كاربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم (يُعرف أيضًا باسم: كاربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم، كاربوكسي ميثيل سليلوز،سي إم سي, كاربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم، ملح الصوديوم من كابوكسي ميثيل سليلوز) هو الأكثر استخداما على نطاق واسع والأكبر كمية تستخدم في العالم اليوم أنواع السليلوز.
CMC-Na، اختصارًا، هو مشتق من السليلوز، بدرجة بلمرة جلوكوز تتراوح بين ١٠٠ و٢٠٠٠، وكتلة جزيئية نسبية تبلغ ٢٤٢.١٦. مسحوق أبيض ليفي أو حبيبي. عديم الرائحة والطعم والرائحة، ماص للرطوبة، غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية.
الخصائص الأساسية
1. البنية الجزيئية لكربوكسي ميثيل سلولوز الصوديوم (CMC)
تم إنتاجه لأول مرة في ألمانيا عام 1918، وحصل على براءة اختراع عام 1921 وظهر في العالم. ومنذ ذلك الحين تم تحقيق الإنتاج التجاري في أوروبا. في ذلك الوقت، كان منتجًا خامًا فقط، يُستخدم كمادة غروانية ومادة رابطة. من عام 1936 إلى عام 1941، كانت أبحاث التطبيقات الصناعية لكربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم نشطة للغاية، وتم اختراع العديد من براءات الاختراع الملهمة. خلال الحرب العالمية الثانية، استخدمت ألمانيا كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم في المنظفات الصناعية. صنعت شركة هيركوليس كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم لأول مرة في الولايات المتحدة عام 1943، وأنتجت كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم المكرر عام 1946، والذي تم الاعتراف به كمضاف غذائي آمن. بدأت بلدي في اعتماده في السبعينيات، وكان يستخدم على نطاق واسع في التسعينيات. إنه الأكثر استخدامًا وأكبر كمية من السليلوز في العالم اليوم.
الصيغة البنيوية: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa الصيغة الجزيئية: C8H11O7Na
هذا المنتج عبارة عن ملح الصوديوم من كاربوكسي ميثيل إيثر السليلوز، وهو ألياف أنيونية
2. مظهر كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (CMC)
هذا المنتج عبارة عن ملح الصوديوم لكربوكسي ميثيل إيثر السليلوز، وهو إيثر سليلوز أنيوني، مسحوق أو حبيبات ليفية بيضاء أو بيضاء حليبية، بكثافة 0.5-0.7 جم/سم3، عديم الرائحة تقريبًا، لا طعم له، استرطابي. يسهل تشتيته في الماء لتكوين محلول غرواني شفاف، وهو غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الإيثانول [1]. درجة الحموضة للمحلول المائي 1٪ هي 6.5-8.5، عندما يكون الرقم الهيدروجيني> 10 أو <5، تنخفض لزوجة المادة المخاطية بشكل كبير، ويكون الأداء هو الأفضل عندما يكون الرقم الهيدروجيني = 7. مستقر للحرارة، ترتفع اللزوجة بسرعة إلى أقل من 20 درجة مئوية، وتتغير ببطء عند 45 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي التسخين طويل الأمد فوق 80 درجة مئوية إلى تحلل الغرواني وتقليل اللزوجة والأداء بشكل كبير. إنه قابل للذوبان بسهولة في الماء، والمحلول شفاف؛ إنه مستقر للغاية في المحلول القلوي، ولكن يتحلل بسهولة عندما يواجه حمضًا، وسوف يترسب عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 2-3، وسوف يتفاعل أيضًا مع أملاح المعادن متعددة القيم.
الغرض الرئيسي
يُستخدم كمكثّف في صناعة الأغذية، وكحامل للأدوية في صناعة الأدوية، وكمادة رابطة ومانعة للترسيب في الصناعات الكيميائية اليومية. وفي صناعة الطباعة والصباغة، يُستخدم كمادة غروانية واقية لعوامل التحجيم ومعاجين الطباعة. وفي صناعة البتروكيماويات، يُمكن استخدامه كمكوّن لسوائل تكسير النفط. [2]
عدم التوافق
كربوكسي ميثيل سلولوز الصوديوم غير متوافق مع محاليل الأحماض القوية، وأملاح الحديد القابلة للذوبان، وبعض المعادن الأخرى مثل الألومنيوم والزئبق والزنك. عندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من ٢، وعند خلطه مع ٩٥٪ من الإيثانول، يحدث ترسب.
