1. Pārskats
Karboksimetilgruciloze (CMC) ir ūdenī šķīstošs anjonu polisaharīds, ko plaši izmanto pārtikā, farmaceitiskos izstrādājumos, kosmētikā, eļļas lauka ekstrakcijā un papīra veidošanā. Galvenais CMC īpašums ir tās viskozitāte, taču praktiskos lietojumos tā viskozitāte bieži ir jāregulē, lai tā atbilstu īpašām apstrādes un veiktspējas prasībām.
2. CMC struktūras un viskozitātes īpašības
CMC ir karboksimetilēts celulozes atvasinājums, un tā molekulārā struktūra nosaka tā viskozitātes īpašības šķīdumā. CMC viskozitāte ir atkarīga no tās molekulmasas, aizvietošanas pakāpes (DS) un šķīduma temperatūras un pH. Augsta molekulmasa un augsts DS parasti palielina CMC viskozitāti, savukārt paaugstināta temperatūra un ārkārtīgi pH apstākļi var samazināt tās viskozitāti.
3. Piedevu ietekmes uz CMC viskozitāti mehānismi
3.1 Elektrolīta efekts
Elektrolīti, piemēram, sāļi (NaCl, KCl, CaCl₂ utt.), Var samazināt CMC viskozitāti. Elektrolīti sadalās jonos ūdenī, kas var pasargāt lādiņa atgrūšanos starp CMC molekulārajām ķēdēm, samazināt molekulāro ķēžu pagarinājumu un sapināšanos un tādējādi samazināt šķīduma viskozitāti.
Jonu stiprības efekts: jonu stiprības palielināšana šķīdumā var neitralizēt CMC molekulu lādiņu, vājināt atgrūšanu starp molekulām, padarīt molekulārās ķēdes kompaktākas un tādējādi samazināt viskozitāti.
Daudzvērtīgs katjonu efekts: Piemēram, Ca²⁺, koordinējot ar negatīvi lādētām grupām uz vairākām CMC molekulām, var efektīvāk neitralizēt lādiņu un veidot starpmolekulāras krusteniskās saites, tādējādi ievērojami samazinot viskozitāti.
3.2 Organiskā šķīdinātāja efekts
Pievienojot zemu polu vai nepolārus organiskos šķīdinātājus (piemēram, etanolu un propanolu), var mainīt ūdens šķīduma polaritāti un samazināt mijiedarbību starp CMC molekulām un ūdens molekulām. Mijiedarbība starp šķīdinātāja molekulām un CMC molekulām var arī mainīt molekulārās ķēdes konformāciju, tādējādi samazinot viskozitāti.
Solvācijas efekts: Organiskie šķīdinātāji var mainīt ūdens molekulu izvietojumu šķīdumā tā, ka CMC molekulu hidrofilā daļa tiek iesaiņota ar šķīdinātāju, vājinot molekulārās ķēdes pagarinājumu un samazinot viskozitāti.
3.3 PH izmaiņas
CMC ir vāja skābe, un izmaiņas pH var ietekmēt tā lādiņa stāvokli un starpmolekulāro mijiedarbību. Skābos apstākļos CMC molekulu karboksilgrupas kļūst neitrālas, samazinot lādiņu atgrūšanu un tādējādi samazinot viskozitāti. Sārmainos apstākļos, kaut arī lādiņš palielinās, ārkārtēja sārmainība var izraisīt molekulārās ķēdes depolimerizāciju, tādējādi samazinot viskozitāti.
Izoelektriskā punkta efekts: apstākļos, kas atrodas tuvu CMC izoelektriskajam punktam (pH ≈ 4,5), molekulārās ķēdes tīrais lādiņš ir zems, samazinot lādiņa atgrūšanu un tādējādi samazinot viskozitāti.
3.4 fermentatīvā hidrolīze
Specifiski fermenti (piemēram, celulāze) var sagriezt CMC molekulāro ķēdi, tādējādi ievērojami samazinot tā viskozitāti. Fermentatīvā hidrolīze ir ļoti specifisks process, kas var precīzi kontrolēt viskozitāti.
Fermentatīvās hidrolīzes mehānisms: Fermenti hidrolizē glikozīdiskās saites CMC molekulārajā ķēdē, lai CMC augstā molekulmasa būtu sadalīta mazākos fragmentos, samazinot molekulārās ķēdes garumu un šķīduma viskozitāti.
