カルボキシメチルセルロース (CMC) は、食品、医薬品、製紙、繊維、鉱業などのさまざまな業界で広く使用されている機能性添加剤です。植物やその他の生物材料に豊富に含まれる天然セルロースに由来します。 CMCは、粘度、水和性、粘着性、付着性などの独特の特性を備えた水溶性ポリマーです。
CMCの特性
CMCは、その構造にカルボキシメチル基を導入することによって化学修飾されたセルロース誘導体です。この修飾によりセルロースの溶解性と親水性が向上し、機能性が向上します。 CMC の特性は、その置換度 (DS) と分子量 (MW) によって異なります。 DS はセルロース主鎖のグルコース単位あたりのカルボキシメチル基の平均数として定義され、MW はポリマー鎖のサイズと分布を反映します。
CMC の重要な特性の 1 つは水溶性です。 CMC は水に溶けやすく、擬似塑性特性を持つ粘稠な溶液を形成します。このレオロジー挙動は、CMC 分子間の分子間相互作用から生じ、せん断応力下で粘度が低下します。 CMC 溶液の擬塑性の性質により、CMC 溶液は増粘剤、安定剤、懸濁剤などのさまざまな用途に適しています。
CMC のもう 1 つの重要な特徴は、その膜形成能力です。 CMC 溶液は、優れた機械的特性、透明性、および柔軟性を備えたフィルムにキャストできます。これらのフィルムは、コーティング、ラミネート、および包装材料として使用できます。
さらに、CMCは優れた接着性と接着性を備えています。木材、金属、プラスチック、布地などのさまざまな表面と強力に接着します。この特性により、コーティング、接着剤、インクの製造に CMC が使用されるようになりました。
CMC粘度
CMC 溶液の粘度は、濃度、DS、MW、温度、pH などのいくつかの要因に依存します。一般に、CMC 溶液は、濃度、DS、MW が高くなると、より高い粘度を示します。温度と pH が低下すると、粘度も増加します。
CMC 溶液の粘度は、溶液中のポリマー鎖と溶媒分子間の相互作用によって制御されます。 CMC 分子は水素結合を通じて水分子と相互作用し、ポリマー鎖の周りに水和シェルを形成します。この水和シェルはポリマー鎖の移動性を低下させるため、溶液の粘度が増加します。
CMC 溶液のレオロジー挙動は、溶液のせん断応力とせん断速度の関係を表す流動曲線によって特徴付けられます。 CMC 溶液は非ニュートン流動挙動を示します。これは、CMC 溶液の粘度がせん断速度とともに変化することを意味します。低い剪断速度では CMC 溶液の粘度は高くなりますが、高い剪断速度では粘度が低下します。このせん断減粘挙動は、ポリマー鎖がせん断応力下で整列および伸張するため、その結果、鎖間の分子間力が減少し、粘度が低下します。
CMCの適用
CMC は、その独特の特性とレオロジー挙動により、さまざまな分野で広く使用されています。食品業界では、CMC は増粘剤、安定剤、乳化剤、食感向上剤として使用されています。アイスクリーム、飲み物、ソース、焼き菓子などの食品に添加され、食感、一貫性、保存期間を改善します。また、CMC は冷凍食品中の氷の結晶の形成を防ぎ、滑らかでクリーミーな製品をもたらします。
製薬業界では、CMC は錠剤製剤の結合剤、崩壊剤、放出制御剤として使用されています。粉末の圧縮性と流動性を向上させ、錠剤の均一性と安定性を確保します。 CMC は、その粘膜付着性および生体付着性の特性により、眼科用、鼻用、経口用の製剤の賦形剤としても使用されます。
製紙業界では、CMC はウェットエンド添加剤、コーティングバインダー、サイジングプレス剤として使用されています。パルプの保持力と排水性が向上し、紙の強度と密度が向上し、滑らかで光沢のある表面が得られます。 CMC は水と油のバリアとしても機能し、インクやその他の液体が紙に浸透するのを防ぎます。
繊維産業では、CMC はサイズ剤、印刷増粘剤、染色助剤として使用されます。繊維の接着を改善し、色の浸透と定着を高め、摩擦やシワを軽減します。 CMC はまた、ポリマーの DS と MW に応じて、生地に柔らかさと剛性を与えます。
鉱業では、CMC は鉱物加工における凝集剤、抑制剤、レオロジー調整剤として使用されています。固体の沈降と濾過を改善し、石炭脈石からの分離を最小限に抑え、懸濁液の粘度と安定性を制御します。 CMC はまた、有毒化学物質と水の使用を最小限に抑えることで、採掘プロセスの環境への影響を軽減します。
結論は
CMC は、その化学構造と水との相互作用により、独特の特性と粘度を示す多用途で価値のある添加剤です。その溶解性、フィルム形成能力、結合および接着特性により、食品、製薬、製紙、繊維および鉱業分野のさまざまな用途に適しています。 CMC 溶液の粘度は、濃度、DS、MW、温度、pH などのいくつかの要因によって制御でき、その擬塑性挙動およびずり減粘挙動によって特徴付けることができます。 CMC は製品とプロセスの品質、効率、持続可能性にプラスの影響を与え、現代の産業に不可欠な部分となっています。
投稿日時: 2023 年 9 月 25 日