کربوکسی متیل سلولز (Carboxymethyl cellulose) یا سلولوز گام از مشتقات سلولز است که از استخلاف شدن گروه‌های کربوکسی متیل (-CH2-COOH) به‌جای برخی از گروه‌های هیدروکسیل (-OH) بدست می‌آید.
کربوکسی‌متیل سلولز چیست و چه کاربردی دارد؟
کربوکسی متیل سلولز (CMC) یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی است که در صنایع مختلف به‌عنوان افزودنی و ماده‌ای مؤثر به کار می‌رود. به‌واسطه ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، در صنعت‌های مختلف نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند.
ازآنجاکه کربوکسی متیل سلولز در آب حل می‌شود و تشکیل حالت‌های لامینار از خود نشان می‌دهد، در صنایع مواد غذایی، به‌عنوان افزودنی و استابیلایزر مورداستفاده قرار می‌گیرد. این ماده به‌عنوان ضخامت دهنده و تنظیم‌کننده رطوبت هم در صنایع غذایی و هم در آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شود.
در صنایع معدنی و نفت و گاز، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان پلیمری نفتی مورداستفاده قرار می‌گیرد تا خواص آب‌گریزی و پایداری مواد در برابر عوامل زیستی و شیمیایی را بهبود دهد. همچنین، در صنایع کاغذ، چسب و رنگ، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان یک افزودنی و روان‌کننده اصلی استفاده می‌شود.
CMC یا کربوکسی متیل سلولز چیست؟
کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک پلیمر پایدار است که از ترکیب سلولز (ماده‌ای پلیمری یافت شده در دیواره‌های سلول‌های گیاهی) و اسید کربوکسیلیک تشکیل می‌شود. این ترکیب در آب حل می‌شود و ویژگی‌های ضخیم کننده و ژل زنی را به خود اختصاص می‌دهد. به دلیل این ویژگی‌ها، کربوکسی متیل سلولز در صنایع مختلف به‌عنوان یک افزودنی و ماده فعال به کار می‌رود.
به‌عنوان یک ماده ژلی، CMC در صنایع غذایی به‌عنوان افزودنی مؤثری برای بهبود ویژگی‌های رئولوژیکی (رفتار رفتاری) مواد مصرفی، مانند افزایش ضخامت، پایداری سوسپانسیون، جلوگیری از جداسازی فازها، و ایجاد پایداری در محلول‌ها استفاده می‌شود. همچنین، در صنعت آرایشی و بهداشتی، CMC به‌عنوان افزودنی در محصولات مراقبت از پوست و مو، شامپوها و لوسیون‌ها کاربرد دارد.
در صنعت نفت و گاز، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان یک ماده افزودنی و کاربردی در صنعت استفاده می‌شود.
کربوکسی متیل سلولز همچنین در صنایع داروسازی، کاغذسازی، چسب‌سازی، رنگ‌سازی و سایر صنایع به‌عنوان افزودنی و روان‌کننده به کار می‌رود. اهمیت این ترکیب در صنایع مختلف ناشی از ویژگی‌های بی‌نظیر آن، افزایش کارآمدی فرایندهای تولیدی و بهبود ویژگی‌های محصولات نهایی می‌باشد.
تاریخچه و تولید اولیه
تاریخچه کربوکسی متیل سلولز (CMC) به زمان‌های قدیمی‌تر بازمی‌گردد، اما به طور رسمی و با عنوان تجاری در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم شکل گرفت. در زیر به تاریخچه کوتاه این ماده پرداخته می‌شود:
- در سال ۱۸۶۴، دو محقق انگلیسی به نام‌های Charles F. Cross و Edward J. Bevan برای اولین‌بار کربوکسی متیل سلولز را در تلاش خود برای بهبود استحکام کتان به‌صورت تصادفی کشف کردند. آنها سلولز را با اسید کربوکسیلیک اصلاح کردند و توصیفی از این فرایند را منتشر کردند.
- پس از آن، در دهه ۱۸۷۰، فعالیت‌های بیشتری در زمینه مطالعه و استفاده از CMC در صنایع مختلف شروع شد. این ماده به‌عنوان یک افزودنی پلیمری در صنایع کاغذسازی و نساجی به کار گرفته شد و به‌تدریج در صنایع دیگری نیز کاربرد پیدا کرد.
