1. oversigt
Carboxymethylcellulose (CMC) er en vandopløselig anionisk polysaccharid, der er vidt anvendt i fødevarer, farmaceutiske stoffer, kosmetik, oliefeltekstraktion og papirfremstilling. En vigtig egenskab ved CMC er dens viskositet, men i praktiske anvendelser skal dens viskositet ofte reguleres for at imødekomme specifikke behandlings- og ydelseskrav.
2. Struktur og viskositetsegenskaber ved CMC
CMC er et carboxymethyleret derivat af cellulose, og dets molekylstruktur bestemmer dens viskositetsegenskaber i opløsningen. Viskositeten af CMC afhænger af dens molekylvægt, grad af substitution (DS) og temperaturen og pH i opløsningen. Høj molekylvægt og høj DS øger normalt viskositeten af CMC, mens forhøjet temperatur og ekstreme pH -forhold kan reducere dens viskositet.
3. mekanismer for virkningen af tilsætningsstoffer på CMC -viskositet
3.1 Elektrolytseffekt
Elektrolytter, såsom salte (NaCl, KCL, CaCl₂ osv.), Kan reducere viskositeten af CMC. Elektrolytter adskiller sig i ioner i vand, som kan beskytte ladningens frastødelse mellem CMC -molekylkæder, reducere udvidelsen og sammenfiltringen af molekylkæder og dermed reducere viskositeten af opløsningen.
Ionstyrkeffekt: Forøgelse af den ioniske styrke i opløsningen kan neutralisere ladningen på CMC -molekylerne, svække frastødningen mellem molekyler, gøre molekylkæderne mere kompakte og således reducere viskositeten.
Multivalent kationseffekt: For eksempel kan Ca²⁺, ved at koordinere med negativt ladede grupper på flere CMC -molekyler, mere effektivt neutralisere ladningen og danne intermolekylære tværbindinger, hvilket reducerer viskositeten markant.
3.2 Organisk opløsningsmiddeleffekt
Tilsætning af lav-polær eller ikke-polær organiske opløsningsmidler (såsom ethanol og propanol) kan ændre polariteten af den vandige opløsning og reducere interaktionen mellem CMC-molekyler og vandmolekyler. Interaktionen mellem opløsningsmiddelmolekyler og CMC -molekyler kan også ændre konformationen af molekylkæden og derved reducere viskositeten.
Solvationseffekt: Organiske opløsningsmidler kan ændre arrangementet af vandmolekyler i opløsningen, så den hydrofile del af CMC -molekylerne indpakkes af opløsningsmidlet, hvilket svækker udvidelsen af den molekylære kæde og reducerer viskositeten.
3,3 pH -ændringer
CMC er en svag syre, og ændringer i pH kan påvirke dens ladningstilstand og intermolekylære interaktioner. Under sure forhold bliver carboxylgrupperne på CMC -molekylerne neutrale, hvilket reducerer ladningens frastødelse og dermed reducere viskositeten. Under alkaliske forhold, selv om ladningen øges, kan ekstrem alkalinitet føre til depolymerisation af molekylkæden og derved reducere viskositeten.
Isoelektrisk punkteffekt: Under betingelser tæt på det isoelektriske punkt af CMC (pH ≈ 4,5) er nettoadladningen for molekylkæden lav, hvilket reducerer ladningsafvisningen og reducerer således viskositeten.
3.4 Enzymatisk hydrolyse
Specifikke enzymer (såsom cellulase) kan skære molekylkæden af CMC og derved reducere dens viskositet markant. Enzymatisk hydrolyse er en meget specifik proces, der nøjagtigt kan kontrollere viskositeten.
Mekanisme til enzymatisk hydrolyse: Enzymer hydrolyserer de glycosidiske bindinger på CMC -molekylkæden, så CMC med høj molekylvægt opdeles i mindre fragmenter, hvilket reducerer længden af molekylkæden og opløsningens viskositet.
