카르복시메틸셀룰로오스나트륨(카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 카르복시메틸셀룰로오스라고도 함)씨엠씨, 카르복시메틸, 셀룰로오스 나트륨, 카르복시메틸 셀룰로오스의 나트륨염)은 오늘날 세계에서 가장 널리 사용되고 가장 많이 사용되는 셀룰로오스 종류입니다.
CMC-Na는 포도당 중합도가 100~2000이고 상대 분자량이 242.16인 셀룰로스 유도체입니다. 백색 섬유상 또는 과립상 분말입니다. 무취, 무미이며 흡습성이고 유기 용매에 녹지 않습니다.
기본 속성
1. 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC)의 분자구조
1918년 독일에서 처음 생산되었고, 1921년 특허를 받아 세상에 나왔습니다. 이후 유럽에서 상업적 생산이 이루어졌습니다. 당시에는 콜로이드와 결합제로 사용되는 조제품뿐이었습니다. 1936년부터 1941년까지 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨의 산업적 응용 연구가 매우 활발했고, 여러 가지 고무적인 특허가 발명되었습니다. 제2차 세계 대전 중 독일은 합성 세제에 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨을 사용했습니다. 헤라클레스는 1943년 미국에서 처음으로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨을 만들었고, 1946년에는 정제된 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨을 생산했는데, 이는 안전한 식품 첨가물로 인정받았습니다. 우리나라는 1970년대에 이를 채택하기 시작했고, 1990년대에 널리 사용되었습니다. 현재 세계에서 가장 널리 사용되고 가장 많은 양의 셀룰로오스입니다.
구조식: C6H7O2(OH)2OCH2COONa 분자식: C8H11O7Na
본 제품은 음이온성 섬유인 셀룰로오스 카르복시메틸 에테르의 나트륨염입니다.
2. 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC)의 외관
본 제품은 셀룰로스 카르복시메틸 에테르의 나트륨염, 음이온성 셀룰로스 에테르, 흰색 또는 유백색 섬유질 분말 또는 과립, 밀도 0.5-0.7 g/cm3, 거의 무취, 무미, 흡습성입니다. 물에 쉽게 분산되어 투명한 콜로이드 용액을 형성하고 에탄올과 같은 유기 용매에는 녹지 않습니다[1]. 1% 수용액의 pH는 6.5-8.5이며, pH>10 또는 <5일 때 점액질의 점도가 크게 감소하고 pH=7일 때 성능이 가장 좋습니다. 열에 안정적이며 점도는 20°C 이하에서 빠르게 상승하고 45°C에서 느리게 변화합니다. 80°C 이상에서 장기간 가열하면 콜로이드가 변성되어 점도와 성능이 크게 감소할 수 있습니다. 물에 쉽게 용해되고 용액은 투명합니다. 알칼리성 용액에서는 매우 안정하나, 산에 닿으면 쉽게 가수분해되며, pH값이 2~3일 때 침전이 생기고, 다가 금속염과도 반응한다.
주요 목적
식품 산업에서는 증점제로, 제약 산업에서는 약물 운반체로, 그리고 일상 화학 산업에서는 결합제 및 재침착 방지제로 사용됩니다. 인쇄 및 염색 산업에서는 사이징제 및 인쇄 페이스트의 보호 콜로이드로 사용됩니다. 석유화학 산업에서는 원유 회수 파쇄액의 성분으로 사용될 수 있습니다. [2]
비호환성
카르복시메틸셀룰로오스나트륨은 강산 용액, 가용성 철염, 그리고 알루미늄, 수은, 아연과 같은 다른 금속과 혼합하면 안 됩니다. pH가 2 미만이고 95% 에탄올과 혼합하면 침전이 발생합니다.
카르복시메틸셀룰로오스 나트륨은 젤라틴 및 펙틴과 공동 응집체를 형성할 수 있으며, 콜라겐과 복합체를 형성하여 특정 양전하 단백질을 침전시킬 수도 있습니다.
선박
CMC는 일반적으로 천연 셀룰로스를 가성 알칼리 및 모노클로로아세트산과 반응시켜 제조한 음이온성 고분자 화합물로, 분자량은 6400(±1000)입니다. 주요 부산물은 염화나트륨과 글리콜산나트륨입니다. CMC는 천연 셀룰로스 개질에 속합니다. 유엔 식량농업기구(FAO)와 세계보건기구(WHO)는 공식적으로 이를 "변성 셀룰로스"라고 부릅니다.