يمكن لكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم أن يشكل تكتلات مشتركة مع الجيلاتين والبكتين، ويمكنه أيضًا أن يشكل معقدات مع الكولاجين، والذي يمكن أن يترسب بعض البروتينات المشحونة إيجابيا.
حرفة
CMC هو عادةً مركب بوليمر أنيوني يُحضّر بتفاعل السليلوز الطبيعي مع قلوي كاوي وحمض أحادي كلورو أسيتيك، بوزن جزيئي 6400 (±1000). النواتج الثانوية الرئيسية هي كلوريد الصوديوم وجليكولات الصوديوم. ينتمي CMC إلى تعديل السليلوز الطبيعي. وقد أطلقت عليه منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (الفاو) ومنظمة الصحة العالمية (WHO) رسميًا اسم "السليلوز المعدّل".
المؤشرات الرئيسية لقياس جودة CMC هي درجة الاستبدال (DS) والنقاء. بشكل عام، تختلف خصائص CMC إذا كانت DS مختلفة؛ فكلما زادت درجة الاستبدال، زادت قابلية الذوبان، وتحسنت شفافية واستقرار المحلول. ووفقًا للتقارير، تكون شفافية CMC أفضل عندما تكون درجة الاستبدال 0.7-1.2، وتكون لزوجة محلولها المائي هي الأكبر عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 6-9. ولضمان جودتها، بالإضافة إلى اختيار عامل الأثيرة، يجب أيضًا مراعاة بعض العوامل التي تؤثر على درجة الاستبدال والنقاء، مثل العلاقة بين كمية القلوي وعامل الأثيرة، ووقت الأثيرة، ومحتوى الماء في النظام، ودرجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وتركيز المحلول والملح، إلخ.
الوضع الراهن
من أجل حل مشكلة نقص المواد الخام (القطن المكرر المصنوع من زغب القطن)، تعاونت بعض وحدات البحث العلمي في بلدي في السنوات الأخيرة مع الشركات للاستفادة الشاملة من قش الأرز والقطن المطحون (نفايات القطن) وبقايا تبن الفول لإنتاج CMC بنجاح. انخفضت تكلفة الإنتاج بشكل كبير، مما فتح مصدرًا جديدًا للمواد الخام للإنتاج الصناعي CMC وحقق الاستخدام الشامل للموارد. من ناحية، انخفضت تكلفة الإنتاج، ومن ناحية أخرى، يتطور CMC نحو دقة أعلى. يركز البحث والتطوير في CMC بشكل أساسي على تطوير تكنولوجيا الإنتاج الحالية وابتكار عملية التصنيع، بالإضافة إلى منتجات CMC جديدة ذات خصائص فريدة، مثل عملية "طريقة الملاط المذيب" [3] التي تم تطويرها بنجاح في الخارج وتستخدم على نطاق واسع. يتم إنتاج نوع جديد من CMC معدل ذو استقرار عالٍ. نظرًا لارتفاع درجة الاستبدال والتوزيع الأكثر اتساقًا للبدائل، يمكن استخدامه في مجموعة أوسع من مجالات الإنتاج الصناعي وبيئات الاستخدام المعقدة لتلبية متطلبات العمليات الأعلى. وعلى الصعيد الدولي، يُطلق على هذا النوع الجديد من CMC المعدل أيضًا اسم "السليلوز متعدد الأنيونات (PAC، السليلوز متعدد الأنيونات)".
أمان
تتمتع ADI بمستوى عالٍ من الأمان ولا تحتاج إلى لوائح، وقد تمت صياغة المعايير الوطنية [4].
