CARBOXYMETHYLCELLULOSE: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, SYNTHESE, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Die Carboxymethylcellulose ist eine Verbindung, die von Cellulose, einem Polymer aus Glucose, abgeleitet ist. Es erhält auch die Namen von Cellulose oder Carmellose. Es kann in Form von Natriumsalz vorliegen.

Carboxymethylcellulose ist hygroskopisch und wasserlöslich, im Gegensatz zu Cellulose, die in Wasser unlöslich ist. Einige -CH ₂ OH- Gruppen der Glucosemoleküle, aus denen Cellulose besteht, sind durch -CH ₂ OCH ₂ COOH-Gruppen substituiert. Diese Substitution verleiht seiner Struktur ionische Eigenschaften.

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Aber was ist Zellulose? Es ist ein Biopolymer, das ausschließlich aus β-Glucosemolekülen besteht, die durch β-1,4-o-Glucosidbindungen verbunden sind. Cellulose hat die Formel (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n mit einem Mindestwert von 2000 für n. Das Polymer kann eine lineare oder faserige Struktur aufweisen, die der Hauptbestandteil der Pflanzenzellwand ist.

Seine kompakte Struktur ist wasserundurchdringlich und daher darin unlöslich. Obwohl Cellulose aus Glucose besteht, kann sie von Tieren nicht verwendet werden, da ihnen das Cellulaseenzym fehlt, um die β1,4-Glucosidbindungen aufzubrechen.

Die an Cellulose gebundene Carboxymethylgruppe verleiht Carboxymethylcellulose eine negativ geladene Oberfläche. Diese Ladungen ermöglichen seine Verwendung in der Ionenaustauschchromatographietechnik, die als Kationenaustauscher fungiert, der bei der Reinigung von Proteinen verwendet wird.

Carboxymethylcellulose wird aufgrund seiner hydrophilen Eigenschaft zur Behandlung trockener Augen eingesetzt. Aufgrund dieser Eigenschaft wurde es ebenfalls zur Herstellung von Windeln und Hygieneartikeln dieses Typs verwendet. Diese Anwendungen dienen als Beispiel für die enorme Liste von Verwendungen und / oder Anwendungen, die diese Verbindung hat.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Formel

RnOCH ₂ -COOH

Aussehen

Weißes Puder. Natriumcarboxymethylcellulose: weiße oder milchige faserige Partikel.

Riechen und schmecken

Geruchs- und geschmacksneutral.

Wasserlöslichkeit

Es ist löslich (20 mg / ml).

Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln

Es ist unlöslich in Methanol, Ethanol, Diethylether, Aceton, Chloroform und auch in Benzol.

Zersetzungspunkt

274 ° C.

Dichte

0,7 - 0,9 g / cm ³ .

Säure

Es ähnelt Essigsäure und seine Dissoziationskonstante beträgt 5 x 10 ^-5 .

Struktur

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Das obere Bild zeigt die Struktur einer Carboxymethylcellulosemonomereinheit. Es ist zu beachten, dass das H der Hydroxylgruppen durch die CH ₂ COOH- Gruppen substituiert ist ; Mit Ausnahme der OH-Gruppe an C-3. Das heißt, gemäß dem Bild ist das Polymer nicht vollständig substituiert.

CH ₂ COOH- Gruppen können sich durch elektrostatische Anziehung von Na ⁺ -Kationen deprotonieren und umgeben : CH ₂ COO ^- Na ⁺ . Ihnen ist es zu verdanken, dass Carboxymethylcellulose in Wasser sehr gut löslich ist, da sie damit Wasserstoffbrückenbindungen eingehen kann (CH ₂ COOH-OH ₂ ). Dies ist die Hauptursache für seinen ausgeprägten hydrophilen und hygroskopischen Charakter.

Diese Gruppen sind auch viel voluminöser als die Hydroxylgruppen, so dass sich die physikochemischen Eigenschaften des Polymers in Bezug auf die ursprüngliche Cellulose ändern. Seine große Größe verhindert die Bildung interner Wasserstoffbrückenbindungen, dh zwischen den Monomerketten, wodurch die Ringe vollständig Wechselwirkungen mit Wasser ausgesetzt werden.

