کربوکسی متیل سلولز (Carboxymethyl cellulose) یا سلولوز گام یا carmelloseاز مشتقات سلولز است که از استخلاف شدن گروههای کربوکسی متیل (-CH2-COOH) بهجای برخی از گروههای هیدروکسیل (-OH) بدست میآید. در این ماده که به اختصار CMC نامیده میشود، گروههای کربوکسی متیل به برخی از گروههای هیدروکسیل مونومرهای سلولز یعنی گلوکوپیرانوزها متصل شدهاند. گلوکزها که در سلولز به شکل گلوکوپیرانوز مشاهده میشوند، ستون فقرات این پلیمر را تشکیل میدهند. معمولاً نمک سدیمی آن یعنی سدیم کربوکسی متیل سلولز استفاده میشود و به شکل پودر سفید رنگ، بدون بو و مزه می باشد. این پلیمرها نا محلول در اتانول و محلول در آب سرد و گرم بوده و کاملا در آب دیسپرس میشوند و به عنوان یک افزودنی چند منظوره در صنایع گوناگون، با توجه به کارایی آنها در نگهداری آب، تعلیق کردن و پایدار نگهداشتن ذرات معلق و تنظیم رئولوژی کاربرد دارند.
ویژگی های CMC:
- محلولیت بالا در آب: CMC به راحتی در آب حل میشود و میتواند به عنوان یک عامل غلیظکننده و تثبیتکننده در محلولهای آبی استفاده شود.
- بیخطر بودن برای مصرف انسانی: کربوکسی متیل سلولز غیر سمی و بیخطر است و میتواند به عنوان یک افزودنی غذایی و دارویی استفاده شود.
- پایداری شیمیایی: CMC در برابر تغییرات pH و دما مقاوم است و خواص خود را در شرایط مختلف حفظ میکند.
- بهبود بافت و قوام: این ماده میتواند به بهبود بافت و قوام محصولات غذایی و دارویی کمک کند.
- مقاومت در برابر جداسازی: CMC از جداسازی اجزاء مختلف در محصولات جلوگیری میکند و به حفظ یکنواختی و ثبات آنها کمک میکند.
کاربرد در صنایع غذایی
کربوکسی متیل سلولز میتواند به عنوان غلظتدهنده، امولسیونکننده، نگهدارنده و جذبکننده آب، تثبیتکننده وعامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) عمل نماید و به دلیل داشتن چنین ویژگیهایی،CMC میتواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود . این ماده باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا میشود و در نهایت مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا میبرد. کربوکسی متیل سلولز یکی از پرمصرف ترین افزودنیهای خوراکی محسوب میشود که به طور گستردهای در بستنی، انواع شیرینی، بیسکویت، کیک، کلوچه، آبنبات، آبمیوهها، نوشیدنیهای مایع و پودر های نوشیدنی فوری، محصولات لبنی و گوشتی، غذاهای منجمد، ماکارونیهای فوری، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده میشود. علاوه بر اینها، با توجه به اینکه CMC یک پلی ساکارید کم کالری است، در مواد غذایی رژیمی و کم کالری مانند نانهای رژیمی، نوشیدنی های رژیمی و سسهای رژیمی کاربرد دارد.
محصولات فوری: در این دسته محصولات مثل پودرهای نوشیدنی فوری به علت قابلیت انحلال در آب سرد و گرم با ایجاد احساس دهانی نسبتا خوب، می تواند گزینخ پر کاربردی باشد
محصولات غذایی منجمد: در این گروه محصولات می تواند از رشد کریستال های یخ جلوگیری کرده و از بافت محافظت نماید. همچنین قابلیت ذوب آهسته و مقاورمت در مقابل تراوش را ایجاد می کند. در محصولاتی مثل بستنی به کنترل اندازه کریستال های یخ کمک کرده و علاوه بر احساس دهانی خوب، می تواند باعث مقاومت به شوک حرارتی شود که همه موارد استفاده از CMC در این محصولات را مورد توجه قرار داده است.