- در دهه ۱۹۴۰، صنایع غذایی نیز به استفاده از CMC روی آمد. این ماده به‌عنوان یک افزودنی ضخیم کننده به محصولات مانند آب‌نبات، شیرینی‌پزی، سس‌ها و آبمیوه‌ها اضافه شد.
- در سال‌های پس از آن، کاربردهای CMC در صنایع آرایشی و بهداشتی، داروسازی، نفت و گاز، کشاورزی، تهیه چسب‌ها، مواد شوینده و آتش‌نشانی به طور گسترده‌تر شد.
از آن زمان تاکنون، تحقیقات و پژوهش‌ها در زمینه‌های مختلف به‌منظور بهبود و استفاده بهتر از کربوکسی متیل سلولز ادامه دارد و این ماده به‌عنوان یک افزودنی چندمنظوره با کاربردهای گسترده در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد.
pH و اهمیت آن در ماده CMS
pH یکی از عوامل مهمی است که بر ویسکوزیته محلول‌ها تأثیر می‌گذارد، از جمله ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز (CMC). pH به اندازه‌گیری اسیدی یا بازی بودن محلول اشاره دارد. مقدار pH بین ۰ تا ۱۴ قرار دارد که pH ۷ نقطه نیو ترال، pH های کمتر از ۷ اسیدی و pH های بیشتر از ۷ بازی هستند.
در مورد ویسکوزیته CMC، pH می‌تواند تأثیر بسزایی داشته باشد:
- اثر pH بر ویسکوزیته: در محلول‌های CMC، pH می‌تواند تأثیر مستقیم بر ویسکوزیته داشته باشد. در برخی موارد، با افزایش یا کاهش pH، ویسکوزیته محلول CMC نیز تغییر می‌کند. این تغییر ممکن است به دلیل انجماد یا ترکیب گروه‌های کربوکسیلیک در زنجیره‌های سلولزی باشد.
- پایداری pH: درصورتی‌که pH محلول CMC برای مدت‌زمان طولانی پایدار باشد، ویسکوزیته معمولاً پایدارتر است. تغییرات متناوب در pH می‌توانند به تغییر ویسکوزیته و در نتیجه ویژگی‌های رئولوژیکی محلول CMC منجر شوند.
به‌طورکلی، برای دستیابی به ویسکوزیته مناسب در محلول CMC و ایجاد کنترل دقیق بر ویژگی‌های رئولوژیکی آن، نیاز به کنترل دقیق pH محلول و نگه‌داری آن در شرایط پایدار می‌باشد. همچنین، در طراحی فرمولاسیون‌های مختلف با استفاده از CMC، نیاز به بررسی تأثیر pH بر ویسکوزیته و عملکرد نهایی محصولات نیز وجود دارد.
نحوه فراوری و تولید CMSها
تولید کربوکسی متیل سلولز (CMC) از ترکیب سلولز با اسید کربوکسیلیک صورت می‌گیرد. روش تولید این ماده به‌طورکلی شامل مراحل زیر است:
- استخراج سلولز: ابتدا، سلولز به‌عنوان ماده اولیه از منابع گیاهی مانند چوب، پنبه، یونجه و… استخراج می‌شود. منبع سلولز انتخاب شده باید دارای غلظت مناسبی از سلولز باشد.
- پالپ کردن سلولز: سلولز استخراج شده به‌صورت حبابی شده یا پالپ شده می‌شود تا به‌صورت مشابهی با پودر یا ذرات کوچک قابل‌استفاده باشد.
- اصلاح شیمیایی سلولز: پس از پالپ کردن سلولز، مرحله اصلاح شیمیایی انجام می‌شود. در این مرحله، سلولز با اسید کربوکسیلیک یا همچنین انیدرید کلرزیک اصلاح می‌شود. این واکنش باعث تشکیل گروه‌های کربوکسیلیک (-COOH) روی زنجیره‌های سلولز می‌شود که CMC را ایجاد می‌کند.