Je höher der Substitutionsgrad von OH durch CH ₂ COOH ist, desto größer ist daher der hydrophile Charakter der resultierenden Cellulose. Mikroskopisch ist dieser Unterschied möglicherweise nicht sehr offensichtlich. Auf makroskopischen Skalen wäre es jedoch dasselbe, als würde man einen Holzblock in einem Wasserbehälter auflösen können, wenn solche Substitutionen an Ort und Stelle auftreten würden.

Synthese

Um Carboxymethylcellulose aus Cellulosefasern zu erhalten, wird das Druvacell-Verfahren befolgt:

A) Die Cellulosefasern werden mit Isopropanol und Alkalien behandelt, um ihre Quellung und Ionisierung der Hydroxylgruppen zu verursachen.

B) Die Cellulosefasern aus der vorherigen Behandlung werden durch Behandlung mit NaOH gemäß der folgenden Reaktion weiter alkalisiert:

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) An NaOH gebundene Cellulosefasern reagieren dann mit Natriumchloracetat und erzeugen so Natriumcarboxymethylcellulose:

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

Die Bindung der COO ^- Gruppe an Cellulose unter Bildung von Carboxymethiclulose macht sie wasserlöslich und reaktiver.

Wofür ist es (verwendet)

Carboxymethylcellulose hat aufgrund ihrer Hydrophilie und ihrer Fähigkeit, sich mit zahlreichen Verbindungen zu verbinden, zahlreiche Anwendungen und Anwendungen. Unter seinen Verwendungen sind die folgenden.

Lebensmittel

-Es wird als Verdickungsmittel und Stabilisator für Lebensmittel verwendet. Darüber hinaus wird es als Ballaststoff und Emulgator verwendet. Es wird zum Schütteln von Eis, Cremes und Cremes sowie als Hilfsmittel bei der Bildung von Gelatinegelen und Puddings verwendet.

-Verwendet als Suspendiermittel in Fruchtsäften und als Schutzkolloid in Mayonnaise. Es wird auch verwendet, um die Oberfläche von Früchten zu bedecken.

- Da Carboxymethylcellulose vom Körper nicht metabolisiert wird, kann sie von Menschen mit kalorienarmer Ernährung verwendet werden.

Medizin

-Carboxymethylcelluloselösungen bilden Gele, die bei Herz-, Brust- und Hornhautoperationen verwendet werden.

- Bei Brustoperationen werden die Lungen geheftet und mit einer Carboxymethylcelluloselösung bedeckt. Dies, um ein Austreten von Luft in den Alveolen und das Eindringen von Flüssigkeiten in die Lunge zu vermeiden.

- In der Orthopädie wird Carboxymethylcellulose zur Schmierung der Gelenke verwendet, insbesondere der Handgelenke, Knie und Hüften. Die Polymerlösung wird in die Gelenke injiziert, um Erosion, Entzündung und mögliche Zerstörung des Knorpels zu verhindern.

-Es wird zur Behandlung von Trockenheit und Augenreizungen eingesetzt. Es wird auch als Schutzmittel verwendet, um Schäden am Augapfel zu vermeiden, wie sie beim Platzieren von Kontaktlinsen auftreten können.

-Carboxymethylcellulose wird auch zur Behandlung von Verstopfung verwendet, um die Bildung von Kot mit der entsprechenden Konsistenz zu begünstigen. Es wird als Abführmittel verwendet.

- Eine Kombination von Carboxymethylcellulose-Heparin wurde verwendet, um eine Adhäsion während der Operationen zu verhindern.

Bauindustrie

- Wirkt als stabilisierendes und hydrophiles Mittel in den meisten Zementzubereitungen und Baumaterialien. Es verbessert die Dispersion von Sand im Zement und erhöht zusätzlich die Haftwirkung des Zements.

-Es wird auch als Teil der Klebstoffe für Polsterpapiere verwendet.

In Waschmitteln

Der Industriezweig mit dem vielleicht höchsten Verbrauch an Carboxymethylcellulose ist die Herstellung von Seifen und Waschmitteln. Es wirkt als Hemmmittel, das verhindert, dass Fette, die durch Reinigungsmittel von der Oberfläche von Stoffen entfernt werden, wieder in diese gelangen.

