Natriumcarboxymethylcellulose (auch bekannt als: Natriumcarboxymethylcellulose, Carboxymethylcellulose,CMC, Carboxymethylcellulose, Natrium, Natriumsalz der Carboxymethylcellulose) ist die am weitesten verbreitete und in den größten Mengen verwendete Zelluloseart der Welt.
CMC-Na, kurz gesagt, ist ein Cellulosederivat mit einem Glucosepolymerisationsgrad von 100-2000 und einer relativen Molekülmasse von 242,16. Weißes faseriges oder körniges Pulver. Geruchlos, geschmacklos, hygroskopisch, unlöslich in organischen Lösungsmitteln.
Grundlegende Eigenschaften
1. Molekularstruktur von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC)
Es wurde erstmals 1918 in Deutschland hergestellt, 1921 patentiert und weltweit eingeführt. In Europa wurde es seitdem kommerziell produziert. Damals war es nur das Rohprodukt, das als Kolloid und Bindemittel verwendet wurde. Von 1936 bis 1941 wurde die industrielle Anwendungsforschung von Natriumcarboxymethylcellulose sehr rege betrieben und es wurden mehrere inspirierende Patente erteilt. Während des Zweiten Weltkriegs verwendete Deutschland Natriumcarboxymethylcellulose in synthetischen Waschmitteln. Hercules stellte 1943 in den USA erstmals Natriumcarboxymethylcellulose her und produzierte 1946 raffinierte Natriumcarboxymethylcellulose, die als sicherer Lebensmittelzusatzstoff anerkannt wurde. In meinem Land wurde es in den 1970er Jahren eingeführt und in den 1990er Jahren fand es breite Anwendung. Heute ist es die am weitesten verbreitete und in den größten Mengen vorkommende Cellulose der Welt.
Strukturformel: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Molekularformel: C8H11O7Na
Dieses Produkt ist das Natriumsalz von Cellulosecarboxymethylether, einer anionischen Faser
2. Aussehen von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC)
Dieses Produkt ist das Natriumsalz von Cellulosecarboxymethylether, ein anionischer Celluloseether, ein weißes oder milchig weißes faseriges Pulver oder Granulat, Dichte 0,5–0,7 g/cm3, nahezu geruchlos, geschmacklos, hygroskopisch. Es lässt sich leicht in Wasser dispergieren und bildet eine transparente kolloidale Lösung und ist in organischen Lösungsmitteln wie Ethanol unlöslich [1]. Der pH-Wert einer 1%igen Wasserlösung beträgt 6,5–8,5. Wenn der pH-Wert > 10 oder < 5 ist, nimmt die Viskosität des Schleims deutlich ab und die Leistung ist bei einem pH-Wert von 7 am besten. Hitzebeständig, die Viskosität steigt unter 20 °C schnell an und ändert sich bei 45 °C langsam. Langfristiges Erhitzen über 80 °C kann das Kolloid denaturieren und die Viskosität und Leistung deutlich reduzieren. Es ist leicht in Wasser löslich und die Lösung ist transparent; Es ist in alkalischen Lösungen sehr stabil, wird jedoch bei Kontakt mit Säure leicht hydrolysiert und fällt bei einem pH-Wert von 2–3 aus. Außerdem reagiert es mit mehrwertigen Metallsalzen.
Der Hauptzweck
Es wird als Verdickungsmittel in der Lebensmittelindustrie, als Arzneimittelträger in der Pharmaindustrie und als Bindemittel und Anti-Reablagerungsmittel in der chemischen Industrie eingesetzt. In der Druck- und Färbeindustrie wird es als Schutzkolloid für Leimungsmittel und Druckpasten verwendet. In der petrochemischen Industrie kann es als Bestandteil von Fracking-Flüssigkeiten zur Ölgewinnung eingesetzt werden. [2]
Unvereinbarkeit
Natriumcarboxymethylcellulose ist nicht kompatibel mit starken Säurelösungen, löslichen Eisensalzen und einigen anderen Metallen wie Aluminium, Quecksilber und Zink. Bei einem pH-Wert unter 2 und beim Mischen mit 95%igem Ethanol kommt es zur Ausfällung.
