1. Prehľad
Karboxymetylcelulóza (CMC) je vodotesný aniónový polysacharid, ktorý sa bežne používa pri potravinách, farmaceutikách, kozmetike, extrakcii ropného poľa a papierom. Kľúčovou vlastnosťou CMC je jeho viskozita, ale v praktických aplikáciách je potrebné často regulovať viskozitu, aby spĺňala konkrétne požiadavky na spracovanie a výkon.
2. Charakteristiky štruktúry a viskozity CMC
CMC je karboxymetylovaný derivát celulózy a jeho molekulárna štruktúra určuje jej charakteristiky viskozity v roztoku. Viskozita CMC závisí od jeho molekulovej hmotnosti, stupňa substitúcie (DS) a teploty a pH roztoku. Vysoká molekulová hmotnosť a vysoká DS zvyčajne zvyšujú viskozitu CMC, zatiaľ čo zvýšené teplotné a extrémne podmienky pH môžu znížiť jeho viskozitu.
3. Mechanizmy účinku prísad na viskozitu CMC
3.1 Efekt elektrolytu
Elektrolyty, ako sú soli (NaCl, KCl, CACL₂ atď.), Môžu znížiť viskozitu CMC. Elektrolyty sa disociujú do iónov vo vode, ktoré môžu chrániť odpudzovanie náboja medzi molekulárnymi reťazcami CMC, znižujú predĺženie a zapletenie molekulárnych reťazcov, a tak znižujú viskozitu roztoku.
Účinok iónovej sily: Zvýšenie iónovej sily v roztoku môže neutralizovať náboj na molekulách CMC, oslabiť odpor medzi molekulami, urobiť molekulárne reťazce kompaktnejšie, a tým znížiť viskozitu.
Multivalentný katión: Napríklad Ca²⁺ koordináciou s negatívne nabitými skupinami na viacerých molekulách CMC môže účinnejšie neutralizovať intermolekulárne zosieťovanie náboja a formy, čím sa výrazne znížila viskozita.
3.2 Efekt organického rozpúšťadla
Pridanie nízkopolárnych alebo nepolárnych organických rozpúšťadiel (ako je etanol a propanol) môže zmeniť polaritu vodného roztoku a znížiť interakciu medzi molekulami CMC a molekulami vody. Interakcia medzi molekulami rozpúšťadla a molekulami CMC môže tiež zmeniť konformáciu molekulárneho reťazca, čím sa znižuje viskozita.
Solvatačný účinok: Organické rozpúšťadlá môžu zmeniť usporiadanie molekúl vody v roztoku, takže hydrofilná časť molekúl CMC je obalená rozpúšťadlom, oslabuje rozšírenie molekulárneho reťazca a znižuje viskozitu.
3,3 zmeny pH
CMC je slabá kyselina a zmeny v pH môžu ovplyvniť jej stav náboja a intermolekulárne interakcie. Za kyslých podmienok sa karboxylové skupiny na molekulách CMC stávajú neutrálnymi, znižujú odpudzovanie náboja a znižujú viskozitu. Za alkalických podmienok, aj keď sa náboj zvyšuje, môže extrémna alkalita viesť k depolymerizácii molekulárneho reťazca, čím sa znižuje viskozita.
Izoelektrický bodový efekt: Za podmienok blízkeho izoelektrického bodu CMC (pH ≈ 4,5) je čistý náboj molekulárneho reťazca nízky, čo znižuje odpudenie náboja a znižuje viskozitu.
3.4 Enzymatická hydrolýza
Špecifické enzýmy (ako je celuláza) môžu znížiť molekulárny reťazec CMC, čím významne znižuje jeho viskozitu. Enzymatická hydrolýza je vysoko špecifický proces, ktorý môže presne kontrolovať viskozitu.
Mechanizmus enzymatickej hydrolýzy: Enzýmy hydrolyzujú glykozidické väzby na molekulovom reťazci CMC, takže CMC s vysokou molekulovou hmotnosťou je rozdelená na menšie fragmenty, čím sa znižuje dĺžka molekulárneho reťazca a viskozita roztoku.