سس ها: اثر تغلیظ کنندگی CMC در محصولاتی مثل سس های سالاد و سس های گوجه فرنگی حائز اهمیت است. از ویژگی های مناسب آن در این محصولات، انحلال سریع در آب سرد و گرم بوده که به محصولات در تحمل سطوح پایین pH کمک می کند. به علت تنوع در انواع این ماده و مناسب بودنشان، استفاده از آن در محصولاتی مثل انواع سس گوجه فرنگی و کچاپ را قابل توجه کرده است.
نوشیدنی ها: برای نوشیدنی های آماده مصرف CMC ویژگی های ویسکوزیته خوبی دارد. همچنین در نوشیدنی های کم کالری با شیرین کننده های جایگزین شکر می تواند احساس دهانی خوب ایجاد کند که مشابه احساس دهانی محصولات حاوی سیروپ گلوکز و ساکاروز است. برای نوشیدنی های حاوی پالپ میوه جات هم مناسب است زیرا به معلق ماندن پالپ ها کمک می کند.
محصولات پخت: در محصولاتی مثل میکس کیک ها، پوشش های محصولات پختکه توسعه و گستره ی ویسکوزیته مهم می باشد، استفاده از CMC مناسب است. چرا که تغییرات حجمی را بهبود می بخشد. همچنین اگر از تکه های میوه ها برای لا به لای کیک یا محصولات پخت استفاده شود، CMC به تعلیق ذارت میوه و … در بافت محصول نهایی کمک می کند. زمانی که در این دسته از محصولات از CMC استفاده شود به میزان بیشتری ازآب نیاز است و البته کاربرد آن در فرمولاسیون در حفظ رطوبت حین انبارمانی موثر می باشد.
محصولات شیر با pH پایین: به علت طبیعت یونی CMC می تواند با پروتئین های محلول واکنش داده و ایجاد کمپلکس در نقطه یا محدوه pH ایزوالکتریک پروتئین نماید. در محصولات شیر ترش با pH بین 8/3 تا 5 می تواند با کازئین واکنش داده و یک کمپلکس محلول بوجود آورد که در شرایط انبارداری و تیمارهای حرارتی پایدار باشد.
کاربرد در صنایع دارویی
کربوکسی متیل سلولز در داروسازی به عنوان روان کننده عمل کرده و در تولید قطره های چشم استفاده می شود. کربوکسی متیل سلولز در داروسازی به دلیل داشتن ویسکوزیته کم و متوسط می تواند به عنوان چسب و روکش قرص نیز استفاده شود. کربوکسی متیل سلولز به عنوان یک تجزیه کننده نیز در قرص ها می تواند مصرف شود که تجزیه قرص در روده را تسهیل می کنند. از سایر ویژگی های مناسب کربوکسی متیل سلولز در داروسازی مقاومت در برابر پوسیدگی و بی ضرر بودن آن است. همچنین از خاصیت تثبیت کنندگی آن هم در این صنعت می توان بهره برد. CMC در زمینه پزشکی نیز کاربرد دارد به عنوان مثال گاهی برای تشکیل ژل هایی در جراحی های قلب ، قفسه سینه و قرنیه از محلول های CMC استفاده میشود. کربوکسی متیل سلولز به عنوان یک امولسیون تزریق هم می تواند مورد استفاده قرارگیرد.
صنعت کاشی و سرامیک
این ماده در صنایع کاشی و سرامیک به عنوان تثبیتکننده جلا، نگهدارنده و جذب کنندهی آب، تشکیل دهندهی لایه، غلظت دهنده و بهبود دهندهی استحکام قطعه قالب شده استفاده میشود. این ماده در شکل گیری و چسبندگی بین لعاب و چینی، ملات نسوز و همچنین زیبایی و درخشندگی محصول نهایی تاثیر گذار است. استفاده از این ماده باعث میشود که محصولات بدون هیچگونه ترک و حباب باشند و در نتیجه به شکل زیباتری تولید شوند. استفاده از این ماده همچنین قدرت چسبندگی را نیز افزایش میدهد و باعث شکلپذیری آسان و افزایش استحکام محصول تا 2 یا 3 برابر میشود. افزودن این ماده قدرت پخششوندگی لعاب را نیز بهبود میبخشد.
