بیشتر در صنایع شوینده، بهداشتی، دارویی و کاغذ سازی و … کاربرد دارد.

2- جهت جلوگیری از توده ای شدن کربوکسی متیل سلولز با ویسکوزیته بالا چه باید کرد؟

در هنگام استفاده از CMC ، پودر این ترکیب ممکن است به شکل توده، تجمع نماید. چرا که به سبب ماهیت بسیار مرطوب، به سرعت هیدراته می شود و هیدراتاسیون سریع اتفاق می افتد. لذا توصیه می شود در هنگام اضافه نمودن پودر باید زیاد هم زده شود و یا همراه مواد خشک دیگر همانند شکر اضافه شود.

3- قیمت کربوکسی متیل سلولز بر چه اساسی محاسبه می شود؟

قیمت کربوکسی متیل سلولز بر اساس مواردی مانند خلوص، ویسکوزیته، منبع اولیه سلولز، طول زنجیره پلیمری، دانه بندی و درجه استخلاف متفاوت خواهد بود. به طوریکه قیمت CMC خوراکی با صنعتی و شوینده کاملا متفاوت است.

4- در انتخاب بر اساس ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز، باید به چه نکاتی توجه نمود؟

کربوکسی متیل سلولز بر اساس درجه جایگزینی، یعنی تعداد گروه های کربوکسی جایگزین می شود و همچنین طول زنجیره اصلی سلولز، ویسکوزیته، حلالیت و تغییر ساختار سلولز کاربردهای مختلف و قیمت متفاوتی خواهد داشت.

5- ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز چه قدر است؟

ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز به وسیله ویسکومتر اندازه گیری می شود. دامنه ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز از 50-8000 سانتی پواز است. لازم به ذکر است ویسکوزیته با ویسکومتر کاپ و با سانتی پواز گزارش داده می شود.