1. Přehled
Karboxymethylcelulóza (CMC) je aniontový polysacharid rozpustný ve vodě, který se široce používá v potravinách, léčivech, kosmetice, extrakci ropných polí a tvorbou papíru. Klíčovou vlastností CMC je jeho viskozita, ale v praktických aplikacích je třeba jeho viskozita často regulovat, aby splňovala specifické požadavky na zpracování a výkon.
2. charakteristiky struktury a viskozity CMC
CMC je karboxymethylovaný derivát celulózy a jeho molekulární struktura určuje jeho viskozitní charakteristiky v roztoku. Viskozita CMC závisí na jeho molekulové hmotnosti, stupni substituce (DS) a na teplotě a pH roztoku. Vysoká molekulová hmotnost a vysoká DS obvykle zvyšují viskozitu CMC, zatímco zvýšená teplota a extrémní podmínky pH mohou snížit jeho viskozitu.
3. mechanismy účinku aditiv na viskozitu CMC
3.1 Účinek elektrolytu
Elektrolyty, jako jsou soli (NaCl, KCl, CaCl₂ atd.), Mohou snížit viskozitu CMC. Elektrolyty se rozdělují na ionty ve vodě, které mohou chránit odpuzování náboje mezi molekulárními řetězci CMC, snižovat prodloužení a zapletení molekulárních řetězců, a tak snižovat viskozitu roztoku.
Účinek iontové pevnosti: Zvýšení iontové síly v roztoku může neutralizovat náboj na molekulách CMC, oslabit odpuzování mezi molekulami, učinit molekulární řetězce kompaktnější, a tak snížit viskozitu.
Multivalentní kationtový účinek: Například CA²⁺ koordinováním s negativně nabitými skupinami na více molekulách CMC může účinněji neutralizovat náboj a tvořit mezimolekulární zesítění, čímž významně snižuje viskozitu.
3.2 Účinek organického rozpouštědla
Přidání nízkopolárních nebo nepolárních organických rozpouštědel (jako je ethanol a propanol) může změnit polaritu vodného roztoku a snížit interakci mezi molekulami CMC a molekulami vody. Interakce mezi molekulami rozpouštědla a molekulami CMC může také změnit konformaci molekulárního řetězce, čímž se sníží viskozita.
Účinek solvatace: Organická rozpouštědla mohou změnit uspořádání molekul vody v roztoku, takže hydrofilní část molekul CMC je zabalena rozpouštědlem, oslabující prodloužení molekulárního řetězce a snižování viskozity.
3.3 Změny pH
CMC je slabá kyselina a změny v pH mohou ovlivnit jeho stav náboje a intermolekulární interakce. Za kyselých podmínek se karboxylové skupiny na molekulách CMC stávají neutrálními, což snižuje odpuzování náboje a tím snižuje viskozitu. Za alkalických podmínek, ačkoli se náboj zvyšuje, může extrémní alkalita vést k depolymeraci molekulárního řetězce, čímž se sníží viskozita.
Isoelektrický bodový účinek: Za podmínek blízkých isoelektrickému bodu CMC (pH ≈ 4,5) je čistý náboj molekulárního řetězce nízký, čímž se snižuje odpuzování náboje, a tak snižuje viskozitu.
3.4 Enzymatická hydrolýza
Specifické enzymy (jako je jako celuláza) mohou snížit molekulární řetězec CMC, čímž významně snižují jeho viskozitu. Enzymatická hydrolýza je vysoce specifický proces, který může přesně řídit viskozitu.
Mechanismus enzymatické hydrolýzy: Enzymy hydrolyzují glykosidické vazby na molekulárním řetězci CMC, takže CMC s vysokou molekulovou hmotností je rozděleno na menší fragmenty, což zmenšuje délku molekulárního řetězce a viskozita roztoku.
4. Běžné přísady a jejich aplikace
4.1 Anorganické soli
Chlorid sodný (NACL): V potravinářském průmyslu se široce používá k úpravě textury potravin snížením viskozity roztoku CMC.
Chlorid vápenatý (CACL₂): Používá se při vrtání oleje k úpravě viskozity vrtné tekutiny, která pomáhá nést vrtáky a stabilizovat studnu.
4.2 Organické kyseliny
Kyselina octová (kyselina octová): Používá se v kosmetice k úpravě viskozity CMC tak, aby se přizpůsobila různým texturám produktu a senzorickým požadavkům.
Kyselina citronová: Obvykle se používá při zpracování potravin k úpravě kyselosti a alkality roztoku pro kontrolu viskozity.
4.3 Rozpouštědla
Ethanol: Používá se ve farmaceutických a kosmetikách k úpravě viskozity CMC k získání vhodných reologických vlastností produktu.
Propanol: Používá se v průmyslovém zpracování ke snížení viskozity roztoku CMC pro snadné tok a zpracování.
4.4 Enzymy
Celluláza: Používá se ve zpracování textilu ke snížení viskozity kaše, díky čemuž je povlak a tisk jednotnější.
Amyláza: Někdy se používá v potravinářském průmyslu k úpravě viskozity CMC tak, aby se přizpůsobila potřebám zpracování různých potravin.
5. Faktory ovlivňující účinnost aditiv
Účinnost aditiv je ovlivněna mnoha faktory, včetně molekulové hmotnosti a stupně substituce CMC, počáteční koncentrace roztoku, teploty a přítomnosti dalších složek.
Molekulová hmotnost: CMC s vysokou molekulovou hmotností vyžaduje vyšší koncentrace aditiv, aby se významně snížila viskozita.
Stupeň substituce: CMC s vysokým stupněm substituce je méně citlivá na přísady a může vyžadovat silnější podmínky nebo vyšší koncentrace přísad.
Teplota: Zvýšená teplota obecně zvyšuje účinnost aditiv, ale příliš vysoká teplota může způsobit degradaci nebo vedlejší reakce přísad.
Interakce směsi: Jiné složky (jako jsou povrchově aktivní látky, zahušťovače atd.) Mohou ovlivnit účinnost aditiv a je třeba je považovat za komplexně.
6. Budoucí pokyny pro vývoj
Výzkum a aplikace snižování viskozity CMC směřuje směrem ke zelenému a udržitelnému směru. Vývoj nových přísad s vysokou účinností a nízkou toxicitou, optimalizace podmínek pro použití stávajících aditiv a zkoumání aplikace nanotechnologií a inteligentních materiálů reagujících v regulaci viskozity CMC jsou všechny budoucí vývojové trendy.
Zelené přísady: Hledejte přirozeně odvozené nebo biologicky rozložitelné přísady ke snížení dopadu na životní prostředí.
Nanotechnologie: Použijte efektivní povrchový a jedinečný mechanismus interakce nanomateriálů k přesné kontrole viskozity CMC.
Inteligentní responzivní materiály: Vyvinout přísady, které mohou reagovat na environmentální podněty (jako je teplota, pH, světlo atd.) Aby se dosáhlo dynamické regulace viskozity CMC.
Přísady hrají důležitou roli při regulaci viskozity CMC. Racionálně výběrem a aplikací aditiv lze efektivně uspokojit potřeby různých průmyslových odvětví a spotřebních produktů. Za účelem dosažení udržitelného rozvoje by se však měl budoucí výzkum zaměřit na vývoj zelených a efektivních přísad, jakož i na aplikaci nových technologií v regulaci viskozity.
Čas příspěvku: únor-17-2025