طلب
يتميز هذا المنتج بوظائف الربط والتكثيف والتقوية والاستحلاب والاحتفاظ بالماء والتعليق.
استخدام CMC في الأغذية
وافقت منظمة الأغذية والزراعة ومنظمة الصحة العالمية على استخدام CMC النقي في الغذاء. وقد تمت الموافقة عليه بعد أبحاث واختبارات بيولوجية وسمية صارمة للغاية. يبلغ المدخول الآمن (ADI) للمعيار الدولي 25 ملغم/(كجم · يوم)، أي حوالي 1.5 جم/يوم للشخص الواحد. وقد أفيد أن بعض الأشخاص لم يصابوا بأي رد فعل سام عندما وصل المدخول إلى 10 كجم. لا يعد CMC مثبتًا ومكثفًا جيدًا للاستحلاب في تطبيقات الأغذية فحسب، بل يتمتع أيضًا بثبات ممتاز في التجميد والذوبان، ويمكنه تحسين نكهة المنتج وإطالة وقت التخزين. تبلغ الكمية المستخدمة في حليب الصويا والآيس كريم والآيس كريم والجيلي والمشروبات والعلب حوالي 1٪ إلى 1.5٪. يمكن أن يشكل CMC أيضًا مستحلبًا مستقرًا مع الخل وصلصة الصويا والزيت النباتي وعصير الفاكهة والمرق وعصير الخضار وما إلى ذلك، والجرعة هي 0.2٪ إلى 0.5٪. يتميز هذا المنتج، على وجه الخصوص، بأداء استحلاب ممتاز للزيوت الحيوانية والنباتية والبروتينات والمحاليل المائية، مما يُمكّنه من تكوين مستحلب متجانس ذي أداء مستقر. وبفضل سلامته وموثوقيته، لا تقتصر جرعاته على المعيار الوطني لنظافة الأغذية (ADI). وقد خضعت مادة CMC لتطوير مستمر في مجال الأغذية، كما أُجريت أبحاث حول استخدام كربوكسي ميثيل سلولوز الصوديوم في إنتاج النبيذ.
استخدام CMC في الطب
في صناعة الأدوية، يُمكن استخدامه كمُثبِّت مستحلب للحقن، ومادة رابطة، وعامل تشكيل غشاء للأقراص. وقد أثبت بعض الباحثين أن CMC مادة آمنة وموثوقة لنقل الأدوية المضادة للسرطان من خلال التجارب الأساسية والحيوانية. وباستخدام CMC كمادة غشائية، يُمكن استخدام الشكل الجرعي المُعَدَّل من مسحوق الطب الصيني التقليدي Yangyin Shengji، المعروف باسم غشاء Yangyin Shengji، في جروح عمليات التقشير الجلدي والجروح الرضحية. وقد أظهرت دراسات النماذج الحيوانية أن الغشاء يمنع عدوى الجروح ولا يُوجد فرق كبير بينه وبين ضمادات الشاش. ومن حيث التحكم في إفراز سوائل أنسجة الجرح والتئام الجروح بسرعة، فإن هذا الغشاء أفضل بكثير من ضمادات الشاش، وله تأثير في تقليل الوذمة وتهيج الجروح بعد الجراحة. يُعد تحضير الغشاء المصنوع من كحول البولي فينيل: كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم: بولي كاربوكسي إيثيلين بنسبة 3:6:1 هو أفضل وصفة طبية، حيث يُزيد من معدل الالتصاق والتحرر. تم تحسين التصاق المستحضر ومدة بقائه في تجويف الفم وفعالية الدواء في المستحضر بشكل كبير. يُعد البوبيفاكين مخدرًا موضعيًا قويًا، ولكنه قد يُسبب أحيانًا آثارًا جانبية خطيرة على القلب والأوعية الدموية عند التسمم. لذلك، على الرغم من استخدام البوبيفاكين على نطاق واسع سريريًا، إلا أن الأبحاث المتعلقة بالوقاية من تفاعلاته السامة وعلاجها حظيت