Nātrija karboksimetilceluloze tiek plaši izmantota rūpniecībā, farmācijā un pārtikas ražošanā. Šis savienojums ir izgatavots uz koka bāzes un ir bioloģiski inerts materiāls, tas ir, nepiedalās fizioloģiskajos procesos. Pateicoties šķīdumiem ar šo komponentu īpašajām īpašībām, iespējams regulēt vielu viskozitāti un citus tehniskos parametrus.
Apraksts
Nātrija karboksimetilceluloze (CMC) ir celulozes glikolskābes nātrija sāls. Savienojuma ķīmiskais nosaukums saskaņā ar IUPAC nomenklatūru: poli-1, 4-β-O-karboksimetil-D-piranozil-D-glikopiranozes nātrijs.
Nātrija karboksimetilcelulozes tehniskās empīriskā formula: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . Šajā izteiksmē x ir CH2-COOH grupu aizstāšanas pakāpe, un n ir polimerizācijas pakāpe.
Strukturālā formula ir parādīta attēlā zemāk.
Properties
Pēc izskata tehniskā nātrija karboksimetilceluloze ir pulverveida, smalkgraudains vai bez smaržas šķiedrains materiāls ar tilpuma blīvumu 400–800 kg/m3.
Na-CMC ir šādas īpašības:
-
savienojuma molekulmasa – [236];
- ātri šķīst gan karstā, gan aukstā ūdenī, nešķīst minerāleļļās un organiskos šķidrumos;
- veido pret eļļām, smērvielām un organiskiem šķīdinātājiem izturīgas plēves;
- palielina šķīdumu viskozitāti un padara tos tiksotropus - palielinoties mehāniskajai iedarbībai, samazinās plūsmas pretestība;
- labi absorbē ūdens tvaikus no gaisa, tāpēc viela jāuzglabā sausās telpās (normālos apstākļos tā satur 9-11% mitruma);
- savienojums nav toksisks, nav sprādzienbīstams, bet putekļainā stāvoklī var aizdegties (pašaizdegšanās temperatūra +212 °C);
- parāda anjonu polielektrolīta īpašības šķīdumos.
Mainoties temperatūrai, nātrija karboksimetilcelulozes laboratoriskā viskozitāte šķīdumos ļoti atšķiras. Šī ir viena no svarīgākajām šī savienojuma īpašībām, kas nosaka tā pielietojuma jomu. Augsta polimerizācijas pakāpe nodrošina augstu viskozitāti un otrādi. Ja pH <6 vai lielāks par 9, samazinās plūsmas pretestībaievērojami samazinās. Tāpēc šo sāli vēlams lietot neitrālā un viegli sārmainā vidē. Viskozitātes izmaiņas normālos apstākļos ir atgriezeniskas.
Nātrija karboksimetilcelulozei ir arī ķīmiska saderība ar daudzām citām vielām (cieti, želatīnu, glicerīnu, ūdenī šķīstošiem sveķiem, lateksiem). Sildot līdz temperatūrai virs 200 °C, sāls sadalās līdz nātrija karbonātam.
Galvenais faktors, kas ietekmē šī savienojuma īpašības, ir polimerizācijas pakāpe. Šķīdība, stabilitāte, mehāniskās īpašības un higroskopiskums ir atkarīgas no molekulmasas. Vielu ražo septiņās kategorijās pēc polimerizācijas pakāpes un divās kategorijās pēc galvenās vielas satura.
Saņemt
Nātrija karboksimetilceluloze ir komerciāli ražota kopš 1946. gada. CMC ražošana tagad veido vismaz 47% no kopējā celulozes ēteru daudzuma.
Galvenā izejviela šī savienojuma sintēzei ir koksnes celuloze, visizplatītākais organiskais polimērs. Tās priekšrocības ir zemā cena, bionoārdīšanās spēja, toksicitātes trūkums un apstrādes tehnoloģijas vienkāršība.
Nātrija karboksimetilcelulozi iegūst, sārmu celulozi reaģējot ar C2H3ClO2 (monohloretiķskābi) vai tās nātrija sāli. Pēdējos gados norit darbs, lai atrastu jaunus avotus izejvielu (linu, salmu, labības, džutas, sizala un citu) ieguvei, jo pieprasījums pēc šī materiāla nepārtraukti pieaug. Mazgāšana tiek izmantota, lai uzlabotu vielas kvalitāti.gatavo sāli no piemaisījumiem, aktivizēt celulozi vai iedarboties uz to ar mikroviļņu starojumu.