CMC의 품질을 측정하는 주요 지표는 치환도(DS)와 순도입니다. 일반적으로 DS가 다르면 CMC의 특성이 달라집니다. 치환도가 높을수록 용해도가 강해지고 용액의 투명성과 안정성이 더 좋습니다. 보고서에 따르면 CMC의 투명도는 치환도가 0.7~1.2일 때 더 좋고, 수용액의 점도는 pH 값이 6~9일 때 가장 높습니다. 품질을 보장하기 위해서는 에테르화제의 선택 외에도 알칼리와 에테르화제의 양, 에테르화 시간, 시스템 내 수분 함량, 온도, pH 값, 용액 농도 및 염 등과 같은 치환도와 순도에 영향을 미치는 몇 가지 요소도 고려해야 합니다.
현상 유지
최근 몇 년 동안, 우리나라의 일부 과학 연구 단위는 원료(면 린터로 만든 정제 면) 부족 문제를 해결하기 위해 기업과 협력하여 벼짚, 분쇄 면(폐면), 두부찌꺼기를 종합적으로 활용하여 CMC를 성공적으로 생산했습니다. 생산 비용이 크게 절감되어 CMC 산업 생산을 위한 새로운 원료 공급원이 생겨 자원의 종합적인 활용이 실현되었습니다. 한편으로는 생산 비용이 절감되고 다른 한편으로는 CMC가 더욱 정밀해지는 방향으로 발전하고 있습니다. CMC 연구 개발은 기존 생산 기술의 전환과 제조 공정 혁신, 그리고 해외에서 성공적으로 개발되어 널리 사용되고 있는 "용매 슬러리법"[3]과 같은 고유한 특성을 가진 새로운 CMC 제품에 중점을 두고 있습니다. 안정성이 높은 새로운 유형의 개질된 CMC가 생산되었습니다. 치환도가 높고 치환기의 분포가 균일하기 때문에 더 광범위한 산업 생산 분야와 복잡한 사용 환경에서 사용되어 더 높은 공정 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 국제적으로 이 새로운 유형의 변형된 CMC는 "폴리 음이온 셀룰로스(PAC, Poly anionic cellular)"라고도 불립니다.
안전
높은 보안성으로 인해 ADI는 규제가 필요 없으며 국가 표준이 제정되었습니다[4].
애플리케이션
본 제품은 결합, 증점, 강화, 유화, 보수 및 현탁의 기능을 가지고 있습니다.
식품에서의 CMC의 응용
FAO와 WHO는 식품에서 순수 CMC 사용을 승인했습니다. 매우 엄격한 생물학적 및 독성학적 연구와 테스트를 거쳐 승인되었습니다. 국제 표준의 안전 섭취량(ADI)은 25mg/(kg·d)으로, 사람당 약 1.5g/d입니다. 섭취량이 10kg에 도달했을 때 일부 사람들에게는 독성 반응이 나타나지 않았다고 보고되었습니다. CMC는 식품 응용 분야에서 좋은 유화 안정제 및 증점제일 뿐만 아니라 우수한 동결 및 용융 안정성을 가지고 있어 제품의 풍미를 개선하고 보관 시간을 연장할 수 있습니다. 두유, 아이스크림, 젤리, 음료 및 캔에 사용되는 양은 약 1%~1.5%입니다. CMC는 식초, 간장, 식물성 기름, 과일 주스, 그레이비, 야채 주스 등과 함께 안정적인 유화 분산을 형성할 수도 있으며 복용량은 0.2%~0.5%입니다. 특히 동식물성 유지, 단백질 및 수용액에 대한 유화 성능이 우수하여 균질하고 안정적인 성능을 가진 에멀젼을 형성합니다. 안전성과 신뢰성이 우수하여 국가 식품위생기준(ADI)의 제한을 받지 않습니다. CMC는 식품 분야에서 지속적으로 개발되어 왔으며, 와인 생산에 카르복시메틸셀룰로오스나트륨을 적용하는 연구도 진행되어 왔습니다.
