Carboxyméthylcellulose sodique (également connue sous le nom de : carboxyméthylcellulose sodique, carboxyméthylcellulose,CMC, Carboxyméthyl, Cellulose Sodium, sel de sodium de Carboxyméthylcellulose) est le type de cellulose le plus largement utilisé et le plus utilisé dans le monde aujourd'hui.
La CMC-Na, en abrégé, est un dérivé de la cellulose dont le degré de polymérisation du glucose est compris entre 100 et 2000 et la masse moléculaire relative est de 242,16. Poudre blanche fibreuse ou granulaire. Inodore, insipide, hygroscopique et insoluble dans les solvants organiques.
Propriétés de base
1. Structure moléculaire de la carboxyméthylcellulose sodique (CMC)
Produite pour la première fois en Allemagne en 1918, elle a été brevetée en 1921 et commercialisée mondialement. Depuis, la production commerciale a été réalisée en Europe. À l'époque, elle n'était qu'un produit brut, utilisé comme colloïde et liant. De 1936 à 1941, la recherche sur les applications industrielles de la carboxyméthylcellulose sodique a été très active et plusieurs brevets inspirants ont été déposés. Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'Allemagne a utilisé la carboxyméthylcellulose sodique dans des détergents synthétiques. Hercules a fabriqué de la carboxyméthylcellulose sodique pour la première fois aux États-Unis en 1943, puis a produit de la carboxyméthylcellulose sodique raffinée en 1946, reconnue comme un additif alimentaire sûr. Mon pays a commencé à l'adopter dans les années 1970 et son utilisation a été largement répandue dans les années 1990. C'est aujourd'hui la cellulose la plus utilisée et la plus abondante au monde.
Formule développée : C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Formule moléculaire : C8H11O7Na
Ce produit est le sel de sodium de l'éther carboxyméthylique de cellulose, une fibre anionique
2. Aspect de la carboxyméthylcellulose sodique (CMC)
Ce produit est le sel de sodium de l'éther carboxyméthylique de cellulose, un éther de cellulose anionique, sous forme de poudre ou de granulés fibreux blancs ou blanc laiteux, d'une densité de 0,5 à 0,7 g/cm³, pratiquement inodore, insipide et hygroscopique. Il se disperse facilement dans l'eau pour former une solution colloïdale transparente et est insoluble dans les solvants organiques tels que l'éthanol [1]. Le pH d'une solution aqueuse à 1 % est compris entre 6,5 et 8,5. Lorsque le pH est supérieur à 10 ou inférieur à 5, la viscosité du mucilage diminue significativement et les performances sont optimales lorsque le pH est égal à 7. Stable à la chaleur, la viscosité augmente rapidement en dessous de 20 °C et évolue lentement à 45 °C. Un chauffage prolongé au-dessus de 80 °C peut dénaturer le colloïde et réduire significativement sa viscosité et ses performances. Il est facilement soluble dans l'eau et la solution est transparente. il est très stable en solution alcaline, mais il s'hydrolyse facilement lorsqu'il rencontre un acide, et il précipitera lorsque la valeur du pH est de 2-3, et il réagira également avec les sels métalliques polyvalents.
Le but principal
Il est utilisé comme épaississant dans l'industrie agroalimentaire, comme excipient de médicaments dans l'industrie pharmaceutique et comme liant et agent anti-redéposition dans l'industrie chimique courante. Dans l'industrie de l'impression et de la teinture, il est utilisé comme colloïde protecteur pour les agents d'encollage et les pâtes d'impression. Dans l'industrie pétrochimique, il peut être utilisé comme composant des fluides de fracturation pour la récupération du pétrole. [2]
Incompatibilité
La carboxyméthylcellulose sodique est incompatible avec les solutions acides fortes, les sels de fer solubles et certains autres métaux tels que l'aluminium, le mercure et le zinc. Lorsque le pH est inférieur à 2 et mélangé à 95 % d'éthanol, une précipitation se produit.
La carboxyméthylcellulose sodique peut former des co-agglomérats avec la gélatine et la pectine, et peut également former des complexes avec le collagène, qui peuvent précipiter certaines protéines chargées positivement.
artisanat
La CMC est généralement un polymère anionique préparé par réaction de cellulose naturelle avec un alcali caustique et de l'acide monochloroacétique. Son poids moléculaire est de 6 400 (± 1 000). Les principaux sous-produits sont le chlorure de sodium et le glycolate de sodium. La CMC appartient à la catégorie des celluloses naturelles modifiées. L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) et l'Organisation mondiale de la santé (OMS) l'ont officiellement appelée « cellulose modifiée ».
