KARBOXIMETIL-CELLULÓZ: JELLEMZŐK, SZERKEZET, SZINTÉZIS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A karboximetil-cellulóz egy cellulózból, glükózpolimerből származó vegyület. Megkapja a cellulóz vagy a karmellóz gumi nevét is. Ez lehet nátriumsó formájában.

A karboximetil-cellulóz higroszkópos és vízben oldódik, ellentétben a cellulózzal, amely vízben nem oldódik. Néhány -CH ₂ OH -csoportok a glükóz molekulák alkotó cellulózt helyettesített -CH ₂ OCH ₂ COOH csoport. Ez a helyettesítés ionos tulajdonságokat kölcsönöz szerkezetének.

Forrás: LHcheM, a Wikimedia Commonsból

De mi a cellulóz? Kizárólag β-glükóz molekulákból álló biopolimer, amelyet β-1,4-o-glükozid kötések kötnek össze. Cellulóz képlete (C ₆ H ₁₀ O ₅) _n egy minimális értéke 2000 n. A polimer lehet lineáris vagy rostos szerkezetű, amely a növényi sejtfal fő alkotóeleme.

Kompakt felépítését a víz áthatolhatatlan, ezért oldhatatlan. Annak ellenére, hogy glükózból áll, a cellulózt az állatok nem használhatják, mivel hiányzik a celluláz enzim a β1,4-glükozid kötések megbontásához.

A cellulózhoz kapcsolt karboxi-metil-csoport negatív töltésű felületet eredményez a karboximetil-cellulózzal. Ezek a töltések lehetővé teszik alkalmazását az ioncserélő kromatográfiás eljárásban, kationcserélőként működve, amelyet a fehérjék tisztításához használnak.

Hidrofil tulajdonságai miatt a karboximetil-cellulózt száraz szem kezelésére használják. Hasonlóképpen, ezen tulajdonság miatt felhasználták az ilyen típusú pelenkák és egészségügyi termékek gyártására. Ezek az alkalmazások példaként szolgálnak a vegyület hatalmas felhasználási és / vagy alkalmazási listájára.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Képlet

RnOCH ₂ COOH

Fizikai megjelenés

Fehér por. Nátrium-karboximetil-cellulóz: fehér vagy tejes rostos részecskék.

Szag és íz

Szagtalan és íztelen.

Vízben való oldhatóság

Oldható (20 mg / ml).

Oldhatóság szerves oldószerekben

Oldhatatlan metanolban, etanolban, dietil-éterben, acetonban, kloroformban és benzolban is.

Bomlási pont

274 ° C

Sűrűség

0,7-0,9 g / cm ³.

savasság

Hasonló az ecetsavhoz, és disszociációs állandója ^5x10-5.

Szerkezet

Forrás: Elrond, a Wikimedia Commonsból

A felső kép egy karboxi-metil-cellulóz-monomer egység szerkezetét mutatja. Megjegyezzük, hogy a H-a hidroxil-csoporttal szubsztituálva vannak a CH ₂ COOH csoport; Kivéve az OH csoportot a C-3-on. Vagyis a kép szerint a polimer nem teljesen helyettesített.

A CH ₂ COOH csoportok deprotonálhatják és körülvehetik magukat a Na ⁺ kationok elektrosztatikus vonzása által: CH ₂ COO ^- Na ⁺. Nekik köszönhetően a karboxi-metil-cellulóz nagyon jól oldódik vízben, mivel képes hidrogénkötéseket képezni vele (CH ₂ COOH-OH ₂). Ez a hidrofil és higroszkópos jellegének fő oka.

Ezenkívül ezek a csoportok sokkal nagyobb volumenűek, mint a hidroxilcsoportok, így a polimer fizikai-kémiai tulajdonságai megváltoznak az eredeti cellulózhoz viszonyítva. Nagy mérete megakadályozza a belső hidrogénkötések kialakulását, vagyis a monomer láncok között, így a gyűrűket teljesen ki lehet téve a kölcsönhatásoknak a vízzel.

Ezért, a nagyobb a szubsztitúciós foka OH CH ₂ COOH, annál nagyobb a hidrofil jellegének a kapott cellulóz. Mikroszkopikusan ez a különbség nem feltétlenül egyértelmű; de makroszkopikus léptékben ugyanaz lenne, mintha egy fadarabot víztartályban oldhatnánk, ha ilyen helyettesítések történnek a helyszínen.

Szintézis

A cellulózszálakból karboximetil-cellulóz előállításához a Druvacell-eljárást kell követni:

A) A cellulózszálakat izopropanollal és lúgokkal kezeljük annak megduzzadása és a hidroxilcsoportok ionizációja érdekében.

B) Az előző kezelésből származó cellulózszálakat NaOH-dal történő kezeléssel tovább lúgosítják a következő reakció szerint:

RceOH + NaOH => RceOH = NaOH

C) A NaOH-hoz kötött cellulózrostok reagálnak nátrium-klór-acetáttal, így nátrium-karboxi-metil-cellulózt állítanak elő:

RceOH ∙ NaOH + ClCH ₂ COO ^- Na => RceOCH ₂ COO ^- Na ⁺ + NaCl + H ₂ O

Kötés a COO ^- csoportot, hogy cellulóz alkotnak carboxymethiclulose teszi vízoldható, és több reaktív.

Mire szolgál (felhasználások)

A karboxi-metil-cellulóznak számos felhasználása van, hidrofilitása és számos vegyülettel való kombinációja miatt. Használatai között szerepel a következők.

élelmiszerek

- Sűrítőként és stabilizálóként használják az élelmiszerekhez. Ezen felül étkezési rostként és emulgeálószerként alkalmazzák. Jégkrém, krémek és krémek rázásánál használják, valamint segítséget nyújt a zselatin gélek és pudingok kialakulásában.

