ميثيل السليلوز (MC) وكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) مشتقان شائعان من السليلوز، ويُستخدمان على نطاق واسع في الأغذية والأدوية والبناء والصناعات الكيميائية وغيرها. على الرغم من أنهما مُعدّلان كيميائيًا من السليلوز الطبيعي، إلا أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية والكيميائية وتطبيقاتهما.
1. التركيب الكيميائي وعملية التحضير
يُنتَج ميثيل السليلوز بتفاعل السليلوز مع كلوريد الميثيل (أو الميثانول) في ظروف قلوية. خلال هذه العملية، تُستبدل بعض مجموعات الهيدروكسيل (-OH) في جزيئات السليلوز بمجموعات ميثوكسي (-OCH₃) لتكوين ميثيل السليلوز. تُحدد درجة الاستبدال (DS، أي عدد البدائل لكل وحدة جلوكوز) لميثيل السليلوز خصائصه الفيزيائية والكيميائية، مثل الذوبان واللزوجة.
يُنتَج كربوكسي ميثيل السليلوز بتفاعل السليلوز مع حمض الكلورو أسيتيك في ظروف قلوية، حيث تُستبدل مجموعة الهيدروكسيل بكربوكسي ميثيل (-CH₂COOH). تؤثر درجة الاستبدال ودرجة البلمرة (DP) لـ CMC على ذوبانيته ولزوجته في الماء. يوجد CMC عادةً على شكل ملح صوديوم، يُسمى كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (NaCMC).
2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الذوبانية: يذوب ميثيل السليلوز في الماء البارد، لكنه يفقد ذوبانيته ويشكل هلامًا في الماء الساخن. تتيح هذه القابلية للانعكاس الحراري استخدامه كمكثف وعامل تجلط في تصنيع الأغذية. يذوب CMC في الماء البارد والساخن، لكن لزوجة محلوله تنخفض بارتفاع درجة الحرارة.
اللزوجة: تتأثر لزوجة كليهما بدرجة الاستبدال وتركيز المحلول. تزداد لزوجة MC ثم تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما تنخفض لزوجة CMC مع ارتفاع درجة الحرارة. وهذا يمنحهما مزايا خاصة في مختلف التطبيقات الصناعية.
ثبات الرقم الهيدروجيني: يبقى CMC مستقرًا على نطاق واسع من درجات الرقم الهيدروجيني، وخاصةً في الظروف القلوية، مما يجعله شائع الاستخدام كمثبِّت ومكثِّف في الأغذية والأدوية. يُعدّ MC مستقرًا نسبيًا في الظروف المتعادلة والقلوية قليلاً، ولكنه يتحلل في الأحماض أو القلويات القوية.
3. مجالات التطبيق
صناعة الأغذية: يُستخدم ميثيل السليلوز بشكل شائع في الأغذية كمُكثِّف ومستحلب ومُثبِّت. على سبيل المثال، يُمكنه محاكاة طعم وملمس الدهون عند إنتاج أطعمة قليلة الدسم. ويُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز على نطاق واسع في المشروبات والمخبوزات ومنتجات الألبان كمُكثِّف ومُثبِّت لمنع فصل الماء وتحسين المذاق.
صناعة الأدوية: يُستخدم ميثيل السليلوز في تحضير الأقراص الصيدلانية كمادة رابطة ومفككة، وكذلك كمُزلق وواقي، كما هو الحال في قطرات العين كبديل للدموع. يُستخدم CMC على نطاق واسع في الطب نظرًا لتوافقه الحيوي الجيد، كما هو الحال في تحضير الأدوية طويلة المفعول والمواد اللاصقة في قطرات العين.
صناعة البناء والكيميائيات: يُستخدم MC على نطاق واسع في مواد البناء كمكثف، وعامل احتجاز للماء، ومادة لاصقة للأسمنت والجبس. ويُحسّن أداء البناء وجودة أسطح المواد. ويُستخدم CMC غالبًا في معالجة الطين في حقول النفط، وفي طباعة وصباغة المنسوجات، وفي طلاء أسطح الورق، وغيرها.
4. السلامة وحماية البيئة
يُعتبر كلاهما آمنًا للاستخدام في التطبيقات الغذائية والصيدلانية، إلا أن مصادرهما وعمليات إنتاجهما قد تختلف في تأثيرها على البيئة. تُشتق المواد الخام لـ MC وCMC من السليلوز الطبيعي، وهي قابلة للتحلل الحيوي، مما يجعلها صديقة للبيئة. ومع ذلك، قد تتضمن عملية إنتاجهما مذيبات وكواشف كيميائية، مما قد يكون له بعض التأثير على البيئة.
5. السعر والطلب في السوق
نظراً لاختلاف عمليات الإنتاج، عادةً ما تكون تكلفة إنتاج ميثيل السليلوز أعلى، وبالتالي يكون سعره السوقي أعلى أيضاً من سعر كربوكسي ميثيل السليلوز. ويحظى CMC عموماً بطلب سوقي أكبر نظراً لتوسع نطاق استخدامه وانخفاض تكاليف إنتاجه.
على الرغم من أن ميثيل السليلوز وكربوكسي ميثيل السليلوز مشتقان من السليلوز، إلا أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في التركيب والخصائص والتطبيقات والطلب في السوق. يُستخدم ميثيل السليلوز بشكل رئيسي في مجالات الأغذية والأدوية ومواد البناء نظرًا لقابليته الفريدة للانعكاس الحراري والتحكم العالي في اللزوجة. أما كربوكسي ميثيل السليلوز، فقد استُخدم على نطاق واسع في صناعات الأغذية والأدوية والبتروكيماويات والمنسوجات وغيرها، نظرًا لذوبانيته الممتازة وقدرته على تعديل اللزوجة وقدرته الواسعة على التكيف مع درجة الحموضة. ويعتمد اختيار مشتق السليلوز على ظروف الاستخدام والاحتياجات المحددة.
وقت النشر: ٢٠ أغسطس ٢٠٢٤