Les principaux indicateurs de la qualité de la CMC sont le degré de substitution (DS) et la pureté. En général, les propriétés de la CMC diffèrent selon le DS ; plus le degré de substitution est élevé, plus la solubilité est forte, et meilleures sont la transparence et la stabilité de la solution. Selon certaines études, la transparence de la CMC est meilleure lorsque le degré de substitution est compris entre 0,7 et 1,2, et la viscosité de sa solution aqueuse est maximale lorsque le pH est compris entre 6 et 9. Pour garantir sa qualité, outre le choix de l'agent d'éthérification, certains facteurs influant sur le degré de substitution et la pureté doivent également être pris en compte, tels que la relation entre la quantité d'alcali et l'agent d'éthérification, la durée d'éthérification, la teneur en eau du système, la température, le pH, la concentration de la solution et sa salinité, etc.
statu quo
Afin de remédier à la pénurie de matières premières (coton raffiné issu de linters de coton), des unités de recherche scientifique chinoises ont collaboré ces dernières années avec des entreprises pour valoriser la paille de riz, le coton moulu (déchets de coton) et les drêches de tofu afin de produire du CMC. Le coût de production est considérablement réduit, ce qui ouvre de nouvelles sources de matières premières pour la production industrielle de CMC et permet une utilisation optimale des ressources. D'une part, ce coût de production est réduit et, d'autre part, le CMC évolue vers une plus grande précision. La recherche et développement sur le CMC se concentre principalement sur la transformation des technologies de production existantes et l'innovation des procédés de fabrication, ainsi que sur de nouveaux produits CMC aux propriétés uniques, comme le procédé « solvant-slurry » [3], développé avec succès à l'étranger et largement utilisé. Un nouveau type de CMC modifié, très stable, est ainsi produit. Grâce à son degré de substitution plus élevé et à sa répartition plus uniforme des substituants, il peut être utilisé dans un plus large éventail de domaines de production industrielle et d'environnements d'utilisation complexes, afin de répondre à des exigences de processus plus élevées. Au niveau international, ce nouveau type de CMC modifiée est également appelé « cellulose polyanionique (PAC, Poly anionic cellulose) ».
sécurité
De haute sécurité, l'ADI n'a pas besoin de réglementation et des normes nationales ont été formulées [4] .
application
Ce produit a pour fonctions de lier, d'épaissir, de renforcer, d'émulsifier, de retenir l'eau et de suspendre.
Application de la CMC dans l'alimentation
La FAO et l'OMS ont approuvé l'utilisation de CMC pure dans les aliments. Cette approbation a été obtenue après des recherches et des tests biologiques et toxicologiques très rigoureux. La dose journalière admissible (DJA) selon la norme internationale est de 25 mg/(kg·j), soit environ 1,5 g/j par personne. Il a été signalé que certaines personnes n'ont présenté aucune réaction toxique après une consommation de 10 kg. La CMC est non seulement un bon stabilisant et épaississant d'émulsification dans les applications alimentaires, mais elle présente également une excellente stabilité à la congélation et à la fonte, et peut améliorer le goût du produit et prolonger sa durée de conservation. La quantité utilisée dans le lait de soja, la crème glacée, la gelée, les boissons et les canettes est d'environ 1 % à 1,5 %. La CMC peut également former une dispersion émulsifiée stable avec du vinaigre, de la sauce soja, de l'huile végétale, des jus de fruits, des sauces, des jus de légumes, etc., à un dosage de 0,2 % à 0,5 %. Il présente notamment d'excellentes propriétés émulsifiantes pour les huiles animales et végétales, les protéines et les solutions aqueuses, lui permettant de former une émulsion homogène et stable. Grâce à sa sécurité et sa fiabilité, son dosage n'est pas limité par la norme nationale d'hygiène alimentaire ADI. La CMC a été continuellement développée dans le secteur alimentaire, et des recherches sur l'application de la carboxyméthylcellulose sodique à la production de vin ont également été menées.