4. Parastās piedevas un to pielietojums
4.1 neorganiski sāļi
Nātrija hlorīds (NaCl): plaši izmantots pārtikas rūpniecībā, lai pielāgotu pārtikas tekstūru, samazinot CMC šķīduma viskozitāti.
Kalcija hlorīds (CaCl₂): izmanto naftas urbšanā, lai pielāgotu urbšanas šķidruma viskozitāti, kas palīdz pārvadāt urbšanas spraudeņus un stabilizēt urbuma sienu.
4.2 Organiskās skābes
Etiķskābe (etiķskābe): izmanto kosmētikā, lai pielāgotu CMC viskozitāti, lai pielāgotos dažādām produktu faktūrām un maņu prasībām.
Citronskābe: parasti izmanto pārtikas pārstrādē, lai pielāgotu šķīduma skābumu un sārmainību, lai kontrolētu viskozitāti.
4,3 šķīdinātāji
Etanols: izmanto farmaceitiskos līdzekļus un kosmētiku, lai pielāgotu CMC viskozitāti, lai iegūtu piemērotas produkta reoloģiskās īpašības.
Propanols: izmantots rūpnieciskajā apstrādē, lai samazinātu CMC šķīduma viskozitāti, lai plūst un apstrādātu.
4.4 Fermenti
Celulāze: tiek izmantota tekstilizstrādājumu apstrādē, lai samazinātu vircas viskozitāti, padarot pārklājumu un drukāšanu vienveidīgāku.
Amilāze: Dažreiz pārtikas rūpniecībā izmanto, lai pielāgotu CMC viskozitāti, lai pielāgotos dažādu pārtikas produktu apstrādes vajadzībām.
5. Faktori, kas ietekmē piedevu efektivitāti
Piedevu efektivitāti ietekmē daudzi faktori, ieskaitot CMC molekulmasu un pakāpi, šķīduma sākotnējo koncentrāciju un citu sastāvdaļu klātbūtni.
Molekulmasa: CMC ar augstu molekulmasu ir nepieciešama augstāka piedevu koncentrācija, lai ievērojami samazinātu viskozitāti.
Aizvietošanas pakāpe: CMC ar augstu aizvietošanas pakāpi ir mazāk jutīga pret piedevām, un tai var būt nepieciešami stingrāki apstākļi vai augstāka piedevu koncentrācija.
Temperatūra: paaugstināta temperatūra parasti palielina piedevu efektivitāti, bet pārāk augsta temperatūra var izraisīt piedevu noārdīšanos vai sānu reakcijas.
Maisījuma mijiedarbība: citas sastāvdaļas (piemēram, virsmaktīvās vielas, sabiezētāji utt.) Var ietekmēt piedevu efektivitāti, un tās ir jāuzskata par visaptverošu.
6. Nākotnes attīstības virzieni
CMC viskozitātes samazināšanas pētījums un pielietojums virzās uz zaļo un ilgtspējīgu virzienu. Jaunu piedevu izstrāde ar augstu efektivitāti un zemu toksicitāti, optimizējot apstākļus esošo piedevu lietošanai un nanotehnoloģijas un viedu reaģējošu materiālu izmantošanas izpēte CMC viskozitātes regulēšanā ir visas turpmākās attīstības tendences.
Zaļās piedevas: meklējiet dabiski iegūtas vai bioloģiski noārdāmas piedevas, lai samazinātu ietekmi uz vidi.
Nanotehnoloģija: izmantojiet nanomateriālu efektīvu virsmu un unikālo mijiedarbības mehānismu, lai precīzi kontrolētu CMC viskozitāti.
Gudri reaģējoši materiāli: izstrādājiet piedevas, kas var reaģēt uz vides stimuliem (piemēram, temperatūru, pH, gaismu utt.), Lai panāktu dinamisku CMC viskozitātes regulēšanu.
Piedevām ir liela nozīme CMC viskozitātes regulēšanā. Racionāli izvēloties un pielietojot piedevas, var efektīvi apmierināt dažādu nozaru un patēriņa produktu vajadzības. Tomēr, lai sasniegtu ilgtspējīgu attīstību, turpmākajiem pētījumiem jākoncentrējas uz zaļo un efektīvo piedevu attīstību, kā arī uz jaunu tehnoloģiju piemērošanu viskozitātes regulēšanā.
Pasta laiks: Feb-17-2025