خواص و ویسکوزیته CMC

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یک افزودنی کاربردی است که به طور گسترده در صنایع مختلف مانند مواد غذایی، داروسازی، کاغذسازی، نساجی و معدن استفاده می شود. از سلولز طبیعی که در گیاهان و سایر مواد بیولوژیکی به وفور یافت می شود، به دست می آید. CMC یک پلیمر محلول در آب با خواص منحصر به فرد از جمله ویسکوزیته، هیدراتاسیون، چسبندگی و چسبندگی است.

ویژگی های CMC

CMC یک مشتق سلولزی است که با وارد کردن گروه‌های کربوکسی متیل به ساختار آن از نظر شیمیایی اصلاح می‌شود. این اصلاح حلالیت و آب دوستی سلولز را افزایش می دهد و در نتیجه عملکرد آن را بهبود می بخشد. خواص CMC به درجه جانشینی (DS) و وزن مولکولی (MW) آن بستگی دارد. DS به عنوان میانگین تعداد گروه های کربوکسی متیل در واحد گلوکز در ستون فقرات سلولزی تعریف می شود، در حالی که MW اندازه و توزیع زنجیره های پلیمری را منعکس می کند.

یکی از خواص کلیدی CMC حلالیت در آب آن است. CMC به راحتی در آب حل می شود و یک محلول چسبناک با خواص شبه پلاستیک تشکیل می دهد. این رفتار رئولوژیکی ناشی از برهمکنش های بین مولکولی بین مولکول های CMC است که منجر به کاهش ویسکوزیته تحت تنش برشی می شود. ماهیت شبه پلاستیک محلول های CMC آنها را برای کاربردهای مختلفی مانند ضخیم کننده ها، تثبیت کننده ها و عوامل تعلیق کننده مناسب می کند.

یکی دیگر از ویژگی های مهم CMC توانایی فیلم سازی آن است. محلول های CMC را می توان در فیلم هایی با خواص مکانیکی عالی، شفافیت و انعطاف پذیری ریخت. از این فیلم ها می توان به عنوان پوشش، لمینت و مواد بسته بندی استفاده کرد.

علاوه بر این، CMC دارای خواص باندینگ و چسبندگی خوبی است. یک پیوند قوی با سطوح مختلف از جمله چوب، فلز، پلاستیک و پارچه ایجاد می کند. این خاصیت باعث استفاده از CMC در تولید پوشش، چسب و جوهر شده است.

ویسکوزیته CMC

ویسکوزیته محلول های CMC به عوامل مختلفی مانند غلظت، DS، MW، دما و pH بستگی دارد. به طور کلی، محلول های CMC ویسکوزیته بالاتری را در غلظت های بالاتر، DS و MW نشان می دهند. ویسکوزیته نیز با کاهش دما و pH افزایش می یابد.

ویسکوزیته محلول های CMC توسط برهمکنش بین زنجیره های پلیمری و مولکول های حلال در محلول کنترل می شود. مولکول‌های CMC از طریق پیوندهای هیدروژنی با مولکول‌های آب برهمکنش می‌کنند و پوسته هیدراتاسیون را در اطراف زنجیره‌های پلیمری تشکیل می‌دهند. این پوسته هیدراتاسیون تحرک زنجیره های پلیمری را کاهش می دهد و در نتیجه ویسکوزیته محلول را افزایش می دهد.

رفتار رئولوژیکی محلول های CMC با منحنی های جریان مشخص می شود که رابطه بین تنش برشی و نرخ برشی محلول را توصیف می کند. محلول های CMC رفتار جریان غیر نیوتنی را نشان می دهند، به این معنی که ویسکوزیته آنها با نرخ برش تغییر می کند. در نرخ های برش کم، ویسکوزیته محلول های CMC بیشتر است، در حالی که در نرخ های برش بالا، ویسکوزیته کاهش می یابد. این رفتار نازک شدن برشی به دلیل هم تراز شدن و کشش زنجیره های پلیمری تحت تنش برشی است که در نتیجه نیروهای بین مولکولی بین زنجیره ها کاهش می یابد و ویسکوزیته کاهش می یابد.

کاربرد CMC

CMC به دلیل خواص منحصر به فرد و رفتار رئولوژیکی آن به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود. در صنایع غذایی از CMC به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده، امولسیفایر و بهبود دهنده بافت استفاده می شود. برای بهبود بافت، قوام و ماندگاری آنها به غذاهایی مانند بستنی، نوشیدنی ها، سس ها و محصولات پخته شده اضافه می شود. CMC همچنین از تشکیل کریستال های یخ در غذاهای منجمد جلوگیری می کند و در نتیجه محصولی صاف و خامه ای ایجاد می کند.

در صنعت داروسازی، از CMC به عنوان بایندر، تجزیه کننده و عامل رهش کنترل شده در فرمولاسیون قرص استفاده می شود. تراکم پذیری و سیالیت پودر را بهبود بخشیده و یکنواختی و پایداری قرص ها را تضمین می کند. CMC به دلیل خاصیت چسبندگی و چسبندگی زیستی به عنوان یک ماده کمکی در فرمولاسیون های چشمی، بینی و خوراکی استفاده می شود.

در صنعت کاغذ، CMC به عنوان یک افزودنی مرطوب، چسباننده پوشش و عامل پرس اندازه استفاده می شود. حفظ و زهکشی خمیر را بهبود می بخشد، استحکام و تراکم کاغذ را افزایش می دهد و سطحی صاف و براق را فراهم می کند. CMC همچنین به عنوان یک مانع آب و روغن عمل می کند و از نفوذ جوهر یا مایعات دیگر به کاغذ جلوگیری می کند.

در صنعت نساجی، CMC به عنوان عامل سایز، قوام دهنده چاپ و کمک رنگرزی استفاده می شود. چسبندگی الیاف را بهبود می بخشد، نفوذ رنگ و تثبیت را افزایش می دهد و اصطکاک و چین و چروک را کاهش می دهد. CMC همچنین بسته به DS و MW پلیمر، نرمی و سفتی را به پارچه می بخشد.

در صنعت معدن، CMC به عنوان فلوکولانت، بازدارنده و اصلاح کننده رئولوژی در فرآوری مواد معدنی استفاده می شود. ته نشینی و فیلتراسیون جامدات را بهبود می بخشد، جدا شدن از زغال سنگ را به حداقل می رساند و ویسکوزیته و پایداری سوسپانسیون را کنترل می کند. CMC همچنین با به حداقل رساندن استفاده از مواد شیمیایی سمی و آب، اثرات زیست محیطی فرآیند استخراج را کاهش می دهد.

در نتیجه گیری

CMC یک افزودنی همه کاره و ارزشمند است که به دلیل ساختار شیمیایی و تعامل با آب، خواص و ویسکوزیته منحصر به فردی از خود نشان می دهد. حلالیت، توانایی تشکیل فیلم، خاصیت اتصال و چسبندگی آن را برای کاربردهای مختلف در بخش های غذایی، دارویی، کاغذ، نساجی و معدن مناسب می کند. ویسکوزیته محلول های CMC را می توان با عوامل متعددی مانند غلظت، DS، MW، دما و pH کنترل کرد و با رفتار کاذب پلاستیکی و نازک شدن برشی آن مشخص شد. CMC تأثیر مثبتی بر کیفیت، کارایی و پایداری محصولات و فرآیندها دارد و آن را به بخشی ضروری از صنعت مدرن تبدیل می کند.