Charakterystyka karboksymetylocelulozy, struktura, synteza, zastosowania



The karboksymetyloceluloza jest związkiem pochodzącym z celulozy, polimeru glukozy. Otrzymuje również nazwy gumy celulozowej lub karmelozy. Może być w postaci soli sodowej.

Karboksymetyloceluloza jest higroskopijna i rozpuszczalna w wodzie, w przeciwieństwie do celulozy, która jest nierozpuszczalna w wodzie. Zastąpił niektóre grupy -CH2OH cząsteczek glukozy, które tworzą celulozę w grupach -CH2OCH2COOH. To zastąpienie nadaje właściwości jonowe jego strukturze.

Ale czym jest celuloza? Jest to biopolimer utworzony wyłącznie z cząsteczek β-glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-o-glukozydowymi. Celuloza ma wzór (C6H10O5)n o minimalnej wartości 2000 dla n. Polimer może mieć strukturę liniową lub włóknistą, będącą głównym składnikiem ściany komórkowej warzyw.

Jej zwarta struktura jest nieprzenikniona przez wodę i dlatego jest w niej nierozpuszczalna. Pomimo tworzenia się glukozy celuloza nie może być stosowana przez zwierzęta, ponieważ brakuje im enzymu celulazy do rozbijania wiązań β1,4-glukozydowych.

Grupa karboksymetylowa związana z celulozą daje karboksymetylocelulozie powierzchnię o ładunkach ujemnych. Ładunki te pozwalają na ich zastosowanie w technice chromatografii jonowymiennej, działającej jako wymieniacz kationowy stosowany do oczyszczania białek.

Ze względu na swoje właściwości hydrofilowe, karboksymetyloceluloza jest stosowana w leczeniu suchości oka. Podobnie, ze względu na tę właściwość, został on wykorzystany do produkcji pieluch i produktów sanitarnych tego typu. Aplikacje te służą jako przykład ogromnej listy zastosowań i / lub aplikacji, które ma ten związek.

Indeks

  • 1 Właściwości fizyczne i chemiczne
    • 1.1 Wzór
    • 1.2 Wygląd fizyczny
    • 1.3 Zapach i smak
    • 1.4 Rozpuszczalność w wodzie
    • 1.5 Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych
    • 1.6 Punkt rozkładu
    • 1.7 Gęstość
    • 1.8 Kwasowość
  • 2 Struktura
  • 3 Podsumowanie
  • 4 Co to jest (używa)
    • 4.1 Żywność
    • 4.2 Medycyna
    • 4.3 Przemysł budowlany
    • 4.4 W detergentach
    • 4.5 Kleje
    • 4.6 Przemysł winiarski
    • 4.7 Przemysł papierniczy
    • 4.8 Rolnictwo
    • 4.9 Kosmetyki
    • 4.10 Obrazy
    • 4.11 Tworzywa sztuczne
    • 4.12 Ceramika
    • 4.13 Przemysł włókienniczy
    • 4.14 Przemysł farmaceutyczny
  • 5 referencji

Właściwości fizyczne i chemiczne

Formuła

RnOCH2-COOH

Wygląd fizyczny

Biały proszek. Karboksymetyloceluloza sodowa: białe lub mleczne włókniste cząsteczki.

Zapach i smak

Niewinny i mdły.

Rozpuszczalność w wodzie

Jest rozpuszczalny (20 mg / ml).

Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych

Jest nierozpuszczalny w metanolu, etanolu, eterze dietylowym, acetonie, chloroformie, a także w benzenie.

Punkt rozkładu

274 ° C.

Gęstość

0,7 - 0,9 g / cm3.

Kwasowość

Jest on podobny do kwasu octowego, a jego stała dysocjacji wynosi 5 x 10-5.

Struktura

Na górnym obrazie pokazano strukturę monomerycznej jednostki karboksymetylocelulozy. Należy zauważyć, że H grup hydroksylowych jest podstawionych przez grupy CH2COOH; z wyjątkiem grupy OH w C-3. To znaczy, zgodnie z obrazem, polimer nie jest całkowicie wymieniany.