Natriumcarboxymethylcellulose kann mit Gelatine und Pektin Coagglomerate bilden und kann auch Komplexe mit Kollagen bilden, die bestimmte positiv geladene Proteine ausfällen können.
Handwerk
CMC ist üblicherweise eine anionische Polymerverbindung, die durch die Reaktion natürlicher Cellulose mit Ätzalkali und Monochloressigsäure hergestellt wird und ein Molekulargewicht von 6400 (±1000) aufweist. Die wichtigsten Nebenprodukte sind Natriumchlorid und Natriumglykolat. CMC gehört zur natürlichen Cellulosemodifizierung. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) bezeichnen sie offiziell als „modifizierte Cellulose“.
Die wichtigsten Indikatoren zur Messung der CMC-Qualität sind der Substitutionsgrad (DS) und die Reinheit. Im Allgemeinen ändern sich die Eigenschaften von CMC mit unterschiedlichem DS: Je höher der Substitutionsgrad, desto besser die Löslichkeit und desto transparenter und stabiler die Lösung. Berichten zufolge ist die Transparenz von CMC bei einem Substitutionsgrad von 0,7–1,2 besser, und die Viskosität der wässrigen Lösung ist bei einem pH-Wert von 6–9 am höchsten. Um die Qualität zu gewährleisten, müssen neben der Wahl des Veretherungsmittels auch einige Faktoren berücksichtigt werden, die den Substitutionsgrad und die Reinheit beeinflussen, wie z. B. das Verhältnis zwischen Alkali- und Veretherungsmittelmenge, die Veretherungszeit, der Wassergehalt im System, die Temperatur, der pH-Wert, die Lösungskonzentration und der Salzgehalt usw.
Status Quo
Um den Rohstoffmangel (veredelte Baumwolle aus Baumwoll-Linters) zu beheben, haben in den letzten Jahren einige wissenschaftliche Forschungseinrichtungen in China mit Unternehmen zusammengearbeitet, um Reisstroh, gemahlene Baumwolle (Baumwollreste) und Tofu-Rückstände erfolgreich zur Herstellung von CMC zu nutzen. Die Produktionskosten wurden deutlich gesenkt, was eine neue Rohstoffquelle für die industrielle CMC-Produktion erschließt und eine umfassende Ressourcennutzung ermöglicht. Einerseits werden die Produktionskosten gesenkt, andererseits wird CMC in Richtung höherer Präzision entwickelt. Die Forschung und Entwicklung im Bereich CMC konzentriert sich hauptsächlich auf die Transformation bestehender Produktionstechnologien und die Innovation von Herstellungsprozessen sowie auf die Entwicklung neuer CMC-Produkte mit einzigartigen Eigenschaften, wie beispielsweise das im Ausland erfolgreich entwickelte und weit verbreitete „Lösungsmittel-Slurry-Verfahren“ [3]. Es entsteht ein neuartiges, modifiziertes CMC mit hoher Stabilität. Dank des höheren Substitutionsgrads und der gleichmäßigeren Verteilung der Substituenten kann es in einem breiteren Spektrum industrieller Produktionsbereiche und komplexer Umgebungen eingesetzt werden und erfüllt so höhere Prozessanforderungen. International wird diese neue Art modifizierter CMC auch als „polyanionische Cellulose (PAC, Poly anionic Cellulose)“ bezeichnet.
Sicherheit
Hohe Sicherheit, ADI benötigt keine Vorschriften und es wurden nationale Standards formuliert [4] .
Anwendung
Dieses Produkt hat die Funktionen des Bindens, Verdickens, Verstärkens, Emulgierens, Wasserspeicherns und Suspendierens.
