KARBOKSYMETYLOCELULOZA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, SYNTEZA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Karboksymetylocelulozy jest związek pochodzący od celulozy, polimeru glukozy. Otrzymuje również nazwy gumy celulozowej lub karmelozowej. Może występować w postaci soli sodowej.

Karboksymetyloceluloza jest higroskopijna i rozpuszczalna w wodzie, w przeciwieństwie do celulozy, która jest nierozpuszczalna w wodzie. Niektóre grupy –CH ₂ OH cząsteczek glukozy, które składają się na celulozę, zostały zastąpione grupami –CH ₂ OCH ₂ COOH. To podstawienie nadaje jego strukturze właściwości jonowe.

Źródło: LHcheM, z Wikimedia Commons

Ale co to jest celuloza? Jest to biopolimer składający się wyłącznie z cząsteczek β-glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-o-glukozydowymi. Celuloza ma wzór (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n z minimalną wartością 2000 dla n. Polimer może mieć strukturę liniową lub włóknistą, będąc głównym składnikiem ściany komórkowej rośliny.

Jego zwarta struktura jest nieprzepuszczalna dla wody i dlatego jest w niej nierozpuszczalna. Celuloza, mimo że składa się z glukozy, nie może być wykorzystywana przez zwierzęta, ponieważ brakuje im enzymu celulazy do rozrywania wiązań β1,4-glukozydowych.

Grupa karboksymetylowa przyłączona do celulozy daje karboksymetylocelulozie ujemnie naładowaną powierzchnię. Ładunki te pozwalają na wykorzystanie go w technice chromatografii jonowymiennej, pełniąc funkcję wymieniacza kationowego, który jest wykorzystywany do oczyszczania białek.

Ze względu na swoje właściwości hydrofilowe karboksymetyloceluloza jest stosowana w leczeniu zespołu suchego oka. Podobnie, ze względu na tę właściwość, został wykorzystany do produkcji tego typu pieluch i wyrobów sanitarnych. Te aplikacje służą jako przykład ogromnej listy zastosowań i / lub zastosowań tego związku.

Charakterystyka fizyczna i chemiczna

Formuła

RnOCH ₂ -COOH

Wygląd fizyczny

Biały proszek. Sól sodowa karboksymetylocelulozy: białe lub mleczne włókniste cząstki.

Zapach i smak

Bezwonny i bez smaku.

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 / cm ³ .

Kwasowość

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

Struktura

Źródło: Elrond, z Wikimedia Commons

Górny obraz przedstawia strukturę jednostki monomeru karboksymetylocelulozy. Należy zauważyć, że H grup hydroksylowych jest podstawiony przez CH ₂ COOH grup ; Z wyjątkiem grupy OH w C-3. Oznacza to, że zgodnie z obrazem polimer nie jest całkowicie zastąpiony.

Grupy CH ₂ COOH mogą deprotonować i otaczać się elektrostatycznym przyciąganiem kationów Na ⁺ : CH ₂ COO ^- Na ⁺ . To dzięki nim karboksymetyloceluloza jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie, gdyż jest zdolna do tworzenia z nią wiązań wodorowych (CH ₂ COOH-OH ₂ ). Jest to główna przyczyna jego wyraźnego hydrofilowego i higroskopijnego charakteru.

Ponadto grupy te mają znacznie większą objętość niż grupy hydroksylowe, tak że właściwości fizykochemiczne polimeru zmieniają się w stosunku do pierwotnej celulozy. Jej duży rozmiar zapobiega tworzeniu się wewnętrznych wiązań wodorowych, czyli między łańcuchami monomerycznymi, pozostawiając pierścienie całkowicie narażone na oddziaływanie z wodą.

W związku z tym, im wyższy jest stopień podstawienia OH CH ₂ COOH, tym bardziej hydrofilowa postaci otrzymanej celulozy. Mikroskopowo ta różnica może nie być zbyt oczywista; ale w skali makroskopowej oznaczałoby to to samo, co możliwość rozpuszczenia bloku drewna w zbiorniku z wodą, gdyby takie podstawienia miały miejsce na miejscu.

Synteza

Aby otrzymać karboksymetylocelulozę z włókien celulozowych, postępuje się zgodnie z procedurą Druvacell:

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

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

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) Włókna celulozowe związane z NaOH reagują następnie z chlorooctanem sodu, tworząc w ten sposób sól sodową karboksymetylocelulozy:

RceOH ∙ NaOH + ClCH ₂ COO ^- Na => RceOCH ₂ COO ^- Na ⁺ + NaCl + H ₂ O

Wiązanie grupy COO ^- z celulozą w celu utworzenia karboksymetylulozy sprawia, że ​​jest ona rozpuszczalna w wodzie i bardziej reaktywna.

Do czego służy (zastosowania)

Karboksymetyloceluloza ma wiele zastosowań i zastosowań ze względu na swoją hydrofilowość i zdolność łączenia się z wieloma związkami. Wśród jego zastosowań są następujące.

Żywność

-Służy jako zagęszczacz i stabilizator żywności. Ponadto jest stosowany jako błonnik pokarmowy i emulgator. Znajduje zastosowanie w shake'ach do lodów, kremów i kremów, a także jako środek wspomagający tworzenie żelatynowych żeli i budyniów.

