1. Преглед
Карбоксиметил целулозата (CMC) е водоразтворим анионни полизахарид, широко използван в храната, фармацевтичните продукти, козметиката, извличането на маслото и производството на хартия. Ключово свойство на CMC е неговият вискозитет, но в практически приложения неговият вискозитет често трябва да се регулира, за да отговаря на специфичните изисквания за обработка и производителност.
2. Характеристики на структурата и вискозитета на CMC
CMC е карбоксиметилирана производна на целулозата и молекулната му структура определя характеристиките му на вискозитет в разтвора. Вискозитетът на CMC зависи от молекулното му тегло, степента на заместване (DS) и температурата и рН на разтвора. Високото молекулно тегло и високото DS обикновено увеличават вискозитета на CMC, докато повишената температура и екстремните pH условия могат да намалят неговия вискозитет.
3. Механизми на ефекта на добавките върху вискозитета на CMC
3.1 Електролитният ефект
Електролитите, като соли (NaCl, KCl, CaCl₂ и др.), Могат да намалят вискозитета на CMC. Електролитите се дисоциират във йони във вода, които могат да защитят отблъскването на заряда между CMC молекулярни вериги, да намалят удължаването и заплитането на молекулярните вериги и по този начин намаляват вискозитета на разтвора.
Ефект на йонната сила: Увеличаването на йонната сила в разтвора може да неутрализира заряда върху CMC молекулите, да отслаби отблъскването между молекулите, да направи молекулните вериги по -компактни и по този начин да намали вискозитета.
Мултивалентен катионен ефект: Например Ca²⁺, като се координира с отрицателно заредени групи върху множество CMC молекули, може по -ефективно да неутрализира заряда и да образува междумолекулни кръстосани връзки, като по този начин значително намалява вискозитета.
3.2 Ефект на органичния разтворител
Добавянето на нискополярни или неполярни органични разтворители (като етанол и пропанол) може да промени полярността на водния разтвор и да намали взаимодействието между CMC молекулите и водните молекули. Взаимодействието между молекулите на разтворителя и CMC молекулите също може да промени конформацията на молекулната верига, като по този начин намалява вискозитета.
Ефект на солвация: Органичните разтворители могат да променят разположението на водните молекули в разтвора, така че хидрофилната част на молекулите на CMC да бъде обвита от разтворителя, отслабвайки удължаването на молекулната верига и намалява вискозитета.
3.3 Промяна на pH
CMC е слаба киселина и промените в рН могат да повлияят на неговото зареждане на състоянието и междумолекулните взаимодействия. При киселинни условия карбоксилните групи на CMC молекулите стават неутрални, намалявайки отблъскването на заряда и по този начин намалява вискозитета. При алкални условия, въпреки че зарядът се увеличава, екстремната алкалност може да доведе до деполимеризация на молекулната верига, като по този начин намалява вискозитета.
Изоелектрична точка Ефект: При условия, близки до изоелектричната точка на CMC (pH ≈ 4.5), нетният заряд на молекулната верига е нисък, намалява отблъскването на заряда и по този начин намалява вискозитета.
3.4 Ензимна хидролиза
Специфични ензими (като целулаза) могат да намалят молекулната верига на CMC, като по този начин значително намаляват неговия вискозитет. Ензимната хидролиза е силно специфичен процес, който може точно да контролира вискозитета.
Механизъм на ензимната хидролиза: ензими хидролизират гликозидните връзки върху CMC молекулната верига, така че CMC с високо молекулно тегло да се разгради на по -малки фрагменти, намалявайки дължината на молекулната верига и вискозитета на разтвора.
4. Общи добавки и техните приложения
4.1 Неорганични соли
Натриев хлорид (NaCl): широко използван в хранителната индустрия за регулиране на текстурата на храната чрез намаляване на вискозитета на CMC разтвора.
Калциев хлорид (CaCl₂): Използва се при сондиране на нефт за регулиране на вискозитета на сондажната течност, която помага за пренасяне на резници за свредло и стабилизиране на стената на кладенеца.
4.2 Органични киселини
Оцетна киселина (оцетна киселина): Използва се в козметиката за регулиране на вискозитета на CMC за адаптиране към различни текстури на продукта и сензорни изисквания.
Обезкомнена киселина: Обикновено се използва при преработката на храни за регулиране на киселинността и алкалността на разтвора за контрол на вискозитета.
4.3 Разтворители
Етанол: Използва се във фармацевтичните продукти и козметиката за регулиране на вискозитета на CMC за получаване на подходящи реологични свойства на продукта.
Пропанол: Използва се при индустриална обработка за намаляване на вискозитета на CMC разтвора за лесен поток и обработка.
4.4 Ензими
Целулаза: Използва се при текстилна обработка за намаляване на вискозитета на суспензията, което прави покритието и печат по -равномерно.
Амилаза: Понякога се използва в хранителната индустрия за коригиране на вискозитета на CMC, за да се адаптира към нуждите на обработката на различни храни.
5. Фактори, влияещи върху ефективността на добавките
Ефективността на добавките се влияе от много фактори, включително молекулното тегло и степента на заместване на CMC, началната концентрация на разтвора, температурата и наличието на други съставки.
Молекулно тегло: CMC с високо молекулно тегло изисква по -високи концентрации на добавки, за да се намали значително вискозитетът.
Степента на заместване: CMC с висока степен на заместване е по -малко чувствителна към добавките и може да изисква по -силни условия или по -високи концентрации на добавки.
Температура: Повишената температура обикновено повишава ефективността на добавките, но твърде високата температура може да причини разграждане или странични реакции на добавки.
Смесени взаимодействия: Други съставки (като повърхностноактивни вещества, сгъстители и т.н.) могат да повлияят на ефективността на добавките и трябва да се разглеждат всеобхватно.
6. Бъдещи посоки за развитие
Изследването и прилагането на намаляване на вискозитета на CMC се движат към зелена и устойчива посока. Разработването на нови добавки с висока ефективност и ниска токсичност, оптимизиране на условията за използване на съществуващи добавки и проучване на прилагането на нанотехнологиите и интелигентните отзивчиви материали в регулирането на вискозитета на CMC са всички бъдещи тенденции за развитие.
Зелени добавки: Потърсете естествено получени или биоразградими добавки за намаляване на въздействието върху околната среда.
Нанотехнологии: Използвайте ефективния повърхност и уникален механизъм за взаимодействие на наноматериали, за да контролирате точно вискозитета на CMC.
Интелигентни отзивчиви материали: Разработване на добавки, които могат да реагират на стимули за околната среда (като температура, рН, светлина и др.) За постигане на динамична регулация на вискозитета на CMC.
Добавките играят важна роля за регулиране на вискозитета на CMC. Чрез рационално избор и прилагане на добавки нуждите на различни индустрии и потребителски продукти могат да бъдат ефективно задоволени. Въпреки това, за да се постигне устойчиво развитие, бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху развитието на зелени и ефективни добавки, както и прилагането на нови технологии в регулирането на вискозитета.
Време за публикация: Февруари 17-2025