Grupy CH2COOH może być deprotonowany i otoczony przez przyciąganie elektrostatyczne kationów Na+: CH2COO-Na+. To dzięki nim karboksymetyloceluloza jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie, ponieważ jest w stanie tworzyć z nią wiązania wodorowe (CH2COOH-OH2). Jest to główna przyczyna jej wyraźnego charakteru hydrofilowego i higroskopijnego.

Ponadto grupy te są znacznie bardziej przestrzenne niż grupy hydroksylowe, tak że właściwości fizykochemiczne polimeru zmieniają się w stosunku do pierwotnej celulozy. Jego duży rozmiar zapobiega tworzeniu się wewnętrznych wiązań wodorowych, czyli między łańcuchami monomerów, pozostawiając pierścienie w pełni wystawione na oddziaływanie z wodą.

Dlatego, im większy stopień podstawienia OH przez CH2COOH, tym większy hydrofilowy charakter uzyskanej celulozy. Mikroskopowo, ta różnica może nie być zbyt oczywista; ale w makroskopowych skalach byłoby to równoznaczne z możliwością rozpuszczenia bloku drewna w pojemniku z wodą, jeśli takie zmiany miały miejsce w akcie.

Synteza

Aby uzyskać karboksymetylocelulozę z włókien celulozowych, stosuje się procedurę Druvacell:

A) Włókna celulozowe są traktowane izopropanolem i alkaliami w celu wytworzenia ich pęcznienia i jonizacji grup hydroksylowych.

B) Włókna celulozowe z poprzedniej obróbki są dalej alkalizowane przez traktowanie NaOH, zgodnie z następującą reakcją:

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) Włókna celulozowe związane z NaOH reagują następnie z chlorooctanem sodu, aby w ten sposób wytworzyć karboksymetylocelulozę sodową:

RceOH ∙ NaOH + ClCH2COO-Na => RceOCH2COO-Na+    +    NaCl + H2O

Związek grupy COO- do celulozy pochodzącej z karboksymetylocelulozy czyni ją rozpuszczalną w wodzie i bardziej reaktywną.

Co to jest (używa)

Karboksymetyloceluloza ma wiele zastosowań i zastosowań ze względu na swój hydrofilowy charakter i zdolność do łączenia z wieloma związkami. Wśród jego zastosowań są następujące.

Jedzenie

-Jest stosowany jako zagęszczacz i stabilizator żywności. Ponadto jest stosowany jako błonnik pokarmowy i emulgator. Stosuje się go w potrząsaniu lodów, kremów i kremów, a także jako pomoc w tworzeniu żeli w galaretce i puddingach.

-Jest stosowany jako środek zawiesinowy w sokach owocowych i jako koloid ochronny w majonezie. Służy także do pokrywania powierzchni owoców.

-Ponieważ karboksymetyloceluloza nie jest metabolizowana przez organizm, może być stosowana przez osoby na diecie niskokalorycznej.

Medycyna

-Roztwory karboksymetylocelulozy tworzą żele stosowane w operacjach serca, klatki piersiowej i rogówki.

-W operacjach klatki piersiowej płuca są zszywane i pokrywane roztworem karboksymetylocelulozy. To w celu uniknięcia wycieków powietrza zawartych w pęcherzykach i wnikania płynów do płuc.

-W dziedzinie ortopedii karboksymetyloceluloza jest stosowana w smarowaniu stawów, zwłaszcza w nadgarstkach, kolanach i biodrach. Roztwór polimeru jest wstrzykiwany do stawów, aby zapobiec erozji, zapaleniu i możliwemu zniszczeniu chrząstki.

-Jest stosowany w leczeniu suchości i podrażnienia oczu. Jest również stosowany jako środek ochronny, aby zapobiec uszkodzeniu gałki ocznej, które mogą wystąpić w przypadku umieszczania soczewek kontaktowych..

-Karboksymetyloceluloza jest również stosowana w leczeniu zaparć, sprzyjając tworzeniu stolców o odpowiedniej konsystencji. Jest stosowany jako środek przeczyszczający.

-Kombinacja karboksymetylocelulozy-heparyny była stosowana do zapobiegania zrostom podczas operacji.

Przemysł budowlany

-Działa jako środek stabilizujący i hydrofilowy w większości preparatów cementowych i materiałów budowlanych. Poprawia dyspersję piasku w cemencie, zwiększa również przyczepność cementu.

