1. ülevaade
Karboksümetüültselluloos (CMC) on vees lahustuv anioonne polüsahhariid, mida kasutatakse laialdaselt toidu, farmaatsiatoodete, kosmeetikatoodete, naftaväljade ekstraheerimise ja paberitootmise alal. CMC peamine omadus on selle viskoossus, kuid praktiliste rakenduste korral tuleb selle viskoossust sageli reguleerida, et täita konkreetseid töötlemis- ja jõudlusnõudeid.
2. CMC struktuuri ja viskoossuse omadused
CMC on tselluloosi karboksümetüleeritud derivaat ja selle molekulaarstruktuur määrab selle viskoossuse omadused lahuses. CMC viskoossus sõltub selle molekulmassist, asendusastmest (DS) ning lahuse temperatuurist ja pH -st. Kõrge molekulmass ja kõrge DS suurendavad tavaliselt CMC viskoossust, samas kui kõrgendatud temperatuur ja äärmuslikud pH tingimused võivad selle viskoossust vähendada.
3. Lisandite mõju mehhanismid CMC viskoossusele
3.1 Elektrolüütide efekt
Elektrolüüdid, näiteks soolad (NaCl, KCl, Cacl₂ jne), võivad vähendada CMC viskoossust. Elektrolüüdid dissotsieeruvad vees ioonideks, mis võivad kaitsta laengu tõrjumist CMC molekulaarsete ahelate vahel, vähendada molekulaarsete ahelate pikendust ja takerdumist ning vähendada seega lahuse viskoossust.
Ioonse tugevuse efekt: lahuses sisalduva ioonse tugevuse suurendamine võib neutraliseerida CMC molekulide laengu, nõrgendada molekulide vahelist tõrjet, muuta molekulaarsed ahelad kompaktsemaks ja vähendada seeläbi viskoossust.
Multivalentne katiooniefekt: näiteks ca²⁺, koordineerides negatiivselt laetud rühmadega mitme CMC molekuliga, neutraliseerib laengu tõhusamalt ja moodustab molekulidevahelisi ristsidemeid, vähendades sellega viskoossust märkimisväärselt.
3.2 Orgaaniline lahusti efekt
Madala polaarsete või mittepolaarsete orgaaniliste lahustite (näiteks etanool ja propanool) lisamine võib muuta vesilahuse polaarsust ja vähendada CMC molekulide ja veemolekulide vastastikmõju. Lahusti molekulide ja CMC molekulide koostoime võib muuta ka molekulaarse ahela konformatsiooni, vähendades sellega viskoossust.
Solvatsiooniefekt: orgaanilised lahustid võivad muuta veemolekulide paigutust lahuses, nii et CMC molekulide hüdrofiilne osa mähitakse lahustiga, nõrgendades molekulaariahela pikenemist ja vähendades viskoossust.
3,3 pH muutused
CMC on nõrk hape ja pH muutused võivad mõjutada selle laengu olekut ja molekulidevahelisi koostoimeid. Happelistes tingimustes muutuvad CMC molekulides olevad karboksüülrühmad neutraalseks, vähendades laengu tõrjumist ja vähendades sellega viskoossust. Leeliselistes tingimustes, ehkki laeng suureneb, võib äärmine aluselisus põhjustada molekulaarse ahela depolümerisatsiooni, vähendades sellega viskoossust.
Isoelektriline punktiefekt: CMC isoelektrilise punkti (pH ≈ 4,5) lähedased tingimustes on molekulaarse ahela netolaeng madal, vähendades laengu tõrjumist ja vähendades sellega viskoossust.
3.4 Ensümaatiline hüdrolüüs
Spetsiifilised ensüümid (näiteks tsellulaas) võivad lõigata CMC molekulaarset ahelat, vähendades sellega selle viskoossust märkimisväärselt. Ensümaatiline hüdrolüüs on väga spetsiifiline protsess, mis võib täpselt kontrollida viskoossust.
Ensümaatilise hüdrolüüsi mehhanism: ensüümid hüdrolüüsivad CMC molekulaarse ahela glükosiidsidemeid, nii et suure molekulmassiga CMC jaotatakse väiksemateks fragmentideks, vähendades molekulaarse ahela pikkust ja lahuse viskoossust.