Anwendung von CMC in Lebensmitteln
FAO und WHO haben die Verwendung von reinem CMC in Lebensmitteln zugelassen. Die Zulassung erfolgte nach sehr strengen biologischen und toxikologischen Untersuchungen und Tests. Die sichere Aufnahme (ADI) des internationalen Standards liegt bei 25 mg/(kg·d), das sind etwa 1,5 g/d pro Person. Es wurde berichtet, dass einige Personen bei einer Aufnahme von 10 kg keine toxischen Reaktionen zeigten. CMC ist nicht nur ein guter Emulsionsstabilisator und Verdickungsmittel in Lebensmitteln, sondern verfügt auch über eine ausgezeichnete Gefrier- und Schmelzstabilität und kann den Geschmack des Produkts verbessern und die Lagerzeit verlängern. Die verwendete Menge in Sojamilch, Eiscreme, Eisgelee, Getränken und Dosen beträgt etwa 1 % bis 1,5 %. CMC kann auch eine stabile emulgierte Dispersion mit Essig, Sojasauce, Pflanzenöl, Fruchtsaft, Bratensoße, Gemüsesaft usw. bilden und die Dosierung beträgt 0,2 % bis 0,5 %. Es zeichnet sich insbesondere durch eine hervorragende Emulgierleistung für tierische und pflanzliche Öle, Proteine und wässrige Lösungen aus und ermöglicht die Bildung einer homogenen Emulsion mit stabiler Leistung. Aufgrund seiner Sicherheit und Zuverlässigkeit unterliegt seine Dosierung nicht den nationalen ADI-Standards für Lebensmittelhygiene. CMC wird im Lebensmittelbereich kontinuierlich weiterentwickelt, und auch die Anwendung von Natriumcarboxymethylcellulose in der Weinproduktion wird erforscht.
Die Verwendung von CMC in der Medizin
In der Pharmaindustrie kann es als Emulsionsstabilisator für Injektionen, Bindemittel und Filmbildner für Tabletten verwendet werden. Grundlagenforschung und Tierversuche haben gezeigt, dass CMC ein sicherer und zuverlässiger Träger für Krebsmedikamente ist. Mit CMC als Membranmaterial kann die Yangyin Shengji-Membran, eine modifizierte Darreichungsform des Yangyin Shengji-Pulvers der traditionellen chinesischen Medizin, für Wunden nach Dermabrasionsoperationen und traumatischen Wunden verwendet werden. Tierstudien haben gezeigt, dass der Film Wundinfektionen vorbeugt und sich nicht signifikant von Mullverbänden unterscheidet. Hinsichtlich der Kontrolle der Exsudation von Wundflüssigkeit und der schnellen Wundheilung ist dieser Film Mullverbänden deutlich überlegen und reduziert postoperative Ödeme und Wundreizungen. Das Filmpräparat aus Polyvinylalkohol: Natriumcarboxymethylcellulose: Polycarboxyethylen im Verhältnis 3:6:1 ist die beste Rezeptur und verbessert sowohl die Haftung als auch die Freisetzungsrate. Die Haftung des Präparats, seine Verweilzeit in der Mundhöhle und die Wirksamkeit des darin enthaltenen Arzneimittels werden deutlich verbessert. Bupivacain ist ein starkes Lokalanästhetikum, kann jedoch bei Vergiftung mitunter schwere kardiovaskuläre Nebenwirkungen hervorrufen. Daher wird Bupivacain zwar häufig klinisch eingesetzt, die Forschung zur Prävention und Behandlung seiner toxischen Reaktionen hat jedoch stets größere Aufmerksamkeit erhalten. Pharmakologische Studien haben gezeigt, dass CIVIC als Retardpräparat in Kombination mit Bupivacain-Lösung die Nebenwirkungen des Arzneimittels deutlich reduzieren kann. In der PRK-Chirurgie kann die Kombination von niedrig konzentriertem Tetracain und nichtsteroidalen Antirheumatika mit