Carboxymethylcellulose (CMC) is een functioneel additief dat veel wordt gebruikt in diverse industrieën, zoals de voedingsmiddelen-, farmaceutische, papier-, textiel- en mijnbouwindustrie. Het is afgeleid van natuurlijke cellulose, die veel voorkomt in planten en andere biologische materialen. CMC is een in water oplosbaar polymeer met unieke eigenschappen, waaronder viscositeit, hydratatie en hechting.
CMC-kenmerken
CMC is een cellulosederivaat dat chemisch gemodificeerd is door carboxymethylgroepen in de structuur te introduceren. Deze modificatie verbetert de oplosbaarheid en hydrofiliteit van cellulose, waardoor de functionaliteit verbetert. De eigenschappen van een CMC zijn afhankelijk van de substitutiegraad (DS) en het molecuulgewicht (MW). DS wordt gedefinieerd als het gemiddelde aantal carboxymethylgroepen per glucose-eenheid in de celluloseruggengraat, terwijl MW de grootte en verdeling van de polymeerketens weerspiegelt.
Een van de belangrijkste eigenschappen van CMC is de oplosbaarheid in water. CMC lost gemakkelijk op in water en vormt een viskeuze oplossing met pseudoplastische eigenschappen. Dit reologische gedrag is het gevolg van intermoleculaire interacties tussen CMC-moleculen, wat resulteert in een afname van de viscositeit onder schuifspanning. De pseudoplastische aard van CMC-oplossingen maakt ze geschikt voor diverse toepassingen, zoals verdikkingsmiddelen, stabilisatoren en suspendeermiddelen.
Een andere belangrijke eigenschap van CMC is het filmvormende vermogen. CMC-oplossingen kunnen worden gegoten tot films met uitstekende mechanische eigenschappen, transparantie en flexibiliteit. Deze films kunnen worden gebruikt als coatings, laminaten en verpakkingsmaterialen.
Bovendien heeft CMC goede hechtings- en hechtingseigenschappen. Het vormt een sterke verbinding met verschillende oppervlakken, waaronder hout, metaal, kunststof en textiel. Deze eigenschap heeft geleid tot de toepassing van CMC bij de productie van coatings, lijmen en inkten.
CMC-viscositeit
De viscositeit van CMC-oplossingen hangt af van verschillende factoren, zoals concentratie, DS, MW, temperatuur en pH. Over het algemeen vertonen CMC-oplossingen een hogere viscositeit bij hogere concentraties, DS en MW. De viscositeit neemt ook toe bij dalende temperatuur en pH.
De viscositeit van CMC-oplossingen wordt bepaald door de interactie tussen de polymeerketens en de oplosmiddelmoleculen in de oplossing. CMC-moleculen interageren met watermoleculen via waterstofbruggen en vormen zo een hydratatieschil rond de polymeerketens. Deze hydratatieschil vermindert de mobiliteit van de polymeerketens en verhoogt zo de viscositeit van de oplossing.
Het reologische gedrag van CMC-oplossingen wordt gekenmerkt door stromingscurven, die de relatie beschrijven tussen de schuifspanning en de schuifsnelheid van de oplossing. CMC-oplossingen vertonen niet-Newtoniaans stromingsgedrag, wat betekent dat hun viscositeit verandert met de schuifsnelheid. Bij lage schuifsnelheden is de viscositeit van CMC-oplossingen hoger, terwijl deze bij hoge schuifsnelheden afneemt. Dit afschuifverdunnende gedrag wordt veroorzaakt doordat polymeerketens zich onder schuifspanning uitlijnen en uitrekken, wat resulteert in verminderde intermoleculaire krachten tussen de ketens en een afname van de viscositeit.
Toepassing van CMC
CMC wordt veel gebruikt in verschillende sectoren vanwege zijn unieke eigenschappen en reologisch gedrag. In de voedingsmiddelenindustrie wordt CMC gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator, emulgator en textuurverbeteraar. Het wordt toegevoegd aan voedingsmiddelen zoals ijs, dranken, sauzen en gebak om de textuur, consistentie en houdbaarheid te verbeteren. CMC voorkomt ook de vorming van ijskristallen in diepvriesproducten, wat resulteert in een glad, romig product.
In de farmaceutische industrie wordt CMC gebruikt als bindmiddel, desintegratiemiddel en middel voor gecontroleerde afgifte in tabletformuleringen. Het verbetert de samendrukbaarheid en vloeibaarheid van het poeder en zorgt voor de uniformiteit en stabiliteit van de tabletten. Vanwege zijn mucoadhesieve en bioadhesieve eigenschappen wordt CMC ook gebruikt als hulpstof in oogheelkundige, nasale en orale formuleringen.
In de papierindustrie wordt CMC gebruikt als additief voor natte einden, als bindmiddel voor coatings en als lijmmiddel voor persen. Het verbetert de pulpretentie en -drainage, verhoogt de sterkte en dichtheid van het papier en zorgt voor een glad en glanzend oppervlak. CMC fungeert ook als een water- en oliebarrière, waardoor inkt en andere vloeistoffen niet in het papier kunnen dringen.
In de textielindustrie wordt CMC gebruikt als lijmmiddel, drukverdikkingsmiddel en verfhulpmiddel. Het verbetert de vezelhechting, verbetert de kleurpenetratie en -fixatie en vermindert wrijving en kreukels. CMC geeft de stof ook zachtheid en stijfheid, afhankelijk van de DS en MW van het polymeer.
In de mijnbouw wordt CMC gebruikt als vlokmiddel, remmer en reologiemodificator bij de verwerking van mineralen. Het verbetert de bezinking en filtratie van vaste stoffen, minimaliseert de afscheiding van steenkoolgruis en reguleert de viscositeit en stabiliteit van de suspensie. CMC vermindert ook de milieu-impact van het mijnbouwproces door het gebruik van giftige chemicaliën en water te minimaliseren.
tot slot
CMC is een veelzijdig en waardevol additief met unieke eigenschappen en viscositeit dankzij de chemische structuur en de interactie met water. De oplosbaarheid, filmvormende eigenschappen, bindings- en hechtingseigenschappen maken het geschikt voor diverse toepassingen in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, papier-, textiel- en mijnbouwsector. De viscositeit van CMC-oplossingen kan worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals concentratie, DS, MW, temperatuur en pH, en kan worden gekenmerkt door het pseudoplastische en afschuifverdunnende gedrag. CMC heeft een positieve invloed op de kwaliteit, efficiëntie en duurzaamheid van producten en processen, waardoor het een essentieel onderdeel is van de moderne industrie.
Plaatsingstijd: 25-09-2023