Свойства и вязкость КМЦ

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — функциональная добавка, широко используемая в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая, бумажная, текстильная и горнодобывающая. Она получена из натуральной целлюлозы, которая в изобилии содержится в растениях и других биологических материалах. КМЦ — водорастворимый полимер с уникальными свойствами, включая вязкость, гидратацию, адгезию и склеивание.

Характеристики КМЦ

КМЦ — это производное целлюлозы, химически модифицированное путем введения в его структуру карбоксиметильных групп. Эта модификация повышает растворимость и гидрофильность целлюлозы, тем самым улучшая функциональность. Свойства КМЦ зависят от ее степени замещения (СЗ) и молекулярной массы (ММ). СЗ определяется как среднее число карбоксиметильных групп на единицу глюкозы в целлюлозной основе, тогда как ММ отражает размер и распределение полимерных цепей.

Одним из ключевых свойств КМЦ является ее растворимость в воде. КМЦ легко растворяется в воде, образуя вязкий раствор с псевдопластичными свойствами. Это реологическое поведение является результатом межмолекулярных взаимодействий между молекулами КМЦ, что приводит к снижению вязкости при сдвиговом напряжении. Псевдопластичная природа растворов КМЦ делает их пригодными для различных применений, таких как загустители, стабилизаторы и суспендирующие агенты.

Другой важной характеристикой КМЦ является ее способность к образованию пленки. Растворы КМЦ можно отливать в пленки с превосходными механическими свойствами, прозрачностью и гибкостью. Эти пленки можно использовать в качестве покрытий, ламинатов и упаковочных материалов.

Кроме того, КМЦ обладает хорошими связующими и склеивающими свойствами. Он образует прочную связь с различными поверхностями, включая дерево, металл, пластик и ткань. Это свойство привело к использованию КМЦ в производстве покрытий, клеев и чернил.

Вязкость КМЦ

Вязкость растворов КМЦ зависит от нескольких факторов, таких как концентрация, DS, MW, температура и pH. В целом, растворы КМЦ демонстрируют более высокую вязкость при более высоких концентрациях, DS и MW. Вязкость также увеличивается с понижением температуры и pH.

Вязкость растворов КМЦ контролируется взаимодействием между полимерными цепями и молекулами растворителя в растворе. Молекулы КМЦ взаимодействуют с молекулами воды посредством водородных связей, образуя гидратную оболочку вокруг полимерных цепей. Эта гидратная оболочка снижает подвижность полимерных цепей, тем самым увеличивая вязкость раствора.

Реологическое поведение растворов КМЦ характеризуется кривыми течения, которые описывают связь между напряжением сдвига и скоростью сдвига раствора. Растворы КМЦ демонстрируют неньютоновское поведение течения, что означает, что их вязкость изменяется со скоростью сдвига. При низких скоростях сдвига вязкость растворов КМЦ выше, в то время как при высоких скоростях сдвига вязкость уменьшается. Такое поведение истончения сдвига обусловлено выравниванием и растяжением полимерных цепей под действием напряжения сдвига, что приводит к снижению межмолекулярных сил между цепями и снижению вязкости.

Применение КМЦ

КМЦ широко используется в различных областях благодаря своим уникальным свойствам и реологическим свойствам. В пищевой промышленности КМЦ используется в качестве загустителя, стабилизатора, эмульгатора и улучшителя текстуры. Ее добавляют в такие продукты, как мороженое, напитки, соусы и выпечку, чтобы улучшить их текстуру, консистенцию и срок годности. КМЦ также предотвращает образование кристаллов льда в замороженных продуктах, в результате чего получается гладкий, кремообразный продукт.

В фармацевтической промышленности КМЦ используется в качестве связующего, дезинтегрирующего и контролируемого высвобождения в таблетированных составах. Улучшает сжимаемость и текучесть порошка и обеспечивает однородность и стабильность таблеток. Благодаря своим мукоадгезивным и биоадгезивным свойствам КМЦ также используется в качестве вспомогательного вещества в офтальмологических, назальных и пероральных составах.

В бумажной промышленности КМЦ используется в качестве добавки для мокрой части, связующего вещества для покрытия и проклеивающего пресс-агента. Он улучшает удержание пульпы и дренаж, повышает прочность и плотность бумаги, а также обеспечивает гладкую и блестящую поверхность. КМЦ также действует как барьер для воды и масла, предотвращая проникновение чернил или других жидкостей в бумагу.

В текстильной промышленности КМЦ используется в качестве проклеивающего агента, загустителя для печати и вспомогательного вещества для окрашивания. Он улучшает адгезию волокон, усиливает проникновение и фиксацию цвета, а также уменьшает трение и складки. КМЦ также придает ткани мягкость и жесткость в зависимости от DS и MW полимера.

В горнодобывающей промышленности КМЦ используется в качестве флокулянта, ингибитора и модификатора реологии при переработке полезных ископаемых. Он улучшает осаждение и фильтрацию твердых веществ, минимизирует отделение от угольной пустой породы и контролирует вязкость и стабильность суспензии. КМЦ также снижает воздействие процесса добычи на окружающую среду, сводя к минимуму использование токсичных химикатов и воды.

в заключение

КМЦ — универсальная и ценная добавка, которая проявляет уникальные свойства и вязкость благодаря своей химической структуре и взаимодействию с водой. Ее растворимость, пленкообразующая способность, связующие и адгезионные свойства делают ее пригодной для различных применений в пищевой, фармацевтической, бумажной, текстильной и горнодобывающей промышленности. Вязкость растворов КМЦ можно контролировать несколькими факторами, такими как концентрация, DS, MW, температура и pH, и ее можно охарактеризовать ее псевдопластичным и истончающимся при сдвиге поведением. КМЦ оказывает положительное влияние на качество, эффективность и устойчивость продуктов и процессов, что делает ее неотъемлемой частью современной промышленности.