CMC postoperative Schmerzen deutlich lindern. Die Prävention postoperativer Peritonealverwachsungen und die Verringerung von Darmverschlüssen gehören zu den wichtigsten Themen der klinischen Chirurgie. Studien haben gezeigt, dass CMC den Grad postoperativer Peritonealverwachsungen deutlich besser reduziert als Natriumhyaluronat und als wirksame Methode zur Vorbeugung von Peritonealverwachsungen eingesetzt werden kann. CMC wird bei der kathetergestützten Leberarterieninfusion von Krebsmedikamenten zur Behandlung von Leberkrebs eingesetzt. Dies kann die Verweildauer von Krebsmedikamenten in Tumoren deutlich verlängern, die Antitumorwirkung verstärken und die therapeutische Wirkung verbessern. Auch in der Tiermedizin findet CMC vielfältige Anwendung. Es wurde berichtet [5], dass die intraperitoneale Instillation einer 1%igen CMC-Lösung bei Schafen einen signifikanten Einfluss auf die Vorbeugung von Dystokie und abdominalen Adhäsionen nach Operationen im Genitaltrakt bei Nutztieren hat.
CMC in anderen industriellen Anwendungen
In Waschmitteln kann CMC als Mittel gegen Schmutzwiederablagerung verwendet werden, insbesondere für hydrophobe synthetische Fasergewebe, was eine deutlich bessere Wirkung als Carboxymethylfasern hat.
CMC kann zum Schutz von Ölquellen als Schlammstabilisator und Wasserrückhaltemittel bei Ölbohrungen verwendet werden. Die Dosierung für jede Ölquelle beträgt 2,3 t für flache Quellen und 5,6 t für tiefe Quellen.
In der Textilindustrie wird es als Schlichtemittel, Verdickungsmittel für Druck- und Färbepasten, im Textildruck und zur Versteifung von Veredelungen verwendet. Als Schlichtemittel verbessert es Löslichkeit und Viskosität und lässt sich leicht entschlichten. Als Versteifungsmittel liegt seine Dosierung über 95 %. Als Schlichtemittel werden Festigkeit und Flexibilität des Schlichtefilms deutlich verbessert. Die aus regeneriertem Seidenfibroin bestehende Kompositmembran aus Carboxymethylcellulose wird als Matrix zur Immobilisierung von Glucoseoxidase verwendet. Durch die Immobilisierung von Glucoseoxidase und Ferrocencarboxylat weist der hergestellte Glucose-Biosensor eine höhere Empfindlichkeit und Stabilität auf. Studien haben gezeigt, dass die chromatographische Leistung der hergestellten Dünnschichtplatte am besten ist, wenn das Kieselgelhomogenat mit einer CMC-Lösung mit einer Konzentration von etwa 1 % (w/v) hergestellt wird. Gleichzeitig weist die unter optimierten Bedingungen beschichtete Dünnschichtplatte eine angemessene Schichtstärke auf, ist für verschiedene Probenahmetechniken geeignet und einfach zu handhaben. CMC haftet an den meisten Fasern und kann die Bindung zwischen den Fasern verbessern. Die stabile Viskosität gewährleistet eine gleichmäßige Schlichte und verbessert so die Webeffizienz. Es kann auch als Appreturmittel für Textilien eingesetzt werden, insbesondere zur dauerhaften Anti-Falten-Ausrüstung, die Textilien dauerhaft verändert.
CMC kann als Antisedimentationsmittel, Emulgator, Dispergiermittel, Verlaufsmittel und Klebstoff für Beschichtungen verwendet werden. Es sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Feststoffgehalts der Beschichtung im Lösungsmittel, sodass diese sich über längere Zeit nicht ablöst. Es wird auch häufig in Farben und Lacken verwendet.
