Methylcellulose (MC) và carboxymethylcellulose (CMC) là hai dẫn xuất cellulose phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, y học, xây dựng, công nghiệp hóa chất và các lĩnh vực khác. Mặc dù chúng đều được biến đổi về mặt hóa học từ cellulose tự nhiên nhưng có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc hóa học, tính chất vật lý và hóa học cũng như ứng dụng.
1. Cấu trúc hóa học và quy trình điều chế
Methylcellulose được sản xuất bằng cách cho xenlulo phản ứng với metyl clorua (hoặc metanol) trong điều kiện kiềm. Trong quá trình này, một phần nhóm hydroxyl (-OH) trong phân tử cellulose được thay thế bằng nhóm methoxy (-OCH₃) để tạo thành methylcellulose. Mức độ thay thế (DS, số lượng nhóm thế trên một đơn vị glucose) của methylcellulose xác định các tính chất vật lý và hóa học của nó, chẳng hạn như độ hòa tan và độ nhớt.
Carboxymethylcellulose được tạo ra bằng cách phản ứng giữa cellulose với axit chloroacetic trong điều kiện kiềm và nhóm hydroxyl được thay thế bằng carboxymethyl (-CH₂COOH). Mức độ thay thế và mức độ trùng hợp (DP) của CMC ảnh hưởng đến độ hòa tan và độ nhớt của nó trong nước. CMC thường tồn tại ở dạng muối natri, gọi là natri carboxymethylcellulose (NaCMC).
2. Tính chất vật lý và hóa học
Độ hòa tan: Methylcellulose hòa tan trong nước lạnh, nhưng mất độ hòa tan và tạo thành gel trong nước nóng. Khả năng đảo ngược nhiệt này cho phép nó được sử dụng làm chất làm đặc và tạo gel trong chế biến thực phẩm. CMC hòa tan trong cả nước lạnh và nước nóng, nhưng độ nhớt của dung dịch giảm khi nhiệt độ tăng.
Độ nhớt: Độ nhớt của cả hai đều bị ảnh hưởng bởi mức độ thay thế và nồng độ dung dịch. Độ nhớt của MC đầu tiên tăng và sau đó giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi độ nhớt của CMC giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này mang lại cho họ những lợi thế riêng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Độ ổn định pH: CMC duy trì ổn định trong phạm vi pH rộng, đặc biệt là trong điều kiện kiềm, điều này khiến nó trở nên rất phổ biến như chất ổn định và chất làm đặc trong thực phẩm và dược phẩm. MC tương đối ổn định trong điều kiện trung tính và hơi kiềm, nhưng sẽ bị phân hủy trong axit hoặc kiềm mạnh.
3. Lĩnh vực ứng dụng
Công nghiệp thực phẩm: Methylcellulose được sử dụng phổ biến trong thực phẩm như chất làm đặc, chất nhũ hóa và chất ổn định. Ví dụ, nó có thể bắt chước mùi vị và kết cấu của chất béo khi sản xuất thực phẩm ít chất béo. Carboxymethylcellulose được sử dụng rộng rãi trong đồ uống, đồ nướng và các sản phẩm từ sữa như chất làm đặc và chất ổn định để ngăn chặn sự tách nước và cải thiện hương vị.
Công nghiệp dược phẩm: Methylcellulose được sử dụng trong điều chế viên dược phẩm như một chất kết dính và chất phân hủy, đồng thời cũng là chất bôi trơn và chất bảo vệ, chẳng hạn như trong thuốc nhỏ mắt dùng để thay thế nước mắt. CMC được sử dụng rộng rãi trong y học do khả năng tương thích sinh học tốt, chẳng hạn như điều chế thuốc giải phóng kéo dài và chất kết dính trong thuốc nhỏ mắt.
Công nghiệp xây dựng và hóa chất: MC được sử dụng rộng rãi trong vật liệu xây dựng như chất làm đặc, chất giữ nước và chất kết dính cho xi măng, thạch cao. Nó có thể cải thiện hiệu suất xây dựng và chất lượng bề mặt của vật liệu. CMC thường được sử dụng trong xử lý bùn trong khai thác mỏ dầu, bùn trong in và nhuộm dệt, phủ bề mặt giấy, v.v.
4. An toàn và bảo vệ môi trường
Cả hai đều được coi là an toàn để sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm và dược phẩm, nhưng nguồn và quy trình sản xuất của chúng có thể có những tác động khác nhau đến môi trường. Nguyên liệu thô của MC và CMC có nguồn gốc từ cellulose tự nhiên và có khả năng phân hủy sinh học nên rất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, quá trình sản xuất chúng có thể liên quan đến dung môi và thuốc thử hóa học, có thể gây ra một số tác động đến môi trường.
5. Giá cả và nhu cầu thị trường
Do quy trình sản xuất khác nhau nên giá thành sản xuất methylcellulose thường cao hơn nên giá thị trường của nó cũng cao hơn carboxymethylcellulose. CMC nhìn chung có nhu cầu thị trường lớn hơn do ứng dụng rộng rãi hơn và chi phí sản xuất thấp hơn.
Mặc dù methylcellulose và carboxymethylcellulose đều là dẫn xuất của cellulose nhưng chúng có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc, tính chất, ứng dụng và nhu cầu thị trường. Methylcellulose chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, y học và vật liệu xây dựng do khả năng đảo ngược nhiệt độc đáo và kiểm soát độ nhớt cao. Carboxymethyl cellulose đã được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, y học, hóa dầu, dệt may và các ngành công nghiệp khác vì khả năng hòa tan tuyệt vời, điều chỉnh độ nhớt và khả năng thích ứng pH rộng. Việc lựa chọn dẫn xuất cellulose phụ thuộc vào tình huống và nhu cầu ứng dụng cụ thể.
Thời gian đăng: 20-08-2024