- تصفیه و خشک‌کردن: محصول حاصل از مرحله اصلاح شیمیایی تصفیه می‌شود تا از آلاینده‌ها و مواد مضر خارج شود. سپس به‌صورت خشک‌شده و به‌عنوان پودر یا ذرات کوچک آماده‌به‌کار می‌شود.
تولید کربوکسی متیل سلولز باتوجه به ویژگی‌های آن در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی، داروسازی، نفت و گاز، کاغذسازی و غیره کاربرد دارد. این ماده باعث بهبود ویژگی‌های محصولات و کارایی فرایندهای تولیدی می‌شود و به‌عنوان یک افزودنی مهم در صنایع مختلف به کار می‌رود.
انواع کربوکسی متیل سلولز
کربوکسی متیل سلولز (CMC) باتوجه به خلوص مختلف و درجه‌های مختلف ویسکوزیته تولید می‌شود. این درجه‌ها بر اساس درصد میزان اصلاح شیمیایی و تعداد گروه‌های کربوکسیلیک (-COOH) روی زنجیره‌های سلولز مشخص می‌شوند. برخی از انواع و درجه‌های ویسکوزیته CMC عبارت‌اند از:
- CMC خلوص پایین: در بازار این نمونه CMC کمترین میزان اصلاح شیمیایی و گروه‌های کربوکسیلیک را دارد و ویسکوزیته آن نسبت به سایر درجه‌ها کمتر است. این نوع CMC بیشتر در کاربردهای خاص و اندکی که نیاز به ویسکوزیته بالا ندارند، استفاده می‌شود.
- CMC خلوص متوسط: این نوع CMC دارای میزان اصلاح و تعداد گروه‌های کربوکسیلیک متوسط است و ویسکوزیته میانی دارد. این نوع CMC در بسیاری از کاربردهای متوسط و معمولی که نیاز به تنوع و ویسکوزیته مناسب دارند، مورداستفاده قرار می‌گیرد.
- CMC خلوص بالا: در مقابل این نوع CMC دارای بالاترین میزان اصلاح شیمیایی و گروه‌های کربوکسیلیک است که باعث ویسکوزیته بالا می‌شود. این نوع CMC بیشتر در کاربردهایی که نیاز به ویسکوزیته بسیار بالا و کنترل دقیق بر ویژگی‌های رئولوژیکی محصول دارند، استفاده می‌شود.
هر کدام از این انواع CMC باتوجه به نیازها و مشخصات فنی محصولات مورداستفاده در صنایع مختلف، انتخاب می‌شوند. انتخاب درست نوع CMC می‌تواند بهبود و کیفیت محصولات نهایی را تضمین کند و در بهره‌وری و عملکرد صنایع مختلف مؤثر باشد.
کاربردهای مهم کربوکسی متیل سلولز
کربوکسی متیل سلولز (CMC) به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارد، در صنایع مختلف به‌عنوان یک افزودنی و ماده فعال مورداستفاده قرار می‌گیرد. این ماده ژل و ضخیم کننده در محصولات مختلف نقش‌های مهمی ایفا می‌کند و در زیر به برخی از استفاده‌های اصلی کربوکسی‌متیل سلولز اشاره می‌شود:
1. صنایع غذایی
در صنایع غذایی به‌عنوان افزودنی و ضخیم کننده به محصولات مانند آب‌نبات، سوپ، سس‌ها، شیرینی‌پزی، بیسکویت و آبمیوه‌ها اضافه می‌شود تا ویژگی‌های رئولوژیکی محصولات بهبود یابد و پایداری آنها افزایش یابد.
2. صنایع آرایشی و بهداشتی
در محصولات مراقبت از پوست، شامپوها، لوسیون‌ها و کرم‌های ضدآفتاب به‌عنوان یک ماده روان‌کننده و افزودنی استفاده می‌شود.
3. صنایع معدنی و نفت و گاز
به‌عنوان یک ماده افزودنی مورداستفاده در پتروشیمی در صنایع نفت و گاز به کار می‌رود تا خواص آب‌گریزی و پایداری در برابر عوامل زیستی و شیمیایی در مواد بهبود یابد.
