Karboksimetyyliselluloosa (CMC) on toiminnallinen lisäaine, jota käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla, kuten elintarvike-, lääke-, paperi-, tekstiili- ja kaivosteollisuudessa. Se on peräisin luonnollisesta selluloosasta, jota on runsaasti kasveissa ja muissa biologisissa materiaaleissa. CMC on vesiliukoinen polymeeri, jolla on ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten viskositeetti, hydrataatio, tarttuvuus ja tarttuvuus.
CMC:n ominaisuudet
CMC on selluloosajohdannainen, jota modifioidaan kemiallisesti lisäämällä sen rakenteeseen karboksimetyyliryhmiä. Tämä modifikaatio parantaa selluloosan liukoisuutta ja hydrofiilisyyttä, mikä parantaa toiminnallisuutta. CMC:n ominaisuudet riippuvat sen substituutioasteesta (DS) ja molekyylipainosta (MW). DS määritellään keskimääräiseksi karboksimetyyliryhmien lukumääräksi glukoosiyksikköä kohti selluloosarungossa, kun taas MW kuvastaa polymeeriketjujen kokoa ja jakautumista.
Yksi CMC:n tärkeimmistä ominaisuuksista on sen vesiliukoisuus. CMC liukenee helposti veteen muodostaen viskoosin liuoksen, jolla on pseudoplastisia ominaisuuksia. Tämä reologinen käyttäytyminen johtuu CMC-molekyylien välisistä molekyylien välisistä vuorovaikutuksista, mikä johtaa viskositeetin laskuun leikkausjännityksen alaisena. CMC-liuosten pseudoplastinen luonne tekee niistä sopivia erilaisiin sovelluksiin, kuten sakeuttajiin, stabilointiaineisiin ja suspendointiaineisiin.
Toinen CMC:n tärkeä ominaisuus on sen kalvonmuodostuskyky. CMC-ratkaisut voidaan valaa kalvoiksi, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, läpinäkyvyys ja joustavuus. Näitä kalvoja voidaan käyttää pinnoitteina, laminaatteina ja pakkausmateriaaleina.
Lisäksi CMC:llä on hyvät sidos- ja sidosominaisuudet. Se muodostaa vahvan sidoksen eri pintojen kanssa, mukaan lukien puu, metalli, muovi ja kangas. Tämä ominaisuus on johtanut CMC:n käyttöön pinnoitteiden, liimojen ja musteiden tuotannossa.
CMC-viskositeetti
CMC-liuosten viskositeetti riippuu useista tekijöistä, kuten pitoisuudesta, DS:stä, MW:stä, lämpötilasta ja pH:sta. Yleensä CMC-liuoksilla on korkeampi viskositeetti korkeammilla pitoisuuksilla, DS:llä ja MW:llä. Viskositeetti kasvaa myös lämpötilan ja pH:n laskeessa.
CMC-liuosten viskositeettia säätelee polymeeriketjujen ja liuoksessa olevien liuotinmolekyylien välinen vuorovaikutus. CMC-molekyylit ovat vuorovaikutuksessa vesimolekyylien kanssa vetysidosten kautta muodostaen hydraatiokuoren polymeeriketjujen ympärille. Tämä hydraatiokuori vähentää polymeeriketjujen liikkuvuutta ja lisää siten liuoksen viskositeettia.
CMC-liuosten reologiselle käyttäytymiselle on tunnusomaista virtauskäyrät, jotka kuvaavat liuoksen leikkausjännityksen ja leikkausnopeuden välistä suhdetta. CMC-ratkaisut osoittavat ei-newtonilaista virtauskäyttäytymistä, mikä tarkoittaa, että niiden viskositeetti muuttuu leikkausnopeuden mukaan. Pienillä leikkausnopeuksilla CMC-liuosten viskositeetti on korkeampi, kun taas suurilla leikkausnopeuksilla viskositeetti laskee. Tämä leikkausohenemiskäyttäytyminen johtuu polymeeriketjujen kohdistamisesta ja venymisestä leikkausjännityksen alaisena, mikä johtaa molekyylien välisten voimien vähenemiseen ketjujen välillä ja viskositeetin laskuun.
CMC:n sovellus
CMC:tä käytetään laajasti eri aloilla sen ainutlaatuisten ominaisuuksien ja reologisen käyttäytymisen vuoksi. Elintarviketeollisuudessa CMC:tä käytetään sakeuttajana, stabilointiaineena, emulgointiaineena ja koostumuksen parantajana. Sitä lisätään elintarvikkeisiin, kuten jäätelöön, juomiin, kastikkeisiin ja leivonnaisiin parantamaan niiden rakennetta, koostumusta ja säilyvyyttä. CMC estää myös jääkiteiden muodostumisen pakasteruoissa, jolloin tuloksena on sileä, kermainen tuote.
Lääketeollisuudessa CMC:tä käytetään sideaineena, hajotusaineena ja kontrolloidusti vapauttavana aineena tablettiformulaatioissa. Paranna jauheen kokoonpuristuvuutta ja juoksevuutta ja varmista tablettien tasaisuus ja stabiilisuus. Mukoadhesiivisten ja bioadhesiivisten ominaisuuksiensa vuoksi CMC:tä käytetään myös apuaineena silmä-, nenä- ja oraalisissa formulaatioissa.
Paperiteollisuudessa CMC:tä käytetään märkäpään lisäaineena, pinnoitteen sideaineena ja liimapuristinaineena. Se parantaa massan retentiota ja vedenpoistoa, lisää paperin lujuutta ja tiheyttä sekä tekee pinnasta sileän ja kiiltävän. CMC toimii myös vesi- ja öljysulkuna ja estää mustetta tai muita nesteitä pääsemästä paperiin.
Tekstiiliteollisuudessa CMC:tä käytetään liima-aineena, painon sakeuttajana ja värjäyksen apuaineena. Se parantaa kuidun tarttuvuutta, parantaa värin tunkeutumista ja kiinnittymistä sekä vähentää kitkaa ja ryppyjä. CMC antaa myös kankaalle pehmeyttä ja jäykkyyttä polymeerin DS:n ja MW:n mukaan.
Kaivosteollisuudessa CMC:tä käytetään flokkulanttina, inhibiittorina ja reologian modifiointiaineena mineraalien käsittelyssä. Se parantaa kiinteiden aineiden laskeutumista ja suodatusta, minimoi irtoamisen kivihiilestä ja säätelee suspension viskositeettia ja stabiilisuutta. CMC vähentää myös kaivosprosessin ympäristövaikutuksia minimoimalla myrkyllisten kemikaalien ja veden käytön.
lopuksi
CMC on monipuolinen ja arvokas lisäaine, jolla on ainutlaatuiset ominaisuudet ja viskositeetti kemiallisen rakenteensa ja vuorovaikutuksensa veden kanssa. Sen liukoisuus, kalvonmuodostuskyky, sitoutumis- ja tarttuvuusominaisuudet tekevät siitä sopivan erilaisiin sovelluksiin elintarvike-, lääke-, paperi-, tekstiili- ja kaivosteollisuudessa. CMC-liuosten viskositeettia voidaan ohjata useilla tekijöillä, kuten konsentraatiolla, DS:llä, MW:llä, lämpötilalla ja pH:lla, ja sitä voidaan luonnehtia sen pseudoplastisella ja leikkaus-ohentumiskäyttäytymisellä. CMC:llä on positiivinen vaikutus tuotteiden ja prosessien laatuun, tehokkuuteen ja kestävyyteen, joten se on olennainen osa modernia teollisuutta.
Postitusaika: 25.9.2023