L'utilisation de la CMC en médecine
Dans l'industrie pharmaceutique, il peut être utilisé comme stabilisateur d'émulsion pour les injections, comme liant et comme agent filmogène pour les comprimés. Des expériences fondamentales et animales ont démontré que le CMC est un vecteur de médicament anticancéreux sûr et fiable. Utilisant le CMC comme matériau membranaire, la forme galénique modifiée de la poudre de Yangyin Shengji, un médicament traditionnel chinois, la membrane Yangyin Shengji, peut être utilisée pour le traitement des plaies de dermabrasion et des plaies traumatiques. Des études sur des modèles animaux ont montré que le film prévient l'infection des plaies et ne présente aucune différence significative par rapport aux pansements de gaze. En termes de contrôle de l'exsudation des tissus de la plaie et de cicatrisation rapide, ce film est nettement supérieur aux pansements de gaze et a pour effet de réduire l'œdème postopératoire et l'irritation de la plaie. Le film composé d'alcool polyvinylique, de carboxyméthylcellulose sodique et de polycarboxyéthylène (ratio 3:6:1) est le meilleur choix, avec une adhérence et une libération accrues. L'adhérence de la préparation, son temps de séjour dans la cavité buccale et l'efficacité du médicament sont tous significativement améliorés. La bupivacaïne est un anesthésique local puissant, mais elle peut parfois entraîner de graves effets secondaires cardiovasculaires en cas d'intoxication. Par conséquent, bien que la bupivacaïne soit largement utilisée en clinique, la recherche sur la prévention et le traitement de ses réactions toxiques a toujours fait l'objet d'une attention accrue. Des études pharmacologiques ont montré que le CIVIC, une substance à libération prolongée formulée avec une solution de bupivacaïne, peut réduire significativement les effets secondaires du médicament. En chirurgie PRK, l'utilisation de tétracaïne à faible concentration et d'anti-inflammatoires non stéroïdiens associés à la CMC peut soulager significativement la douleur postopératoire. La prévention des adhérences péritonéales postopératoires et la réduction de l'occlusion intestinale sont des préoccupations majeures en chirurgie clinique. Des études ont montré que la CMC est nettement plus efficace que l'hyaluronate de sodium pour réduire le degré des adhérences péritonéales postopératoires et peut être utilisée comme méthode efficace pour prévenir leur apparition. Le CMC est utilisé dans la perfusion artérielle hépatique par cathéter de médicaments anticancéreux pour le traitement du cancer du foie. Il permet de prolonger significativement le temps de séjour des médicaments anticancéreux dans les tumeurs, d'améliorer leur pouvoir antitumoral et leur effet thérapeutique. En médecine vétérinaire, le CMC a également de nombreuses applications. Il a été rapporté [5] que l'instillation intrapéritonéale d'une solution de CMC à 1 % chez les brebis a un effet significatif sur la prévention des dystocies et des adhérences abdominales après une chirurgie de l'appareil reproducteur chez le bétail.
CMC dans d'autres applications industrielles
Dans les détergents, le CMC peut être utilisé comme agent anti-redépôt de saleté, en particulier pour les tissus en fibres synthétiques hydrophobes, ce qui est nettement meilleur que la fibre carboxyméthylique.
Le CMC peut être utilisé pour protéger les puits de pétrole comme stabilisateur de boue et agent de rétention d'eau lors du forage pétrolier. La dose par puits est de 2,3 t pour les puits peu profonds et de 5,6 t pour les puits profonds.
Dans l'industrie textile, il est utilisé comme agent d'encollage, épaississant pour pâtes d'impression et de teinture, pour l'impression textile et pour la finition de raidissement. Utilisé comme agent d'encollage, il peut améliorer la solubilité et la viscosité, et est facile à désencoller ; comme agent de raidissement, son dosage est supérieur à 95 % ; utilisé comme agent d'encollage, la résistance et la flexibilité du film d'encollage sont considérablement améliorées ; avec de la fibroïne de soie régénérée, la membrane composite composée de carboxyméthylcellulose est utilisée comme matrice pour l'immobilisation de la glucose oxydase. La glucose oxydase et le carboxylate de ferrocène sont immobilisés, ce qui permet au biocapteur de glucose obtenu d'obtenir une sensibilité et une stabilité supérieures. Des études ont montré que lorsque l'homogénat de gel de silice est préparé avec une solution de CMC à une concentration d'environ 1 % (p/v), les performances chromatographiques de la plaque en couche mince préparée sont optimales. De plus, la plaque en couche mince revêtue dans des conditions optimales présente une résistance de couche appropriée, adaptée à diverses techniques d'échantillonnage et facile à utiliser. Le CMC adhère à la plupart des fibres et améliore la liaison entre elles. La stabilité de sa viscosité assure l'uniformité de l'encollage, améliorant ainsi l'efficacité du tissage. Il peut également être utilisé comme agent de finition pour les textiles, notamment pour un fini anti-froissage permanent, apportant des changements durables aux tissus.