- Szuszpendálószerként használható gyümölcslevekben és védőkolloidként majonézben. A gyümölcs felületének fedezésére is felhasználják.

-Mivel a karboxi-metil-cellulózt a szervezet nem metabolizálja, az alacsony kalóriatartalmú étrendet használhatják.

Gyógyszer

-A karboxi-metil-cellulóz-oldatok géleket képeznek a szív-, mellkasi és szaruhártya-műtétekben.

- Mellkasi műtétek során a tüdőket összekapcsolják és karboximetil-cellulóz-oldattal fedik le. Ennek elkerülése érdekében az alveolusokban levegő szivárog, és a folyadékok nem kerülnek a tüdőbe.

- Az ortopédia ágazatában a karboximetilcellulózt használják az ízületek, különösen a csukló, térd és csípő kenésére. A polimer oldatot az ízületekbe injektálják, hogy megakadályozzák az eróziót, gyulladást és a porc esetleges megsemmisülését.

- Szárazság és szemirritáció kezelésére alkalmazzák. Védőanyagként is felhasználják a szemgolyó károsodásának megelőzésére, például a kontaktlencsék elhelyezésekor.

-A karboxi-metil-cellulózt szintén használják a székrekedés kezelésében, elősegítve a megfelelő állagú széklet kialakulását. Hashajtóként alkalmazzák.

-A karboxi-metil-cellulóz-heparin kombinációját alkalmazták a műtétek során történő adhézió megakadályozására.

Építőipar

- Stabilizáló és hidrofil szerként működik a legtöbb cementkészítményben és építőanyagban. Javítja a homok diszperzióját a cementben, emellett növeli a cement tapadási hatását.

- A kárpitpapírok ragasztóinak részeként is felhasználják.

Mosószerekben

Az ipari ágazat, amelyben talán a legtöbb karboxi-metil-cellulózt fogyasztja, a szappanok és tisztítószerek előállítása. Gátlószerként működik, amely megakadályozza a mosószerek által a szövetek felületéről eltávolított zsírok újbóli csatlakozását.

Ragasztás

- A papír ragasztóinak kidolgozásához használják, mivel nem szennyezi, nem bocsátja ki szaga és eltávolítható. Ez ideális könyv- vagy más anyag javításához.

- Keményítővel és fenol-formaldehiddel készült keverékekben olyan ragasztók kidolgozására is tesztelték, amelyek lehetővé teszik a falemezek összekapcsolódását.

Boripar

Arra szolgál, hogy elkerüljék a borban található borkősavak kicsapódását.

Papíripar

-A viaszos papír és karton karboxi-metil-cellulóz-készítményeivel történő bevonása csökkenti a viaszok fogyasztását. Emellett csökkenti a nyomdafesték fogyasztását is, ami magasabb fényű felületeket eredményez. Ezenkívül a papír felülete nagyobb simasággal és nagyobb zsírállósággal rendelkezik.

-A karboxi-metil-cellulóz javítja a papírszálak közötti kötést, javítva a színeződést. Kiegészítő diszpergálószerként is felhasználják a cellulózpép rostjainak extrudálására, elkerülve azok flokkulációját.

mezőgazdasági

A karboxi-metil-cellulóz diszpergálószerként hat a peszticidekre. Ezenkívül ragasztóként használják az inszekticideknek a növényi levelek felületéhez történő kötéséhez. Bizonyos esetekben elősegíti bizonyos erősen szennyező műtrágyák lebontását.

kozmetikum

Sűrítőként, stabilizálóként és filmképzőként használják krémekben, testápolókban, samponokban és hajápolási termékekben. Ezenkívül a fogtisztításhoz használt gélek előállításához is felhasználják.

festékek

Olaj alapú festékek és lakkok előállításához használják, sűrítő- és diszpergálószerként szolgálnak a folyadékokban lévő pigmentekhez.

Műanyag

A latex viszkozitásának növelésére használják.

Kerámia

Porcelándarabok összekapcsolására használják, mivel a karboximetil-cellulóz-oldatok néhány hamu sütésekor származnak.

Textilipar

- Nyers formájában használják a szövetek deformációjának elkerülésére. A karboxi-metil-cellulózt keményítővel kombinálva használják mosodákban. Szövet kikészítéséhez is felhasználják. A gyártás során a szöveteket karboxi-metil-cellulózzal impregnálják, majd savval és hővel kezelik.

- Szövet nyomtatásában használják, textilfestékek és -lakkok sűrítőanyagként való együttműködésben.

Gyógyszeripar

-A karboxi-metil-cellulózt használják a gyógyszertabletták bevonására. A polimer nem oldódik savas gyomorviszonyok között, de oldódik a vékonybélben, ahol a terápiás szerek felszívódnak.

- Gélképzőként, kenőanyagok hordozóiként is használják. Ezenkívül stabilizálószerként alkalmazzák szuszpenziókban és emulziókban. Bioadhézióként használják a test nyálkahártyájához kötődő tablettákban.

Irodalom

1. Sidley Chemical. (2018). A nátrium-karboxi-metil-cellulóz tulajdonságai. Helyreállítva: celluloseether.com
2. Wikipedia. (2018). Karboximetil-cellulóz. Helyreállítva: es.wikipedia.org
3. QuimiNet. (2006. október 11.). A karboxi-metil-cellulóz különféle alkalmazásai. Helyreállítva: quiminet.com
4. Gamboni J. és col. (Sf). A cukornád-bagasszból származó cellulóz karboxi-metilezési folyamatának optimalizálása.. Helyreállítva: aaiq.org.ar
5. Karboximetil-cellulóz-heparin kombináció a műtéti adhéziók megelőzésére. (2017) The Journal of sebészeti kutatás 213: 222-233.