-Stosowany jako środek zawieszający w sokach owocowych i jako koloid ochronny w majonezie. Służy również 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.

- Podczas operacji klatki piersiowej płuca są zszywane i przykrywane roztworem karboksymetylocelulozy. Ma to na celu uniknięcie wycieków powietrza zawartego w pęcherzykach płucnych i przedostawania się płynów do płuc.

-W ortopedii karboksymetyloceluloza znajduje zastosowanie w smarowaniu stawów, zwłaszcza nadgarstków, kolan i bioder. Roztwór polimeru wstrzykuje się do stawów, aby zapobiec erozji, stanom zapalnym i możliwemu zniszczeniu chrząstki.

-Służy do leczenia suchości i podrażnień oczu. Jest również stosowany jako środek ochronny, zapobiegający uszkodzeniom gałki ocznej, które mogą wystąpić podczas zakładania soczewek kontaktowych.

-Karboksymetyloceluloza znajduje również zastosowanie w leczeniu zaparć, sprzyjając tworzeniu się kału o odpowiedniej konsystencji. Stosowany jest jako środek przeczyszczający.

-Kombinacja karboksymetylocelulozy i heparyny została zastosowana, aby zapobiec zrostowi podczas operacji.

Przemysł budowlany

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

-Stosuje się również jako część klejów do papierów tapicerskich.

W detergentach

Branża przemysłu, która prawdopodobnie ma największe zużycie karboksymetylocelulozy, to produkcja mydeł i detergentów. Działa jako środek hamujący, który zapobiega ponownemu łączeniu się tłuszczów usuwanych z powierzchni tkanin przez detergenty.

Kleje

-Służy do wytwarzania klejów do papieru, ponieważ nie brudzi go, nie wydziela zapachu i jest usuwalny. Dzięki temu idealnie nadaje się do naprawy książek lub innych materiałów.

-Badano również w mieszaninach ze skrobią i fenolowo-formaldehydem do wytwarzania klejów umożliwiających łączenie arkuszy drewna.

Przemysł winiarski

Służy do zapobiegania wytrącaniu się soli winowych obecnych w winie.

Przemysł papierniczy

-Powlekanie preparatami karboksymetylocelulozowymi z papieru woskowanego i tektury zmniejsza zużycie wosków. Zmniejsza również zużycie farby drukarskiej, co skutkuje wyższym połyskiem powierzchni. Ponadto powierzchnia papieru ma większą gładkość i większą odporność na tłuszcz.

-Karboksymetyloceluloza poprawia wiązanie między włóknami papieru, poprawiając ich kolorystykę. Jest również stosowany jako pomocniczy środek dyspergujący przy wytłaczaniu włókien miazgi celulozowej, zapobiegając ich flokulacji.

rolnictwo

Karboksymetyloceluloza działa jako środek dyspergujący dla pestycydów. Jest również używany jako klej do wiązania insektycydu z powierzchnią liści roślin. W niektórych przypadkach jest używany jako pomoc w degradacji niektórych wysoce zanieczyszczających nawozów.

Kosmetyki

Stosowany jest jako zagęszczacz, stabilizator i środek błonotwórczy w kremach, balsamach, szamponach i produktach do pielęgnacji włosów. Ponadto służy do przygotowania żeli do stosowania w czyszczeniu zębów.

Malatura

Znajduje zastosowanie przy produkcji farb i lakierów olejnych, pełniąc rolę zagęszczacza i dyspergatora pigmentów w płynach.

Tworzywa sztuczne

Służy do zwiększania lepkości lateksu.

Ceramika

Służy do łączenia kawałków porcelany, ponieważ roztwory karboksymetylocelulozy powstają przy wypieku kilku popiołów.

Przemysł włókienniczy

-Jest używany w surowej postaci, aby uniknąć deformacji tkanin. Karboksymetyloceluloza w połączeniu ze skrobią jest używana w pralniach. Znajduje również zastosowanie przy wykańczaniu tkanin. Podczas produkcji tkaniny impregnowane są karboksymetylocelulozą, a następnie poddawane działaniu kwasu i ciepła.

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

Przemysł farmaceutyczny

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

-Jest również stosowany jako żelotwórczy, nośnik leków w postaci maści. Ponadto jest stosowany jako stabilizator w zawiesinach i emulsjach. Jest stosowany jako bioadhezyjny w tabletkach, które wiążą śluz ciała.

Bibliografia

1. Sidley Chemical. (2018). Właściwości soli sodowej karboksymetylocelulozy. Odzyskany z: celluloseether.com
2. Wikipedia. (2018). Karboksymetyloceluloza. Odzyskane z: es.wikipedia.org
3. QuimiNet. (11 października 2006). Różne zastosowania karboksymetylocelulozy. Odzyskany z: quiminet.com
4. Gamboni J. i kol. (sf). Optymalizacja procesu karboksymetylacji celulozy z wytłoków trzciny cukrowej. . Odzyskany z: aaiq.org.ar
5. Połączenie karboksymetylelulozy i heparyny do zapobiegania zrostom chirurgicznym. (2017) The Journal of chirurgical research 213: 222-233.