-Jest również stosowany jako część klejów do tapicerki.

W detergentach

Branża, która może mieć najwyższe zużycie karboksymetylocelulozy, produkuje mydła i detergenty. Działa jako środek hamujący zapobiegający łączeniu się tłuszczów, usuwanych z powierzchni tkanin przez detergenty.

Kleje

-Jest stosowany do produkcji klejów do papieru, ponieważ nie plami go, nie wydziela zapachu i jest usuwalny. Dzięki temu idealnie nadaje się do naprawy książek lub innych materiałów.

-Został również przetestowany w mieszaninach ze skrobią i formaldehydem fenolowym w celu przygotowania klejów, które umożliwiają łączenie arkuszy drewna.

Przemysł winiarski

Stosuje się go w celu uniknięcia wytrącania się soli winowych obecnych w winie.

Przemysł papierniczy

-Powłoka preparatami karboksymetylocelulozy z woskowanych papierów i kartonów zmniejsza zużycie wosków. Zmniejsza to również zużycie farby drukarskiej, co powoduje, że powierzchnie mają większą jasność. Ponadto powierzchnia papieru ma większą miękkość i większą odporność na tłuszcze.

-Karboksymetyloceluloza poprawia wiązanie między włóknami papieru, poprawiając ich zabarwienie. Jest również stosowany jako pomocniczy środek dyspergujący w wytłaczaniu włókien masy celulozowej, zapobiegając ich flokulacji.

Rolnictwo

Karboksymetyloceluloza działa jako środek dyspergujący pestycydy. Ponadto jest stosowany jako klej do wiązania insektycydu z powierzchnią liści roślin. W niektórych przypadkach stosuje się go jako pomoc w degradacji niektórych silnie zanieczyszczających nawozów.

Kosmetyki

Stosuje się go jako zagęszczacz, stabilizator i środek błonotwórczy w kremach, płynach, szamponach i produktach do pielęgnacji włosów. Ponadto stosuje się go do przygotowania żeli do czyszczenia zębów.

Obrazy

Stosuje się go do produkcji farb na bazie olejów i lakierów, działając jako środek zagęszczający i dyspergujący pigmenty w płynach.

Tworzywa sztuczne

Służy do zwiększenia lepkości lateksu.

Ceramiczne

Służy do łączenia kawałków porcelany, ponieważ roztwory karboksymetylocelulozy powstają podczas pieczenia kilku popiołów.

Przemysł tekstylny

-Jest używany w swojej surowej formie, aby uniknąć deformacji tkanin. Karboksymetyloceluloza w połączeniu ze skrobią jest stosowana w pralniach. Stosowany jest również do wykańczania tkanin. Podczas produkcji tkaniny są impregnowane karboksymetylocelulozą, a następnie poddawane działaniu kwasu i ciepła.

-Służy do drukowania tkanin, współpracując jako środek zagęszczający farb i lakierów tekstylnych.

Przemysł farmaceutyczny

-Karboksymetyloceluloza jest stosowana do powlekania tabletek leku. Polimer jest nierozpuszczalny w kwaśnych warunkach żołądka, ale jest rozpuszczalny w jelicie cienkim, gdzie środki terapeutyczne są absorbowane.

-Stosowany jest także jako środek żelujący, nośniki leków w postaci maści. Ponadto jest stosowany jako środek stabilizujący w zawiesinach i emulsjach. Jest on stosowany jako środek bioadhezyjny w tabletkach, które wiążą się ze śluzem ciała.

Referencje

  1. Sidley Chemical. (2018). Właściwości karboksymetylocelulozy sodowej. Źródło: celuloza.com
  2. Wikipedia. (2018). Karboksymetyloceluloza. Źródło: en.wikipedia.org
  3. QuimiNet. (11 października 2006 r.). Różne zastosowania karboksymetylocelulozy. Źródło: quiminet.com
  4. Gamboni J. i kol. (s.f.). Optymalizacja procesu karboksymetylacji celulozy z wytłoków trzciny cukrowej. [PDF] Źródło: aaiq.org.ar
  5. Kombinacja karboksymetylocelozy-heparyny do zapobiegania zrostom chirurgicznym. (2017) The Journal of surgical research 213: 222-233.