Klebstoffe

-Es wird bei der Herstellung von Klebstoffen für das Papier verwendet, da es es nicht färbt, keinen Geruch abgibt und entfernbar ist. Dies macht es ideal für die Reparatur von Büchern oder anderen Materialien.

-Es wurde auch in Gemischen mit Stärke und Phenolformaldehyd zur Herstellung von Klebstoffen getestet, die die Vereinigung von Holzplatten ermöglichen.

Wein Industrie

Es wird verwendet, um die Ausfällung der im Wein enthaltenen Weinsalze zu vermeiden.

Papierindustrie

-Die Beschichtung von Wachspapieren und Pappe mit Carboxymethylcellulosepräparaten reduziert den Wachsverbrauch. Es reduziert auch den Verbrauch von Druckfarbe, was zu Oberflächen mit höherem Glanz führt. Darüber hinaus weist die Oberfläche des Papiers eine größere Glätte und eine größere Fettbeständigkeit auf.

-Carboxymethylcellulose verbessert die Bindung zwischen den Papierfasern und verbessert deren Färbung. Es wird auch als Hilfsdispergiermittel bei der Extrusion der Fasern der Cellulosepulpe verwendet, um deren Ausflockung zu vermeiden.

Landwirtschaft

Carboxymethylcellulose wirkt als Dispergiermittel für Pestizide. Es wird auch als Klebstoff verwendet, um das Insektizid an die Oberfläche von Pflanzenblättern zu binden. In einigen Fällen wird es als Hilfsmittel beim Abbau einiger stark umweltschädlicher Düngemittel verwendet.

Kosmetika

Es wird als Verdickungsmittel, Stabilisator und Filmbildner in Cremes, Lotionen, Shampoos und Haarpflegeprodukten verwendet. Darüber hinaus wird es zur Herstellung von Gelen zur Verwendung bei der Zahnreinigung verwendet.

Farben

Es wird zur Herstellung von Farben und Lacken auf Ölbasis verwendet und wirkt als Verdickungs- und Dispergiermittel für Pigmente in Flüssigkeiten.

Kunststoffe

Es wird verwendet, um die Viskosität von Latex zu erhöhen.

Keramik

Es wird zum Verbinden von Porzellanstücken verwendet, da Carboxymethylcelluloselösungen beim Backen weniger Asche entstehen.

Textilindustrie

-Es wird in seiner Rohform verwendet, um eine Verformung der Stoffe zu vermeiden. Carboxymethylcellulose wird in Kombination mit Stärke in Wäschereien verwendet. Es wird auch bei der Veredelung von Stoffen verwendet. Während ihrer Herstellung werden die Textilien mit Carboxymethylcellulose imprägniert und dann mit Säure und Wärme behandelt.

-Es wird beim Bedrucken von Stoffen verwendet und wirkt als Verdickungsmittel für Textilfarben und -lacke.

Pharmaindustrie

-Carboxymethylcellulose wird zur Beschichtung von Arzneimitteltabletten verwendet. Das Polymer ist unter sauren Magenbedingungen unlöslich, aber im Dünndarm löslich, wo Therapeutika absorbiert werden.

-Es wird auch als Gelbildner verwendet, Wirkstoffträger in Form von Salben. Darüber hinaus wird es als Stabilisierungsmittel in Suspensionen und Emulsionen eingesetzt. Es wird als Bioadhäsiv in Tabletten verwendet, die an Körperschleim binden.

Verweise

1. Sidley Chemical. (2018). Eigenschaften von Natriumcarboxymethylcellulose. Wiederhergestellt von: celluloseether.com
2. Wikipedia. (2018). Carboxymethylcellulose. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org
3. QuimiNet. (11. Oktober 2006). Die verschiedenen Anwendungen von Carboxymethylcellulose. Wiederhergestellt von: quiminet.com
4. Gamboni J. & col. (sf). Optimierung des Carboxymethylierungsprozesses von Cellulose aus Zuckerrohrbagasse. . Wiederhergestellt von: aaiq.org.ar
5. Eine Carboxymethylellulose-Heparin-Kombination zur Verhinderung chirurgischer Adhäsionen. (2017) The Journal of Surgery Research 213: 222–233.