4. Ühised lisandid ja nende rakendused
4.1 anorgaanilised soolad
Naatriumkloriid (NACL): toidutööstuses laialdaselt kasutatav toidu tekstuuri kohandamiseks, vähendades CMC lahuse viskoossust.
Kaltsiumkloriid (CACL₂): kasutatakse õli puurimisel puurimisvedeliku viskoossuse reguleerimiseks, mis aitab kanda puurimispistikuid ja stabiliseerida kaevu seina.
4.2 orgaanilised happed
Äädikhape (äädikhape): kosmeetikatoodetes kasutatakse CMC viskoossust erinevate toodete tekstuuride ja sensoorsete nõuetega kohanemiseks.
Sidrunhape: tavaliselt kasutatakse toidu töötlemisel lahuse happesuse ja aluselisuse reguleerimiseks viskoossuse kontrollimiseks.
4.3 lahustid
Etanool: kasutatakse farmaatsias ja kosmeetikatoodetes CMC viskoossuse kohandamiseks sobivate toote reoloogiliste omaduste saamiseks.
Propanool: kasutatakse tööstuslikus töötlemisel CMC lahuse viskoossuse vähendamiseks hõlpsaks vooluks ja töötlemiseks.
4.4 ensüümid
Tsellulaas: kasutatakse tekstiilitöötluses läga viskoossuse vähendamiseks, muutes katte ja printides ühtlasemaks.
Amülaas: mõnikord kasutatakse toiduainetööstuses CMC viskoossust erinevate toitude töötlemisvajadustega kohanemiseks.
5. Lisandite tõhusust mõjutavad tegurid
Lisandite tõhusust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas CMC molekulmass ja asendamise aste, lahuse algkontsentratsioon, temperatuur ja muude koostisosade olemasolu.
Molekulmass: suure molekulmassiga CMC nõuab viskoossuse märkimisväärselt vähendamiseks suuremat lisandite kontsentratsiooni.
Asendusaste: kõrge asendusastmega CMC on lisaainete suhtes vähem tundlik ja võib nõuda tugevamaid tingimusi või suuremat lisandite kontsentratsiooni.
Temperatuur: suurenenud temperatuur suurendab üldiselt lisandite tõhusust, kuid liiga kõrge temperatuur võib põhjustada lisandite lagunemist või külgreaktsiooni.
Segude koostoimed: Muud koostisosad (näiteks pindaktiivsed ained, paksendid jne) võivad mõjutada lisaainete tõhusust ja neid tuleb põhjalikult kaaluda.
6. tulevased arengusuunad
CMC viskoossuse vähendamise uurimine ja rakendamine liigub rohelise ja jätkusuutliku suuna poole. Uute suure tõhususega ja madala toksilisusega lisaainete arendamine, olemasolevate lisaainete kasutamise tingimuste optimeerimine ning nanotehnoloogia ja nutikate reageerimise materjalide rakendamine CMC viskoossuse reguleerimisel on kõik tulevased arengusuundumused.
Rohelised lisandid: keskkonnamõju vähendamiseks otsige looduslikult saadud või biolagunevaid lisaaineid.
Nanotehnoloogia: kasutage nanomaterjalide tõhusat pinda ja ainulaadset interaktsioonimehhanismi, et täpselt kontrollida CMC viskoossust.
Nutikad reageerivad materjalid: arendage lisaaineid, mis suudavad reageerida keskkonnamõjudele (näiteks temperatuur, pH, valgus jne), et saavutada CMC viskoossuse dünaamiline reguleerimine.
Lisandid mängivad olulist rolli CMC viskoossuse reguleerimisel. Lisandite ratsionaalselt valides ja rakendades saab tõhusalt täita erinevate tööstusharude ja tarbekaupade vajadusi. Säästva arengu saavutamiseks peaksid tulevased uuringud keskenduma aga roheliste ja tõhusate lisaainete arengule, samuti uute tehnoloogiate rakendamisele viskoossuse reguleerimisel.
Postiaeg:-17-2025