4. صنایع کاغذسازی و چسب‌سازی
در صنایع کاغذسازی به‌عنوان یک ماده روان‌کننده و بهبود‌دهنده خصوصیات کاغذ به کار می‌رود و همچنین در تهیه چسب‌ها به‌عنوان افزودنی به کار می‌رود.
5. صنایع رنگ‌سازی
در تهیه رنگ‌ها به‌عنوان یک ماده روان‌کننده و پایدارکننده به کار می‌رود. در واقع باعث می‌شود که پایداری رنگ روی انواع متریال بهتر شود.
6. صنایع پلیمری
عموماً در تهیه ژل‌های پلیمری به‌عنوان افزودنی مورداستفاده قرار خواهد گرفت. همچنین، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان افزودنی در صنایع داروسازی، دندانپزشکی، تولید محصولات مواد شوینده، صنعت نساجی و تهیه مواد آتش‌نشانی نیز استفاده می‌شود. تنوع وسیع استفاده‌های این ماده نشان‌دهنده اهمیت و کاربرد گسترده آن در صنایع مختلف است.
7. صنایع نساجی
صدالبته در صنعت نساجی، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان افزودنی در فرایندهای رنگرزی و پرداخت پارچه‌ها به کار می‌رود. این ماده در فرایند رنگرزی پارچه‌ها، به‌عنوان ماده پلیمری و ثبت‌کننده بار الکترواستاتیک به کار می‌رود که باعث بهبود توزیع رنگ می‌شود.
8. تولید محصولات مواد شوینده
در صنعت مواد شوینده مانند شامپو، مایع ظرفشویی و پاک‌کننده‌ها به‌عنوان روان‌کننده و ضخیم کننده بسیار استفاده می شود تا محصولات باقی‌مانده بر روی سطح بمانند و به‌راحتی ترک نشوند.
9. دندانپزشکی
در صنایع دندانپزشکی به‌عنوان افزودنی در تهیه پاست‌ها و ماده‌های پرکاربرد دندانپزشکی استفاده می‌شود.
10. تهیه مواد آتش‌نشانی
در صنایع تولید مواد آتش‌نشانی، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان ماده‌ای که تأخیر در انتقال حرارت و ایجاد فرمانتاسیون ناگهانی بین مواد را ایجاد می‌کند، مورداستفاده قرار می‌گیرد.
باتوجه‌به ویژگی‌های چند‌جانبه و کاربردهای متعدد کربوکسی متیل سلولز در صنایع مختلف، این ماده به‌عنوان یک افزودنی چندمنظوره موردتوجه قرار گرفته است. قابلیت‌های روان‌کنندگی و افزودنی بودن این ماده باعث شده است که در تولید محصولات مختلف از مواد غذایی تا مواد صنعتی و بهداشتی به‌عنوان یک اجزای اصلی یا فرعی به کار گرفته شود.
خواص و ویژگی‌های کربوکسی متیل سلولز
کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک پلیمر آب‌دوست و پلی‌هیدریک (hydrophilic) است که از ترکیب سلولز با اسید کربوکسیلیک تشکیل می‌شود. ساختار شیمیایی CMC شامل گروه‌های کربوکسیلیک (-COOH) است که به زنجیره‌های سلولزی متصل شده‌اند. این گروه‌های کربوکسیلیک باعث می‌شوند CMC در آب حل شود و ویژگی‌های ضخیم‌کنندگی و ژل‌زنی را به خود اختصاص دهد.
ویژگی‌های فیزیکی و ظاهری کربوکسی متیل سلولز عبارت‌اند از:
- شکل فیزیکی: CMC به‌صورت پودر سفید یا ذرات بلوری تهیه می‌شود.
- حالت حلالیت: این ماده در آب به‌خوبی حل می‌شود و محلول‌های کربوکسی متیل سلولز دارای ویژگی ضخیم کننده هستند.
- مقاومت در برابر حرارت: CMC مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد و می‌تواند در دماهای بالا (تا حدود ۹۰-۱۰۰ درجه سلسیوس) استفاده شود.
- پایداری شیمیایی: CMC پایداری شیمیایی خوبی دارد و در محیط‌های اسیدی و بازی به طور عمده تغییر نمی‌کند.
