1. pregled
Karboksimetilna celuloza (CMC) je vodno topni anionski polisaharid, ki se pogosto uporablja v hrani, farmacevtskih izdelkih, kozmetiki, ekstrakciji naftnega polja in izdelavi papirja. Ključna lastnost CMC je njegova viskoznost, toda v praktičnih aplikacijah je treba njegovo viskoznost pogosto regulirati, da ustreza posebnim zahtevam obdelave in uspešnosti.
2. Značilnosti strukture in viskoznosti CMC
CMC je karboksimetiliran derivat celuloze, njegova molekularna struktura pa določa njegove značilnosti viskoznosti v raztopini. Viskoznost CMC je odvisna od njegove molekulske mase, stopnje substitucije (DS) ter temperature in pH raztopine. Visoka molekulska teža in visok DS običajno povečata viskoznost CMC, medtem ko povišana temperatura in ekstremni pH pogoji lahko zmanjšajo njegovo viskoznost.
3. Mehanizmi učinka aditivov na viskoznost CMC
3.1 Elektrolitni učinek
Elektroliti, kot so soli (NaCl, KCL, Cacl₂ itd.), Lahko zmanjšajo viskoznost CMC. Elektroliti se ločijo v ione v vodi, ki lahko zaščitijo odbojnost naboja med molekularnimi verigami CMC, zmanjšajo podaljšanje in zapletenost molekularnih verig ter tako zmanjšajo viskoznost raztopine.
Učinek ionske trdnosti: Povečanje ionske trdnosti v raztopini lahko nevtralizira naboj na molekulah CMC, oslabi odbojnost med molekulami, molekularne verige naredi bolj kompaktne in s tem zmanjša viskoznost.
Večvalentni kationski učinek: na primer CA²⁺ z usklajevanjem z negativno napolnjenimi skupinami na več molekulah CMC lahko učinkoviteje nevtralizira naboj in tvori medmolekularne navzkrižne povezave in s tem znatno zmanjša viskoznost.
3.2 Učinek organskega topila
Dodajanje nizko-polarnih ali nepolarnih organskih topil (na primer etanol in propanol) lahko spremeni polarnost vodne raztopine in zmanjša interakcijo med molekulami CMC in molekulami vode. Interakcija med molekulami topila in molekulami CMC lahko spremeni tudi konformacijo molekularne verige in s tem zmanjša viskoznost.
Učinek solvacije: Organska topila lahko spremenijo razporeditev molekul vode v raztopini, tako da hidrofilni del molekul CMC zavije topilo, oslabi podaljšek molekularne verige in zmanjša viskoznost.
3.3 PH spremembe
CMC je šibka kislina, spremembe pH pa lahko vplivajo na njegovo nabojno in medmolekularno interakcijo. V kislih pogojih karboksilne skupine na molekulah CMC postanejo nevtralne, kar zmanjšuje odbojnost naboja in s tem zmanjša viskoznost. V alkalnih pogojih, čeprav se naboj poveča, lahko ekstremna alkalnost privede do depolimerizacije molekularne verige in s tem zmanjša viskoznost.
Učinek izoelektrične točke: Pod pogoji, ki so blizu izoelektrične točke CMC (pH ≈ 4,5), je neto naboj molekularne verige nizek, zmanjšuje odbojnost naboja in s tem zmanjša viskoznost.
3.4 Encimska hidroliza
Specifični encimi (na primer celulaza) lahko režejo molekularno verigo CMC in s tem znatno zmanjšajo njegovo viskoznost. Encimska hidroliza je zelo specifičen postopek, ki lahko natančno nadzoruje viskoznost.
Mehanizem encimske hidrolize: encimi hidrolizirajo glikozidne vezi na molekularni verigi CMC, tako da se CMC z visoko molekulsko maso razgradi na manjše fragmente, kar zmanjšuje dolžino molekularne verige in viskoznost raztopine.
