תאית נתרן קרבוקסי-מתיל נמצא בשימוש נרחב בתעשייה, תרופות וייצור מזון. תרכובת זו מיוצרת על בסיס עץ והיא חומר אינרטי ביולוגית, כלומר אינה משתתפת בתהליכים פיזיולוגיים. בשל התכונות המיוחדות של תמיסות עם רכיב זה, ניתן לווסת את צמיגות החומרים ופרמטרים טכניים אחרים.
Description
Sodium carboxymethylcellulose (CMC) הוא מלח הנתרן של חומצה גליקולית תאית. השם הכימי של התרכובת לפי המינוח IUPAC: poly-1, 4-β-O-carboxymethyl-D-pyranosyl-D-glycopyranose sodium.
נוסחה אמפירית של נתרן קרבוקסי-מתיל צלולוז טכני: [C6H7 O2 (OH)3-x(OCH2 COONa)x] . בביטוי זה, x היא מידת ההחלפה לקבוצות CH2-COOH, ו-n היא מידת הפילמור.
נוסחת המבנה מוצגת באיור למטה.
Properties
במראה, תאית נתרן קרבוקסי-מתיל טכנית היא חומר סיבי אבקתי, דק או חסר ריח, עם צפיפות נפח של 400–800 ק"ג/מ"ר3.
ל-Na-CMC יש את המאפיינים הבאים:
-
משקל מולקולרי של תרכובת – [236];
- מתמוסס במהירות במים חמים וקרים, בלתי מסיס בשמנים מינרליים ובנוזלים אורגניים;
- יוצר סרטים עמידים בפני שמנים, שומנים וממיסים אורגניים;
- מגביר את צמיגות התמיסות והופך אותן לתיקסוטרופיות - עם עלייה בפעולה המכנית, מתרחשת ירידה בהתנגדות הזרימה;
- סופג אדי מים מהאוויר, ולכן יש לאחסן את החומר בחדרים יבשים (בתנאים רגילים הוא מכיל 9-11% לחות);
- מתחם אינו רעיל, אינו נפיץ, אך עלול להתלקח במצב מאובק (טמפרטורת הצתה עצמית +212 מעלות צלזיוס);
- מציג את התכונות של פוליאלקטרוליט אניוני בתמיסות.
כאשר הטמפרטורה משתנה, צמיגות המעבדה של תאית נתרן קרבוקסימתיל בתמיסות משתנה מאוד. זהו אחד המאפיינים החשובים ביותר של תרכובת זו, אשר קובע את היקף היישום שלה. דרגת פילמור גבוהה מספקת צמיגות גבוהה ולהיפך. ב-pH<6 או יותר מ-9, התנגדות זרימה מופחתתיורד בצורה משמעותית. לכן, מומלץ להשתמש במלח זה בסביבות ניטרליות ומעט אלקליות. שינויים בצמיגות בתנאים רגילים הם הפיכים.
לנתרן קרבוקסיתילצלולוזה יש גם תאימות כימית לחומרים רבים אחרים (עמילן, ג'לטין, גליצרין, שרפים מסיסים במים, לטקסים). כאשר מחומם לטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס, המלח מתפרק לנתרן קרבונט.
הגורם העיקרי המשפיע על המאפיינים של תרכובת זו הוא מידת הפילמור. מסיסות, יציבות, תכונות מכניות והיגרוסקופיות תלויות במשקל מולקולרי. החומר מיוצר בשבע דרגות לפי דרגת הפילמור ושתי דרגות לפי תכולת החומר העיקרי
קבל
תאית נתרן קרבוקסי-מתיל מיוצרת מסחרית מאז 1946. ייצור CMC מהווה כעת לפחות 47% מסך האתררים של תאית.
חומר הגלם העיקרי לסינתזה של תרכובת זו הוא תאית עץ, הפולימר האורגני הנפוץ ביותר. היתרונות שלו הם מחיר נמוך, מתכלות ביולוגית, חוסר רעילות וקלות טכנולוגיית העיבוד.
תאית נתרן קרבוקסי-מתיל מתקבלת על-ידי תגובה של תאית אלקלית עם C₂H₃ClO₂ (חומצה מונוכלורואצטית) או מלח הנתרן שלה. בשנים האחרונות מתנהלת עבודה למציאת מקורות חדשים להפקת חומרי גלם (פשתן, קש, דגנים, יוטה, סיסל ואחרים), שכן הביקוש לחומר זה הולך וגדל. כביסה משמשת לשיפור איכות החומר.המלח המוגמר מזיהומים, הפעל תאית או פעל עליו בקרינת מיקרוגל.