- قابلیت انحلال در الکل‌ها و روغن‌ها: CMC به مقدار محدودی در الکل‌ها و روغن‌ها قابل‌انحلال است.
- مقاومت در برابر مواد شیمیایی: این ماده معمولاً مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها و بازها دارد.
کربوکسی متیل سلولز به دلیل این ویژگی‌ها و خصوصیات منحصربه‌فرد، در صنایع مختلف به‌عنوان یک افزودنی کلیدی و ماده فعال به کار می‌رود و نقش مهمی در بهبود ویژگی‌ها و کارایی محصولات نهایی ایفا می‌کند.
منظور از ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز چیست؟
ویسکوزیته یک ماده به معنی مقاومت ماده در برابر تغییر شکل و حرکت داخلی آن است. برای کربوکسی متیل سلولز (CMC) نیز ویسکوزیته معین وجود دارد که به ویژگی‌های رئولوژیکی آن مرتبط می‌شود. ویسکوزیته CMC بستگی به میزان غلظت محلول، دما و زمان حضور محلول در حالت آماده دارد.
در واقع، CMC یک پلیمر هیدروفیلیک و آب‌دوست است که با حل‌شدن در آب، محلول‌های دارای ویسکوزیته مناسبی تشکیل می‌دهد.
با افزایش غلظت CMC در محلول، ویسکوزیته آن افزایش می‌یابد و محصول به‌عنوان یک ژل مختصر می‌شود که می‌تواند باعث ثبات و کیفیت بهتر محصول نهایی شود. همچنین، این ویژگی‌های رئولوژیکی CMC باعث می‌شود که این ماده به‌عنوان یک افزودنی مناسب در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی، داروسازی و غیره استفاده شود.
نحوه تعیین قیمت کربوکسی متیل سلولز
قیمت کربوکسی متیل سلولز (CMC) معمولاً به میزان تولید و استفاده‌های مختلف آن بستگی دارد. عواملی مانند میزان تقاضا و عرضه در بازار، کیفیت محصول، نوع و کاربردهای مورداستفاده، تأثیرگذاری بر روی قیمت نهایی CMC دارند.
قیمت CMC به‌عنوان یک ماده شیمیایی تولیدی می‌تواند بین تولیدکنندگان و تأمین‌کنندگان مختلف متفاوت باشد. همچنین، بازارهای مختلف در جهان ممکن است باعث تغییر در قیمت‌ها باشند. همچنین، ارزش ارزی و تغییرات نرخ ارز نیز می‌توانند بر قیمت CMC تأثیرگذار باشند. برای دستیابی به اطلاعات دقیق‌تر در مورد قیمت CMC در بازارها و مناطق مختلف، بهتر است با تولیدکنندگان، تأمین‌کنندگان یا بازارهای عرضه و فروشنده کربوکسی متیل سلولوز تماس بگیرید تا اطلاعات به‌روزتری درباره قیمت‌ها و شرایط خریدوفروش CMC کسب کنید. در این مورد می‌توانید توضیحات مرتبط را از سایت سبحان شیمی گیلان دریافت کنید.
سخن پایانی
کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک ماده شیمیایی با کاربردهای گسترده و متنوع است که از ترکیب سلولز با اسید کربوکسیلیک تولید می‌شود. این پلیمر آب‌دوست است که با حل‌شدن در آب، محلول‌هایی با ویسکوزیته مناسب تشکیل می‌دهد و به‌عنوان یک افزودنی چندمنظوره در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد.
باتوجه به ویژگی‌های رئولوژیکی، پایداری شیمیایی و توانایی تغییر خواص در شرایط مختلف، CMC به‌عنوان یک ماده قابل‌اعتماد و پرکاربرد در صنایع مختلف موردتوجه قرار گرفته است. اهمیت این ماده در بهبود ویژگی‌ها و کارایی محصولات نهایی و همچنین کاهش هدررفت‌ها در فرایندهای تولیدی بسیار مشخص است. باتوجه به رونق صنایع مختلف و نیاز به بهبود کیفیت محصولات، کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان یکی از افزودنی‌های حیاتی و بااهمیت در صنایع مدرن به شمار می‌آید.