4. skupni dodatki in njihove aplikacije
4.1 Anorganske soli
Natrijev klorid (NACL): V živilski industriji se pogosto uporablja za prilagajanje teksture hrane z zmanjšanjem viskoznosti raztopine CMC.
Kalcijev klorid (CACL₂): Uporablja se pri vrtanju olja za prilagajanje viskoznosti vrtalne tekočine, ki pomaga pri prenašanju vrtalnih površin in stabilizaciji stene vrtine.
4.2 Organske kisline
Ocetna kislina (ocetna kislina): Uporablja se v kozmetiki za prilagajanje viskoznosti CMC, da se prilagodi različnim teksturam izdelka in senzorične potrebe.
Citronska kislina: Običajno se pri predelavi hrane uporablja za prilagajanje kislosti in alkalnosti raztopine za nadzor viskoznosti.
4.3 topila
Etanol: Uporablja se v farmacevtskih izdelkih in kozmetiki za prilagajanje viskoznosti CMC za pridobitev ustreznih reoloških lastnosti izdelka.
Propanol: Uporablja se pri industrijski obdelavi za zmanjšanje viskoznosti raztopine CMC za enostaven pretok in predelavo.
4.4 Encimi
Celulaza: Uporablja se pri obdelavi tekstila za zmanjšanje viskoznosti gnojevke, zaradi česar je prevleka in tiskanje bolj enakomerna.
Amilaza: Včasih se v živilski industriji uporablja za prilagajanje viskoznosti CMC za prilagajanje potrebam po predelavi različnih živil.
5. Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost dodatkov
Na učinkovitost aditivov vplivajo številni dejavniki, vključno z molekulsko maso in stopnjo zamenjave CMC, začetno koncentracijo raztopine, temperature in prisotnosti drugih sestavin.
Molekulska masa: CMC z visoko molekulsko maso zahteva večje koncentracije aditivov, da znatno zmanjšajo viskoznost.
Stopnja nadomestitve: CMC z visoko stopnjo substitucije je manj občutljiv na aditive in lahko zahteva močnejše ali večje koncentracije aditivov.
Temperatura: Povečana temperatura na splošno poveča učinkovitost aditivov, vendar lahko previsoka temperatura povzroči razgradnjo ali stranske reakcije aditivov.
Interakcije mešanice: Druge sestavine (na primer površinsko aktivne snovi, zgoščevalci itd.) Lahko vplivajo na učinkovitost dodatkov in jih je treba obravnavati celovito.
6. Prihodnja navodila za razvoj
Raziskava in uporaba zmanjšanja viskoznosti CMC se premika proti zeleni in trajnostni smeri. Razvoj novih dodatkov z visoko učinkovitostjo in nizko strupenostjo, optimizacijo pogojev za uporabo obstoječih dodatkov in raziskovanje uporabe nanotehnologije in pametnih odzivnih materialov pri regulaciji viskoznosti CMC so vsi prihodnji razvojni trendi.
Zeleni dodatki: Poiščite naravno pridobljene ali biološko razgradljive dodatke, da zmanjšate vpliv na okolje.
Nanotehnologija: uporabite učinkovit površinski in edinstven interakcijski mehanizem nanomaterialov, da natančno nadzirate viskoznost CMC.
Pametni odzivni materiali: razvijte dodatke, ki se lahko odzovejo na okoljske dražljaje (kot so temperatura, pH, svetloba itd.), Da dosežete dinamično regulacijo viskoznosti CMC.
Dodatki igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju viskoznosti CMC. Z racionalno izbiro in uporabo dodatkov je mogoče učinkovito zadovoljiti potrebe različnih panog in potrošniških izdelkov. Za dosego trajnostnega razvoja bi se morale prihodnje raziskave osredotočiti na razvoj zelenih in učinkovitih aditivov, pa tudi na uporabo novih tehnologij pri urejanju viskoznosti.
Čas objave: februar-17-2025