4. Bežné prísady a ich aplikácie
4.1 Anorganické soli
Chlorid sodný (NaCl): Všeobecne sa používa v potravinárskom priemysle na úpravu textúry potravín znížením viskozity roztoku CMC.
Chlorid vápenatý (CACL₂): Používa sa pri vŕtaní oleja na úpravu viskozity vŕtacej tekutiny, ktorá pomáha pri prenášaní odrezok vŕtania a stabilizácii steny studne.
4.2 Organické kyseliny
Kyselina octová (kyselina octová): Používa sa v kozmetike na úpravu viskozity CMC tak, aby sa prispôsobila rôznym textúram produktu a senzorickými požiadavkami.
Kyselina citrónová: bežne používaná pri spracovaní potravín na úpravu kyslosti a alkality roztoku na kontrolu viskozity.
4,3 rozpúšťadlá
Etanol: Používa sa vo farmaceutikách a kozmetike na úpravu viskozity CMC na získanie vhodných reologických vlastností produktu.
Propanol: Používa sa v priemyselnom spracovaní na zníženie viskozity roztoku CMC pre ľahký tok a spracovanie.
4,4 enzýmy
Celuláza: Používa sa v textilnom spracovaní na zníženie viskozity suspenzie, čím sa zvýšila a tlačila rovnomerná.
Amyláza: Niekedy sa používa v potravinárskom priemysle na prispôsobenie viskozity CMC tak, aby sa prispôsobila potrebám spracovania rôznych potravín.
5. Faktory ovplyvňujúce účinnosť prísad
Účinnosť prísad je ovplyvnená mnohými faktormi vrátane molekulovej hmotnosti a stupňa substitúcie CMC, počiatočnej koncentrácie roztoku, teploty a prítomnosti iných zložiek.
Molekulová hmotnosť: CMC s vysokou molekulovou hmotnosťou vyžaduje vyššie koncentrácie prísad na významné zníženie viskozity.
Stupeň substitúcie: CMC s vysokým stupňom substitúcie je menej citlivý na prísady a môže si vyžadovať silnejšie podmienky alebo vyššie koncentrácie prísad.
Teplota: Zvýšená teplota vo všeobecnosti zvyšuje účinnosť prísad, ale príliš vysoká teplota môže spôsobiť degradáciu alebo vedľajšie reakcie prísad.
Interakcie zmesí: Iné zložky (ako sú povrchovo aktívne látky, zahusťovadlá atď.), Ktoré môžu ovplyvniť účinnosť prísad a je potrebné ich zvážiť komplexne.
6. Budúce smery vývoja
Výskum a aplikácia znižovania viskozity CMC sa pohybuje smerom k zelene a udržateľnému smeru. Vývoj nových prísad s vysokou účinnosťou a nízkou toxicitou, optimalizácia podmienok pre využívanie existujúcich prísad a skúmanie aplikácie nanotechnologických a inteligentných responzívnych materiálov v regulácii viskozity CMC sú všetky budúce trendy vývoja.
Zelené prísady: Vyhľadajte prirodzene odvodené alebo biologicky odbúrateľné prísady na zníženie vplyvu na životné prostredie.
Nanotechnológia: Na presnú kontrolu viskozity CMC používajte efektívny povrchový a jedinečný mechanizmus interakcie nanomateriálov.
Inteligentné materiály: Vypracujte prísady, ktoré môžu reagovať na environmentálne stimuly (ako je teplota, pH, svetlo atď.) Na dosiahnutie dynamickej regulácie viskozity CMC.
Additívy zohrávajú dôležitú úlohu pri regulácii viskozity CMC. Racionálnym výberom a uplatňovaním prísad je možné účinne uspokojiť potreby rôznych odvetví a spotrebiteľských výrobkov. Aby sa však dosiahol trvalo udržateľný rozvoj, budúci výskum by sa mal zamerať na rozvoj zelených a efektívnych prísad, ako aj na uplatňovanie nových technológií v regulácii viskozity.
Čas príspevku: február-17-2025