의학에서의 CMC 활용
제약 산업에서는 주사제용 유화 안정제, 결합제, 정제용 필름 형성제로 사용할 수 있습니다. 일부 연구에서는 기초 및 동물 실험을 통해 CMC가 안전하고 신뢰할 수 있는 항암제 운반체임을 입증했습니다. CMC를 막 재료로 사용하는 한약 양음생지 분말의 변형 제형인 양음생지막은 박피술 수술 상처 및 외상성 상처에 사용할 수 있습니다. 동물 모델 연구에서 이 필름은 상처 감염을 예방하고 거즈 드레싱과 유의미한 차이가 없음을 보여주었습니다. 상처 조직액 삼출물 조절 및 빠른 상처 치유 측면에서 이 필름은 거즈 드레싱보다 훨씬 우수하며, 수술 후 부종과 상처 자극을 줄이는 효과가 있습니다. 폴리비닐알코올:카르복시메틸셀룰로오스나트륨:폴리카르복시에틸렌을 3:6:1 비율로 혼합한 필름 제제가 가장 효과적인 처방이며, 접착력과 방출 속도가 모두 향상되었습니다. 제제의 점착력, 구강 내 체류 시간, 그리고 제제 내 약물의 효능이 모두 크게 향상되었습니다. 부피바카인은 강력한 국소 마취제이지만, 중독 시 심각한 심혈관 부작용을 유발할 수 있습니다. 따라서 부피바카인은 임상적으로 널리 사용되고 있지만, 그 독성 반응의 예방 및 치료에 대한 연구는 항상 더 많은 관심을 받아 왔습니다. 약리학 연구에 따르면 부피바카인 용액으로 제형화된 서방형 제제인 CIVIC은 약물의 부작용을 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. PRK 수술에서 저농도 테트라카인과 비스테로이드성 항염증제를 CMC와 병용하면 수술 후 통증을 크게 완화할 수 있습니다. 수술 후 복막 유착 예방 및 장폐색 감소는 임상 수술에서 가장 중요한 문제 중 하나입니다. 연구에 따르면 CMC는 수술 후 복막 유착 정도를 줄이는 데 있어 히알루론산나트륨보다 훨씬 효과적이며, 복막 유착 발생을 예방하는 효과적인 방법으로 사용될 수 있습니다. CMC는 간암 치료를 위한 항암제의 카테터 간동맥 주입에 사용되며, 이는 종양 내 항암제의 체류 시간을 현저히 연장시키고, 항암력을 증강시키며, 치료 효과를 향상시킬 수 있습니다. 동물 의학에서도 CMC는 광범위한 용도로 사용됩니다. 가축의 생식기 수술 후 암양에게 1% CMC 용액을 복강 내 주입하면 난산 및 복부 유착을 예방하는 데 유의미한 효과가 있는 것으로 보고되었습니다[5].
다른 산업 분야의 CMC
세제에서 CMC는 특히 소수성 합성 섬유 직물에 대한 재오염 방지제로 사용할 수 있으며, 이는 카르복시메틸 섬유보다 훨씬 뛰어납니다.
CMC는 유정 보호용 진흙 안정제 및 석유 시추 시 보수제로 사용할 수 있습니다. 유정당 주입량은 얕은 유정의 경우 2.3톤, 깊은 유정의 경우 5.6톤입니다.
섬유 산업에서는 사이징제, 날염 페이스트용 증점제, 섬유 날염 및 경화 마무리로 사용됩니다.사이징제로 사용하면 용해도와 점도를 개선하고 발호가 용이합니다.강화제로 사용하면 투여량이 95% 이상입니다.사이징제로 사용하면 사이징 필름의 강도와 유연성이 크게 향상됩니다.재생 실크 피브로인과 함께 카르복시메틸 셀룰로오스로 구성된 복합막을 글루코스 산화효소를 고정화하는 매트릭스로 사용하여 글루코스 산화효소와 페로센 카르복실레이트를 고정화하고 제조된 글루코스 바이오센서의 감도와 안정성이 더 높습니다.연구에 따르면 약 1%(w/v) 농도의 CMC 용액으로 실리카겔 균질물을 제조할 때 제조된 박층판의 크로마토그래피 성능이 가장 우수한 것으로 나타났습니다.동시에 최적화된 조건에서 코팅된 박층판은 적절한 층 강도를 가지며 다양한 샘플링 기술에 적합하고 조작이 쉽습니다. CMC는 대부분의 섬유에 접착력이 있어 섬유 간의 결합력을 향상시킵니다. 점도가 안정적이어서 사이징의 균일성을 보장하여 제직 효율을 향상시킵니다. 또한 섬유의 마감재, 특히 영구적인 주름 방지 마감재로 사용되어 직물의 내구성을 향상시킵니다.