נתרן קרבוקסי-מתיל תאית: יישומים תעשייתיים
בשל המאפיינים המיוחדים שלו, CMC משמש למטרות הבאות:
- עיבוי תכשירים שונים, ג'לטיניזציה;
- קושרת חלקיקים עדינים בסרטי צבע (היווצרות סרט);
- להשתמש כחומר לאגירת מים;
- ייצוב של תכונות פיזיקליות וכימיות;
- הגדלת הצמיגות של תמיסות לפיזור שווה של המרכיבים שלהן;
- שינוי ריאולוגי;
- מניעת קרישה (הידבקות של חלקיקים מרחפים).
אחד מהמשתמשים הגדולים ביותר של תאית נתרן קרבוקסימתיל הוא תעשיית הנפט והגז, שבה משתמשים בתרכובת לשיפור הביצועים של נוזלי קידוח.
החומר משמש גם לייצור של המוצרים הטכניים הבאים:
- חומרי ניקוי;
- מוצרי הדפסה;
- מרגמות לעבודות גמר בנייה;
- דבקים, חומרי גודל;
- תערובות בניין יבשות, מלט (למניעת סדקים);
- חומרי צבע;
- סיכה-נוזלי קירור;
- בינוני להקשחת מסילות;
- ציפוי אלקטרודות ריתוך ואחרות.
תאית נתרן קרבוקסימתיל משמשת לייצוב קצף בכיבוי שריפות, בתעשיית המזון, בייצור בשמים וקרמיקה. טכנאים מעריכים שתרכובת זו משמשת ביותר מ-200 תחומי הנדסה ורפואה.
ציפויים מגן
אחד הכיוונים המבטיחים הוא החדרת ננו-חלקיקים המסונתזים מתלי CMC כתוספים-מייצבים בציפויים עמידים בפני קורוזיה. זה מאפשר לך לשנות את המבנה של פולימרים, להגביר הידבקות עם חומר הבסיס, לשפר את התכונות הפיזיקליות והמכניות של הציפוי ללא עלייה משמעותית בעלות ההרכב. ננו-חלקיקים יוצרים מיקרו-צבירים, מה שמאפשר להשיג חומרים מרוכבים בעלי תכונות טכניות יקרות ערך.
היתרון של תוסף זה הוא גם בכך שהוא ידידותי לסביבה ומתכלה. ייצורו אינו מצריך שימוש בממיסים אורגניים, לכן, הסיכון לזיהום מי שפכים והאטמוספרה מצטמצם, אין צורך להשתמש בציוד מיוחד ובטווח טמפרטורות גבוה.
תוסף תזונה
Carboxymethylcellulose sodium משמש כתוסף מזון (E-466) בריכוז של לא יותר מ-8 גרם/ק ג. החומר מבצע מספר פונקציות במוצרים:
- עבות;
- מאפיינים מייצבים;
- המתנהלחות;
- הארכת חיי מדף;
- שימור סיבים תזונתיים לאחר הפשרה.
לרוב התרכובת הזו מתווספת למזון מהיר, גלידה, ממתקים, ריבה, ג'לי, גבינה מעובדת, מרגרינה, יוגורט, דגים משומרים.
רפואה וקוסמטולוגיה
בתעשיית התרופות, נתרן קרבוקסי-מתיל תאית משמשת בקבוצות תרופות כגון:
- טיפות עיניים, תמיסות לזריקות - להארכת האפקט הטיפולי;
- קונכיות טבליות - להסדרת שחרור החומר הפעיל;
- תחליבים, ג'לים ומשחות - לייצוב חומרים יוצרים;
- נוגדי חומצה - כרכיבים מחליפים ומרכיבים מורכבים.
בייצור מוצרי היגיינה וקוסמטיקה, נעשה שימוש בתרכובת זו כחלק ממשחות שיניים, שמפו, ג'לי גילוח ומקלחת וקרמים. התפקיד העיקרי הוא לייצב את המאפיינים ולשפר את המרקם.
השפעה על בני אדם ובעלי חיים
נתרן קרבוקסי-מתיל צלולוז הוא היפואלרגני, לא פעיל ביולוגית, אין לו השפעה מסרטנת ואינו פוגע בתפקוד הרבייה של יצורים חיים. השימוש כתוספי מזון בריכוז בטוח אינו מוביל לתוצאות שליליות. האבק של התרכובת עלול לגרום לגירוי אם הוא חודר לעיניים ולדרכי הנשימה העליונות (MACאירוסול הוא 10 מ"ג/מ"ר3).
סרטים המכילים מלח נתרן משחררים את החומר הפעיל בסביבה הבסיסית של המעי. התרכובת מופרשת מגוף האדם ומבעלי החיים ללא שינוי. במקווי מים למטרות כלכליות, החומר שייך לדרגת המפגעים השלישית (מסוכן בינוני). MPC במקרה זה הוא 2 מ ג/ליטר.