دائمًا باهتمام أكبر. أظهرت الدراسات الدوائية أن CIVIC، كمادة ممتدة المفعول مُصممة بمحلول البوبيفاكين، يمكن أن تُقلل بشكل كبير من الآثار الجانبية للدواء. في جراحة PRK، يمكن أن يُخفف استخدام التتراكائين منخفض التركيز والأدوية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات مع CMC بشكل كبير من آلام ما بعد الجراحة. تُعد الوقاية من الالتصاقات البريتونية بعد الجراحة وتقليل الانسداد المعوي من أكثر القضايا إثارة للقلق في الجراحة السريرية. أظهرت الدراسات أن CMC أفضل بكثير من هيالورونات الصوديوم في تقليل درجة التصاقات الصفاق بعد الجراحة، ويمكن استخدامه كطريقة فعالة لمنع حدوث التصاقات الصفاق. يُستخدم CMC في قسطرة الشرايين الكبدية للأدوية المضادة للسرطان لعلاج سرطان الكبد، مما يمكن أن يطيل بشكل كبير مدة بقاء الأدوية المضادة للسرطان في الأورام، ويعزز قوة مكافحة الأورام، ويحسن التأثير العلاجي. في طب الحيوان، يتمتع CMC أيضًا بمجموعة واسعة من الاستخدامات. وقد أُفيد [5] أن حقن محلول CMC 1٪ داخل الصفاق للنعاج له تأثير كبير في منع عسر الولادة والالتصاقات البطنية بعد جراحة الجهاز التناسلي في الماشية.
CMC في التطبيقات الصناعية الأخرى
في المنظفات، يمكن استخدام CMC كعامل مضاد لإعادة ترسب الأوساخ، وخاصة بالنسبة للأقمشة المصنوعة من الألياف الاصطناعية الكارهة للماء، وهو أفضل بكثير من ألياف الكربوكسي ميثيل.
يمكن استخدام CMC لحماية آبار النفط كمثبت للطين وعامل احتباس للماء في حفر النفط. تبلغ الجرعة لكل بئر نفط 2.3 طن للآبار الضحلة و5.6 طن للآبار العميقة.
في صناعة النسيج، يتم استخدامه كعامل تحجيم، ومكثف لمعجون الطباعة والصباغة، وطباعة المنسوجات والتشطيب المقسى. عند استخدامه كعامل تحجيم، يمكن أن يحسن الذوبان واللزوجة، ويسهل إزالة الحجم؛ كعامل تقوية، تكون جرعته أعلى من 95٪؛ عند استخدامه كعامل تحجيم، يتم تحسين قوة ومرونة فيلم الحجم بشكل كبير؛ مع فيبروين الحرير المتجدد يتم استخدام الغشاء المركب المكون من كربوكسي ميثيل السليلوز كمصفوفة لتثبيت أوكسيديز الجلوكوز، ويتم تثبيت أوكسيديز الجلوكوز وكربوكسيلات الفيروسين، ويكون مستشعر الجلوكوز الحيوي المصنوع أكثر حساسية واستقرارًا. أظهرت الدراسات أنه عندما يتم تحضير متجانس هلام السيليكا بمحلول CMC بتركيز حوالي 1٪ (وزن / حجم)، فإن الأداء الكروماتوغرافي للوحة الطبقة الرقيقة المحضرة هو الأفضل. في الوقت نفسه، تتميز اللوحة الرقيقة المطلية في ظروف مثالية بقوة طبقة مناسبة، مما يجعلها مناسبة لمختلف تقنيات أخذ العينات، وسهلة التشغيل. تتميز مادة CMC بقدرتها على الالتصاق بمعظم الألياف، مما يُحسّن الترابط بينها. كما يضمن ثبات لزوجتها تجانس المقاس، مما يُحسّن كفاءة النسيج. كما يُمكن استخدامها كعامل تشطيب للمنسوجات، وخاصةً للتشطيب الدائم المقاوم للتجاعيد، مما يُضفي على الأقمشة مظهرًا مُعاصرًا.