CMC는 코팅의 침강 방지제, 유화제, 분산제, 레벨링제 및 접착제로 사용될 수 있습니다. 코팅의 고형분을 용제에 고르게 분산시켜 코팅이 장시간 박리되지 않도록 합니다. 또한 페인트에도 널리 사용됩니다.
CMC를 응집제로 사용하면 글루콘산나트륨보다 칼슘 이온 제거 효과가 더 좋습니다. 양이온 교환제로 사용하면 교환 용량이 1.6 ml/g에 달할 수 있습니다.
CMC는 제지 산업에서 종이 사이징제로 사용되는데, 종이의 건조 강도와 습윤 강도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내유성, 잉크 흡수성, 내수성도 향상시킬 수 있습니다.
CMC는 화장품의 하이드로졸과 치약의 증점제로 사용되며, 그 함량은 약 5%입니다.
CMC는 응집제, 킬레이트제, 유화제, 증점제, 보수제, 사이징제, 필름 형성제 등으로 사용될 수 있으며, 전자, 살충제, 가죽, 플라스틱, 인쇄, 세라믹, 치약, 일용화학품 등의 분야에도 널리 사용되고 있습니다. 또한, 성능이 우수하고 용도가 다양하기 때문에 끊임없이 새로운 응용 분야를 개척하고 있으며, 시장 전망도 매우 넓습니다.
지침
(1) 본 제품은 강산, 강알칼리 및 중금속이온(알루미늄, 아연, 수은, 은, 철 등)과의 적합성이 없습니다.
(2) 본 제품의 허용섭취량은 0~25mg/kg·d입니다.
지침
CMC를 물과 직접 섞어 나중에 사용할 수 있는 페이스트 형태의 접착제를 만듭니다.CMC 접착제를 구성할 때는 먼저 교반 장치가 있는 배치 탱크에 일정량의 깨끗한 물을 넣고 교반 장치가 켜지면 CMC를 배치 탱크에 천천히 고르게 뿌리면서 계속 교반합니다.이렇게 하면 CMC가 물과 완전히 통합되어 CMC가 완전히 용해될 수 있습니다.CMC를 용해할 때 고르게 뿌리고 계속 교반해야 하는 이유는 "응집, 응집 문제를 방지하고 CMC가 물과 만났을 때 용해되는 CMC의 양을 줄이며" CMC의 용해 속도를 높이기 위해서입니다.교반 시간은 CMC가 완전히 용해되는 시간과 동일하지 않습니다.이 둘은 두 가지 개념입니다.일반적으로 교반 시간은 CMC가 완전히 용해되는 시간보다 훨씬 짧습니다.두 가지에 필요한 시간은 특정 상황에 따라 다릅니다.
교반시간을 결정하는 기준은 다음과 같습니다.씨엠씨물에 균일하게 분산되어 있고 눈에 띄는 큰 덩어리가 없으면 교반을 멈추고 CMC와 물이 서로 침투하여 정지상태에서 융합합니다.
CMC가 완전히 용해되는 데 걸리는 시간을 결정하는 기준은 다음과 같습니다.
(1) CMC와 물은 완전히 결합되어 있으며, 두 물질 사이에 고액 분리가 발생하지 않습니다.
(2) 혼합된 페이스트는 균일한 상태이며 표면은 평활하고 매끈하다.
(3) 혼합된 페이스트의 색상은 무색투명에 가깝고, 페이스트 내에 입자상 물질이 존재하지 않습니다. CMC를 배칭 탱크에 넣고 물과 혼합한 후부터 CMC가 완전히 용해될 때까지 필요한 시간은 10~20시간입니다.
게시 시간: 2024년 4월 26일