4. almindelige tilsætningsstoffer og deres applikationer
4.1 Uorganiske salte
Natriumchlorid (NaCl): meget brugt i fødevareindustrien til at justere strukturen af mad ved at reducere viskositeten af CMC -opløsningen.
Calciumchlorid (cacl₂): Brugt i olieboring til at justere viskositeten af borevæske, som hjælper med at bære boreklip og stabilisere brøndvæggen.
4.2 Organiske syrer
Eddikesyre (eddikesyre): Brugt i kosmetik til at justere viskositeten af CMC til at tilpasse sig forskellige produktteksturer og sensoriske krav.
Citronsyre: ofte anvendt i fødevareforarbejdning til at justere surhedsgraden og alkaliniteten af opløsningen til kontrol af viskositet.
4.3 Opløsningsmidler
Ethanol: Brugt i farmaceutiske stoffer og kosmetik til at justere viskositeten af CMC for at opnå passende produktreologiske egenskaber.
Propanol: Brugt i industriel behandling til at reducere viskositeten af CMC -opløsning til let strømning og forarbejdning.
4.4 Enzymer
Cellulase: Brugt i tekstilbehandling til at reducere opslæmningens viskositet, gøre belægning og udskrivning mere ensartet.
Amylase: Nogle gange bruges i fødevareindustrien til at justere viskositeten af CMC til at tilpasse sig behandlingsbehovene hos forskellige fødevarer.
5. Faktorer, der påvirker effektiviteten af tilsætningsstoffer
Effektiviteten af tilsætningsstoffer påvirkes af mange faktorer, herunder molekylvægt og grad af substitution af CMC, den indledende koncentration af opløsningen, temperaturen og tilstedeværelsen af andre ingredienser.
Molekylvægt: CMC med høj molekylvægt kræver højere koncentrationer af tilsætningsstoffer for at reducere viskositeten markant.
Substitutionsgrad: CMC med høj grad af substitution er mindre følsom over for tilsætningsstoffer og kan kræve stærkere betingelser eller højere koncentrationer af tilsætningsstoffer.
Temperatur: Forøget temperatur forbedrer generelt effektiviteten af tilsætningsstoffer, men for høj temperatur kan forårsage nedbrydning eller bivirkninger af tilsætningsstoffer.
Blandingsinteraktioner: Andre ingredienser (såsom overfladeaktive stoffer, fortykningsmidler osv.) Kan påvirke effektiviteten af tilsætningsstoffer og skal betragtes som omfattende.
6. Fremtidige udviklingsretninger
Forskningen og anvendelsen af reduktion af viskositeten af CMC bevæger sig mod en grøn og bæredygtig retning. Udvikling af nye tilsætningsstoffer med høj effektivitet og lav toksicitet, optimering af betingelserne for brugen af eksisterende tilsætningsstoffer og udforskning af anvendelsen af nanoteknologi og smarte responsive materialer i CMC -viskositetsregulering er alle fremtidige udviklingstendenser.
Grønne tilsætningsstoffer: Se efter naturligt afledte eller bionedbrydelige tilsætningsstoffer for at reducere miljøpåvirkningen.
Nanoteknologi: Brug den effektive overflade og unikke interaktionsmekanisme for nanomaterialer til nøjagtigt at kontrollere viskositeten af CMC.
Smarte responsive materialer: Udvikle tilsætningsstoffer, der kan reagere på miljømæssige stimuli (såsom temperatur, pH, lys osv.) For at opnå dynamisk regulering af CMC -viskositet.
Tilsætningsstoffer spiller en vigtig rolle i reguleringen af CMC -viskositet. Ved rationelt at vælge og anvende tilsætningsstoffer, kan behovene for forskellige industrier og forbrugerprodukter effektivt opfyldes. For at opnå bæredygtig udvikling bør fremtidig forskning imidlertid fokusere på udviklingen af grønne og effektive tilsætningsstoffer såvel som anvendelsen af nye teknologier i viskositetsregulering.
Posttid: Feb-17-2025