Wird CMC als Flockungsmittel verwendet, entfernt es Calciumionen wirksamer als Natriumgluconat. Als Kationenaustauscher kann seine Austauschkapazität bis zu 1,6 ml/g betragen.
CMC wird in der Papierindustrie als Papierleimungsmittel verwendet und kann die Trocken- und Nassfestigkeit von Papier sowie die Ölbeständigkeit, Tintenaufnahme und Wasserbeständigkeit deutlich verbessern.
CMC wird als Hydrosol in Kosmetika und als Verdickungsmittel in Zahnpasta verwendet und seine Dosierung beträgt etwa 5 %.
CMC kann als Flockungsmittel, Chelatbildner, Emulgator, Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Leimungsmittel, filmbildendes Material usw. verwendet werden und wird auch häufig in der Elektronik, bei Pestiziden, in der Leder- und Kunststoffindustrie, im Druckwesen, in der Keramik, in Zahnpasta, in Chemikalien des täglichen Bedarfs und in anderen Bereichen eingesetzt. Aufgrund seiner hervorragenden Leistung und seines breiten Anwendungsspektrums erschließen sich ständig neue Anwendungsfelder, und die Marktaussichten sind äußerst breit.
Vorsichtsmaßnahmen
(1) Die Verträglichkeit dieses Produkts mit starken Säuren, starken Laugen und Schwermetallionen (wie Aluminium, Zink, Quecksilber, Silber, Eisen usw.) ist kontraindiziert.
(2) Die zulässige Aufnahme dieses Produkts beträgt 0-25 mg/kg·d.
Anweisungen
Mischen Sie CMC direkt mit Wasser, um einen pastösen Kleber für die spätere Verwendung herzustellen. Geben Sie beim Anmischen des CMC-Klebers zunächst eine bestimmte Menge sauberes Wasser in den Ansatzbehälter mit Rührwerk. Schalten Sie das Rührwerk ein, streuen Sie CMC langsam und gleichmäßig unter ständigem Rühren in den Ansatzbehälter, damit es sich vollständig mit dem Wasser vermischt und auflöst. Das gleichmäßige Streuen und ständige Rühren beim Auflösen von CMC dient dazu, „Verklumpungen und Agglomerationen vorzubeugen, die Menge des beim Kontakt mit Wasser aufgelösten CMC zu verringern“ und die Auflösungsrate von CMC zu erhöhen. Die Rührzeit ist nicht identisch mit der Zeit, die CMC zum vollständigen Auflösen benötigt. Es gibt zwei verschiedene Konzepte. Im Allgemeinen ist die Rührzeit viel kürzer als die Zeit, die CMC zum vollständigen Auflösen benötigt. Die dafür benötigte Zeit hängt von der jeweiligen Situation ab.
Grundlage für die Ermittlung der Rührzeit ist: Wenn dieCMCist gleichmäßig im Wasser verteilt und es sind keine offensichtlichen großen Klumpen vorhanden. Das Rühren kann gestoppt werden, sodass CMC und Wasser in einem stehenden Zustand eindringen und miteinander verschmelzen können.
Die Grundlage für die Bestimmung der Zeit, die CMC benötigt, um sich vollständig aufzulösen, ist wie folgt:
(1) CMC und Wasser sind vollständig gebunden, und es gibt keine Fest-Flüssig-Trennung zwischen den beiden;
(2) Die gemischte Paste ist in einem einheitlichen Zustand und die Oberfläche ist flach und glatt;
(3) Die Farbe der gemischten Paste ist nahezu farblos und transparent, und die Paste enthält keine körnigen Objekte. Von dem Zeitpunkt, an dem CMC in den Dosierbehälter gegeben und mit Wasser gemischt wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem CMC vollständig aufgelöst ist, beträgt die erforderliche Zeit zwischen 10 und 20 Stunden.
Veröffentlichungszeit: 26. April 2024