Carboxymethyl cellulose (CMC) หรือที่เรียกว่าเซลลูโลสกัมเป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งได้มาจากเซลลูโลส ในฐานะซัพพลายเออร์ CMC ชั้นนำ ฉันมักถูกถามเกี่ยวกับโครงสร้างทางเคมีของ CMC ในบล็อกนี้ ฉันจะเจาะลึกรายละเอียดของโครงสร้างทางเคมี คุณสมบัติของสาร และความแตกต่างกันไปตามเกรดต่างๆ
พื้นฐานของเซลลูโลส
เซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์อินทรีย์ที่มีมากที่สุดในโลก เป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยสายโซ่เชิงเส้นของหน่วย D - กลูโคสหลายร้อยถึงหลายพันหน่วยที่เชื่อมโยง β(1→4) สูตรทางเคมีของเซลลูโลสคือ (C₆H₁₀O₅)ₙ โดยที่ n แสดงถึงระดับของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ซึ่งสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่สองสามร้อยไปจนถึงมากกว่า 10,000
หน่วยกลูโคสในเซลลูโลสถูกจัดเรียงในลักษณะที่ทำให้เกิดสายโซ่ยาวตรง สายโซ่เหล่านี้ยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ซึ่งทำให้เซลลูโลสมีโครงสร้างที่แข็งแกร่งและแข็งแกร่ง เซลลูโลสไม่ละลายในน้ำเนื่องจากมีโครงข่ายพันธะไฮโดรเจนที่กว้างขวางระหว่างโซ่
ที่มาของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส
ในการแปลงเซลลูโลสเป็นคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส จะต้องดำเนินกระบวนการดัดแปลงทางเคมี กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเซลลูโลสกับกรดคลอโรอะซิติกโดยมีเบสแก่ ซึ่งมักจะเป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์
ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ของหน่วยกลูโคสในเซลลูโลส อะตอมไฮโดรเจนของกลุ่มไฮดรอกซิลจะถูกแทนที่ด้วยกลุ่มคาร์บอกซีเมทิล (-CH₂COOH) ปฏิกิริยาทดแทนนี้ทำให้เกิดคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ซึ่งสามารถอยู่ในรูปของเกลือโซเดียม (โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส) ซึ่งเป็นรูปแบบทางการค้าที่พบมากที่สุด
โครงสร้างทางเคมีของ CMC
โครงสร้างทางเคมีของ CMC สามารถอธิบายได้ในแง่ของหน่วยการทำซ้ำ หน่วยการทำซ้ำของ CMC คือหน่วยกลูโคสที่ดัดแปลง ในแต่ละหน่วยกลูโคสของเซลลูโลส มีกลุ่มไฮดรอกซิลสามกลุ่มที่ตำแหน่ง C₂, C₃ และ C₆ ในระหว่างกระบวนการคาร์บอกซีเมทิลเลชัน หมู่ไฮดรอกซิลเหล่านี้หนึ่งหมู่หรือมากกว่าสามารถแทนที่ด้วยหมู่คาร์บอกซีเมทิลได้
ระดับการทดแทน (DS) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญใน CMC หมายถึงจำนวนเฉลี่ยของกลุ่มคาร์บอกซีเมทิลต่อหน่วยกลูโคส DS สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 3 DS 0 หมายถึงไม่มีการทดแทนเกิดขึ้น (กล่าวคือ ยังคงเป็นเซลลูโลสบริสุทธิ์) ในขณะที่ DS 3 หมายความว่าทั้งสามหมู่ไฮดรอกซิลในแต่ละหน่วยกลูโคสถูกทดแทนแล้ว
CMC ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดส่วนใหญ่จะมี DS อยู่ในช่วง 0.6 - 1.2 เกลือโซเดียมของ CMC มีสูตรทั่วไป [C₆H₇O₂(OH)₃₋ₓ(OCH₂COONa)ₓ]ₙ โดยที่ x คือระดับของการทดแทน และ n คือระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน
การมีอยู่ของกลุ่มคาร์บอกซีเมทิลใน CMC มีผลกระทบที่สำคัญหลายประการ ขั้นแรกทำให้ CMC ละลายน้ำได้ หมู่คาร์บอกซีเมทิลเป็นแบบที่ชอบน้ำและสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำได้ ประการที่สอง ประจุลบบนหมู่คาร์บอกซีเลท (-COO⁻) ในรูปแบบเกลือโซเดียมของ CMC ทำให้เกิดการผลักกันทางไฟฟ้าสถิตระหว่างสายโซ่โพลีเมอร์ ซึ่งช่วยให้โซ่กระจายตัวอยู่ในน้ำ และทำให้ CMC มีคุณสมบัติในการทำให้หนาขึ้นและคงตัว
CMC เกรดต่างๆ และผลกระทบเชิงโครงสร้าง
ในฐานะซัพพลายเออร์ของ CMC เราขอเสนอ CMC เกรดต่างๆ สำหรับการใช้งานต่างๆ โดยแต่ละเกรดจะมีลักษณะโครงสร้างเฉพาะ
เจาะน้ำมันเกรด CMC
เจาะน้ำมันเกรด CMCได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการความต้องการของอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ในการขุดเจาะน้ำมัน CMC ถูกใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดและสารควบคุมการสูญเสียของเหลว โดยทั่วไป CMC ที่ใช้ในแอปพลิเคชันนี้จะมีระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันค่อนข้างสูงและการทดแทนในระดับปานกลาง
การเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับสูงหมายถึงโซ่โพลีเมอร์ที่ยาวขึ้น ซึ่งสามารถเพิ่มความหนืดของของเหลวในการเจาะได้ การทดแทนในระดับปานกลางทำให้เกิดความสมดุลที่ดีระหว่างความสามารถในการละลายน้ำและความสามารถในการสร้างเค้กกรองที่มีความเสถียร ซึ่งช่วยควบคุมการสูญเสียของเหลวไปสู่การก่อตัวของหินโดยรอบ
การพิมพ์สิ่งทอเกรด CMC
การพิมพ์สิ่งทอเกรด CMCใช้เป็นสารเพิ่มความข้นในการพิมพ์สิ่งทอ ในการประยุกต์ใช้งานนี้ CMC จะต้องมีคุณสมบัติในการทำให้ข้นที่ดีเยี่ยม และเข้ากันได้ดีกับสีย้อมและสารเคมีในการพิมพ์อื่นๆ
CMC สำหรับการพิมพ์สิ่งทอมักจะมีการทดแทนในระดับปานกลางและมีการเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับค่อนข้างต่ำถึงปานกลาง การทดแทนในระดับปานกลางทำให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการละลายน้ำได้ดีและความสามารถในการเพิ่มความหนา ในขณะที่การเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันในระดับที่ต่ำกว่าจะให้คุณสมบัติการไหลที่ดีขึ้น ซึ่งมีความสำคัญต่อกระบวนการพิมพ์
ผงซักฟอกเกรด CMC
ผงซักฟอกเกรด CMCถูกเติมลงในผงซักฟอกเพื่อป้องกันการสะสมของดินบนผ้าในระหว่างกระบวนการซัก โดยทั่วไป CMC ที่ใช้ในผงซักฟอกจะมีการทดแทนในระดับสูง
การแทนที่ในระดับสูงจะเพิ่มความหนาแน่นประจุลบบนสายโซ่ CMC ประจุลบนี้สามารถโต้ตอบกับอนุภาคดินที่มีประจุลบและป้องกันไม่ให้สะสมบนผ้าอีกครั้ง นอกจากนี้ CMC ทดแทนสูงยังมีความสามารถในการละลายได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างของผงซักฟอก
คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างทางเคมี
โครงสร้างทางเคมีของ CMC มีผลโดยตรงต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
ความหนืด
ความหนืดของสารละลาย CMC ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันและความเข้มข้นของ CMC สายโซ่โพลีเมอร์ที่ยาวขึ้น (ระดับโพลีเมอไรเซชันที่สูงขึ้น) และความเข้มข้นของ CMC ที่สูงขึ้นส่งผลให้มีความหนืดสูงขึ้น ระดับของการทดแทนยังส่งผลต่อความหนืดด้วย DS ที่สูงขึ้นสามารถนำไปสู่โครงสร้างของโพลีเมอร์ที่ขยายตัวมากขึ้นในสารละลายเนื่องจากการผลักกันไฟฟ้าสถิต ซึ่งสามารถเพิ่มความหนืดได้
ความสามารถในการละลาย
หมู่คาร์บอกซีเมทิลใน CMC ทำให้ละลายในน้ำได้ ความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้นตามระดับการทดแทนที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม หาก DS สูงเกินไป CMC อาจกลายเป็นสารที่ชอบน้ำมากเกินไปและอาจสร้างโครงสร้างคล้ายเจลที่ความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ
ความมั่นคง
โดยทั่วไป สารละลาย CMC จะมีความเสถียรในช่วงค่า pH ที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ที่ค่า pH ต่ำมาก (ต่ำกว่า 3) หมู่คาร์บอกซิเลทอาจโปรโตเนต ซึ่งสามารถลดความสามารถในการละลายและความคงตัวของ CMC ที่ค่า pH สูง CMC มักจะมีเสถียรภาพมากและยังสามารถใช้ในสารละลายอัลคาไลน์ เช่น ผงซักฟอก ได้อีกด้วย
บทสรุป
โดยสรุป โครงสร้างทางเคมีของ CMC เป็นผลมาจากการดัดแปลงเซลลูโลสโดยการแนะนำหมู่คาร์บอกซีเมทิล ระดับของการแทนที่และระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันเป็นพารามิเตอร์หลักสองตัวที่กำหนดคุณสมบัติของ CMC และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน
ในฐานะซัพพลายเออร์ของ CMC เราเข้าใจถึงความสำคัญของคุณลักษณะเชิงโครงสร้างเหล่านี้ในการตอบสนองความต้องการเฉพาะของลูกค้าของเรา ไม่ว่าคุณจะอยู่ในอุตสาหกรรมขุดเจาะน้ำมัน การพิมพ์สิ่งทอ หรืออุตสาหกรรมผงซักฟอก เรามี CMC เกรดที่เหมาะสมสำหรับคุณ
หากคุณสนใจที่จะซื้อ CMC สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ เราขอแนะนำให้คุณติดต่อเราเพื่อขอหารือโดยละเอียด ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการเลือกเกรด CMC ที่เหมาะสมที่สุด และให้การสนับสนุนทางเทคนิคแก่คุณ
อ้างอิง
- เดวิดสัน, RL, & Sittig, M. (1968) กัมและเรซินที่ละลายน้ำได้ สำนักพิมพ์ไรน์โฮลด์
- Whistler, RL, & BeMiller, JN (บรรณาธิการ) (1993) เหงือกอุตสาหกรรม: โพลีแซ็กคาไรด์และอนุพันธ์ของโพลีแซ็กคาไรด์ สำนักพิมพ์วิชาการ.
- โอซุลลิแวน เอซี (1997) เซลลูโลส: โครงสร้างจะค่อยๆ คลี่ออก เซลลูโลส, 4(3), 173 - 207.