يُستخدم CMC كعامل مضاد للترسيب، ومستحلب، ومشتت، ومُسوِّي، ولاصق للطلاءات. فهو يُوزِّع المادة الصلبة للطلاء بالتساوي في المذيب، مما يمنع انفصال الطلاء لفترة طويلة. كما يُستخدم على نطاق واسع في الدهانات.
عند استخدام CMC كمُخَلِّط، يكون أكثر فعالية من غلوكونات الصوديوم في إزالة أيونات الكالسيوم. وعند استخدامه كمبادل كاتيوني، تصل قدرته التبادلية إلى 1.6 مل/غ.
يتم استخدام CMC كعامل تحديد حجم الورق في صناعة الورق، والذي يمكن أن يحسن بشكل كبير القوة الجافة والقوة الرطبة للورق، فضلاً عن مقاومة الزيت وامتصاص الحبر ومقاومة الماء.
يستخدم CMC كمحلول مائي في مستحضرات التجميل وكمكثف في معجون الأسنان، وتبلغ جرعته حوالي 5%.
يمكن استخدام CMC كمواد متخثرة، وعامل مخلب، ومستحلب، ومكثف، وعامل احتجاز للماء، وعامل تحجيم، ومواد تشكيل الفيلم، وما إلى ذلك، ويستخدم أيضًا على نطاق واسع في الإلكترونيات، والمبيدات الحشرية، والجلود، والبلاستيك، والطباعة، والسيراميك، ومعجون الأسنان، والمواد الكيميائية اليومية وغيرها من المجالات، ونظرًا لأدائه الممتاز ومجموعة واسعة من الاستخدامات، فإنه يفتح باستمرار مجالات تطبيق جديدة، وآفاق السوق واسعة للغاية.
احتياطات
(1) يمنع استخدام هذا المنتج مع الأحماض القوية والقلويات القوية وأيونات المعادن الثقيلة (مثل الألومنيوم والزنك والزئبق والفضة والحديد وما إلى ذلك).
(2) الكمية المسموح بها من هذا المنتج هي 0-25 ملجم/كجم·يوم.
تعليمات
اخلط CMC مباشرة مع الماء لصنع غراء عجينة للاستخدام لاحقًا. عند تكوين غراء CMC، أضف أولاً كمية معينة من الماء النظيف إلى خزان الدفعة باستخدام جهاز التحريك، وعندما يتم تشغيل جهاز التحريك، قم برش CMC ببطء وبشكل متساوٍ في خزان الدفعة مع التحريك المستمر، بحيث يمكن لـ CMC أن يذوب تمامًا عند دمجه بالكامل مع الماء. عند إذابة CMC، فإن السبب في أنه يجب رشه وتحريكه بالتساوي باستمرار هو "منع مشاكل التكتل والتكتل وتقليل كمية CMC المذابة عند لقاء CMC بالماء"، وزيادة معدل إذابة CMC. وقت التحريك ليس هو نفسه وقت إذابة CMC تمامًا. إنهما مفهومان. بشكل عام، يكون وقت التحريك أقصر بكثير من وقت إذابة CMC تمامًا. يعتمد الوقت المطلوب لكليهما على الموقف المحدد.
الأساس لتحديد وقت التحريك هو: عندماسي إم سيعندما يتم توزيع CMC بشكل موحد في الماء ولا توجد كتل كبيرة واضحة، يمكن إيقاف التحريك، مما يسمح لـ CMC والماء بالتغلغل والاندماج مع بعضهما البعض في حالة ثابتة.
الأساس لتحديد الوقت اللازم لذوبان CMC بالكامل هو كما يلي:
(1) يرتبط CMC والماء بشكل كامل، ولا يوجد فصل صلب وسائل بين الاثنين؛
(2) العجينة المختلطة تكون في حالة موحدة، والسطح مسطح وناعم؛
(3) لون العجينة المختلطة شبه شفاف، ولا تحتوي على حبيبات. من لحظة وضع CMC في خزان الخلط وخلطه بالماء حتى ذوبان CMC تمامًا، يكون الوقت المطلوب ما بين 10 و20 ساعة.
وقت النشر: ٢٦ أبريل ٢٠٢٤