Le CMC peut être utilisé comme agent anti-sédimentation, émulsifiant, dispersant, agent d'étalement et adhésif pour les revêtements. Il permet une répartition uniforme de la matière solide du revêtement dans le solvant, évitant ainsi le décollement du revêtement pendant longtemps. Il est également largement utilisé dans les peintures.
Utilisé comme floculant, le CMC est plus efficace que le gluconate de sodium pour éliminer les ions calcium. Utilisé comme agent d'échange cationique, sa capacité d'échange peut atteindre 1,6 ml/g.
Le CMC est utilisé comme agent de collage du papier dans l'industrie papetière, ce qui peut améliorer considérablement la résistance à sec et la résistance à l'humidité du papier, ainsi que la résistance à l'huile, l'absorption d'encre et la résistance à l'eau.
Le CMC est utilisé comme hydrolat en cosmétique et comme épaississant dans les dentifrices, et son dosage est d'environ 5%.
Le CMC peut être utilisé comme floculant, agent chélatant, émulsifiant, épaississant, agent de rétention d'eau, agent d'encollage, matériau filmogène, etc., et est également largement utilisé dans l'électronique, les pesticides, le cuir, les plastiques, l'impression, la céramique, le dentifrice, les produits chimiques quotidiens et d'autres domaines, et en raison de ses excellentes performances et de sa large gamme d'utilisations, il ouvre constamment de nouveaux domaines d'application, et les perspectives du marché sont extrêmement larges.
Précautions
(1) La compatibilité de ce produit avec les acides forts, les alcalis forts et les ions de métaux lourds (tels que l'aluminium, le zinc, le mercure, l'argent, le fer, etc.) est contre-indiquée.
(2) L'apport autorisé de ce produit est de 0 à 25 mg/kg·j.
Instructions
Mélangez la CMC directement avec de l'eau pour obtenir une colle pâteuse utilisable ultérieurement. Pour la préparation de la colle CMC, ajoutez d'abord une certaine quantité d'eau propre dans le réservoir de mélange à l'aide d'un agitateur. Lorsque l'agitateur est en marche, saupoudrez lentement et uniformément la CMC dans le réservoir en remuant continuellement, afin qu'elle puisse se dissoudre complètement. Lors de la dissolution de la CMC, il est important de la saupoudrer uniformément et de la remuer continuellement afin d'éviter les problèmes d'agglomération et de réduire la quantité de CMC dissoute au contact de l'eau, ainsi que d'augmenter sa vitesse de dissolution. Le temps d'agitation est différent du temps de dissolution complète de la CMC. Il s'agit de deux concepts. En général, le temps d'agitation est beaucoup plus court que le temps de dissolution complète de la CMC. Le temps nécessaire pour les deux dépend de la situation.
La base pour déterminer le temps d'agitation est la suivante : lorsque leCMCest uniformément dispersé dans l'eau et il n'y a pas de gros grumeaux évidents, l'agitation peut être arrêtée, permettant au CMC et à l'eau de pénétrer et de fusionner l'un avec l'autre dans un état stationnaire.
La base pour déterminer le temps nécessaire à la dissolution complète du CMC est la suivante :
(1) Le CMC et l’eau sont complètement liés et il n’y a pas de séparation solide-liquide entre les deux ;
(2) La pâte mélangée est dans un état uniforme et la surface est plate et lisse ;
(3) La pâte mélangée est presque incolore et transparente, et ne contient aucun granulat. Le temps nécessaire entre le moment où la CMC est placée dans le réservoir de dosage et mélangée à l'eau jusqu'à sa dissolution complète est compris entre 10 et 20 heures.
Date de publication : 26 avril 2024