Nātrija karboksimetilceluloze: rūpnieciski pielietojumi
Īpašo īpašību dēļ CMC tiek izmantots šādiem mērķiem:
- dažādu sastāvu biezināšana, želatinizācija;
- smalko daļiņu saistīšana krāsas plēvēs (plēves veidošanās);
- izmantot kā ūdeni aizturošu līdzekli;
- fizikālo un ķīmisko īpašību stabilizācija;
- šķīdumu viskozitātes palielināšana, lai vienmērīgi sadalītu to sastāvdaļas;
- reoloģiskā modifikācija;
- koagulācijas (suspendēto daļiņu adhēzijas) novēršana.
Viens no lielākajiem nātrija karboksimetilcelulozes lietotājiem ir naftas un gāzes rūpniecība, kur savienojumu izmanto, lai uzlabotu urbšanas šķidrumu veiktspēju.
Šo vielu izmanto arī šādu tehnisko produktu ražošanā:
- mazgāšanas līdzekļi;
- drukas izstrādājumi;
- javas būvapdares darbiem;
- līmes, izmēru materiāli;
- sausie būvmaisījumi, cements (lai novērstu plaisāšanu);
- krāsošanas materiāli;
- eļļošana-dzesēšanas šķidrumi;
- vidēja sliežu rūdīšanai;
- metināšanas elektrodu pārklājums un citi.
Nātrija karboksimetilceluloze tiek izmantota putu stabilizēšanai ugunsdzēsībā, pārtikas rūpniecībā, smaržu un keramikas ražošanā. Tehniķi lēš, ka šo savienojumu izmanto vairāk nekā 200 inženierzinātņu un medicīnas jomās.
Aizsargpārklājumi
Viens no daudzsološajiem virzieniem ir no CMC suspensijām sintezētu nanodaļiņu kā piedevu-stabilizatoru ieviešana korozijizturīgos pārklājumos. Tas ļauj mainīt polimēru struktūru, palielināt saķeri ar pamatmateriālu, uzlabot pārklājuma fizikālās un mehāniskās īpašības, būtiski nepalielinot kompozīcijas izmaksas. Nanodaļiņas veido mikrokopus, ļaujot iegūt kompozītmateriālus ar vērtīgām tehniskām īpašībām.
Šī uztura bagātinātāja priekšrocība ir arī tā, ka tas ir videi draudzīgs un bioloģiski noārdās. Tā ražošanai nav nepieciešams izmantot organiskos šķīdinātājus, tāpēc samazinās notekūdeņu un atmosfēras piesārņojuma risks, nav nepieciešams izmantot specializētu aprīkojumu un augstu temperatūras diapazonu.
Uztura bagātinātājs
Karboksimetilcelulozes nātriju izmanto kā pārtikas piedevu (E-466) koncentrācijā ne vairāk kā 8 g/kg. Viela produktos veic vairākas funkcijas:
- sabiezēšana;
- stabilizējošas īpašības;
- turētmitrums;
- glabāšanas laika pagarināšana;
- diētisko šķiedrvielu saglabāšana pēc atkausēšanas.
Visbiežāk šo savienojumu pievieno ātrās uzkodas, saldējumam, konditorejas izstrādājumiem, marmelādei, želejai, kausētajam sieram, margarīnam, jogurtam, zivju konserviem.
Medicīna un kosmetoloģija
Farmācijas rūpniecībā nātrija karboksimetilceluloze tiek izmantota tādās zāļu grupās kā:
- acu pilieni, šķīdumi injekcijām - terapeitiskā efekta paildzināšanai;
- tablešu čaumalas - lai regulētu aktīvās vielas izdalīšanos;
- emulsijas, želejas un ziedes - veidojošo vielu stabilizēšanai;
- antacīdi - kā jonu apmaiņas un kompleksu veidojošie komponenti.
Higiēnas un kosmētikas līdzekļu ražošanā šo savienojumu izmanto kā daļu no zobu pastām, šampūniem, skūšanās un dušas želejām un krēmiem. Galvenā funkcija ir stabilizēt īpašības un uzlabot tekstūru.
Ietekme uz cilvēkiem un dzīvniekiem
Nātrija karboksimetilceluloze ir hipoalerģiska, bioloģiski neaktīva, tai nav kancerogēnas iedarbības un tā nepasliktina dzīvo organismu reproduktīvo funkciju. Lietošana kā pārtikas piedevas drošā koncentrācijā nerada negatīvas sekas. Savienojuma putekļi var izraisīt kairinājumu, ja tie nonāk acīs un augšējos elpceļos (MACaerosols ir 10 mg/m3).
Plēves, kas satur nātrija sāli, atbrīvo aktīvo vielu zarnu sārmainā vidē. Savienojums izdalās no cilvēka ķermeņa un dzīvniekiem nemainītā veidā. Ekonomiskos nolūkos ūdenstilpēs viela pieder pie trešās bīstamības klases (vidēji bīstama). MPK šajā gadījumā ir 2 mg/l.