صنعت رنگ و رزین
کربوکسی متیل سلولز به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگهای امولسیونی و لاتکسی، پایدار کننده سوسپانسیون و پایدار کننده ذرات کلوئیدی قابل استفاده است. حضور این ماده در رنگ موجب روان شدن ودر نتیجه بهبود حرکت قلممو اثر میشود. یکی دیگر از کاربردهای این ماده استفاده از آن در رنگهای محلول به عنوان مادهای برای پر کردن منافذ موجود در سطوح منفذدار مانند سطح دیوار گچی است.
CMC در صنعت چاپ، به خصوص در چاپ به روش لیتوگرافی با توجه به ویژگیهای شیمیایی خود دارای دو اثر است.الف) ایجاد یک فیلم یکنواخت بر روی سطوح مختلف به عنوان یک عامل محافظ آبدوست بر روی سطوح چاپ شده عمل میکند
ب) با توجه به ماهیت آبدوست کربوکسی متیل سلولز یا سی ام سی، در جوهرهای پایه آبی به عنوان قوام دهنده و غلیظ کننده میتواند استفاده شود.
به طور کلی این ماده عامل حجمدهنده خوبی برای مواد پرکننده در صنعت رنگ، نگهدارنده و جذب کننده آب، تشکیل دهنده لایه، تعلیقساز ذرات، نگهدارنده رنگ، غلظتدهنده، تثبیتکننده و یکنواخت کننده مناسبی است که به همین دلایل امروزه در صنعت رنگ و رزین مورد استفاده قرار میگیرد.
صنعت نساجی
خواص و ویژگیهای کربوکسی متیل سلولز باعث شده که از این محصول در صنعت نساجی نیز استفاده شود. از جمله این خواص ویژه میتوان به: قابلیت هماهنگ کنندگی تار و پود، نگهداری و جذب آب، غلظت دهندگی در خمیرهای چاپ بر روی منسوجات پارچهای، ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل پارچه ، ایجاد چسبندگی مناسب برای الیاف و ایجاد استحکام و مقاومت در برابر فرسودگی اشاره نمود. شاید عام ترین و آشناترین کاربرد این ماده در صنایع نساجی، استفاده از آن به عنوان آهار برای سفت و استوار کردن بخشهایی از پارچه مانند یقه کت و پیراهنهای مردانه باشد.
با استفاده از کربوکسی متیل سلولز یا سی ام سی در ساختار پارچههایی که با الیاف نخی و کتان هستند، میتوان این البسه را از لحاظ وزنی سبک نمود و مانع از بین رفتن و فساد آنها شد. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرآیند چاپ (به طور خاص چاپ سیلک) مخصوصاً به روی پارچههای ابریشمی، به کار میرود.
صنعت کاغذسازی و مقوا
این ماده در پروسه کاغذسازی در سه بخش استفاده میشود. بخش اول استفاده مستقیم این ماده در فرمولاسیون کاغذ است که سبب افزایش مقاومت در برابر ساییدگی، قدرت کشش، سختی کاغذ، یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی میشود.
بخش دوم استفاده از کربوکسی متیل سلولز یا سی ام سی برای سطح کاغذ است. در این حالت این ماده باعث تشکیل لایه چسبنده، افزایش استحکام سطح در مقابل سایش، بهبود خواص فیزیکی سطح، جلای سطح، مقاومت کاغذ در برابر مواد آلی و نیز بهبود انعطاف سطحی در برابر تاشدگی میشود. سی ام سی در ساخت مقوای چیندار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته، تثبیت کننده برای خمیرهای نشاستهای و یا به عنوان چسب نیز استفاده میشود.
بخش سوم نیز شامل استفاده از این ماده در پوششهایی میشود که، برای بهبود خواص کاغذ از آنها استفاده میشود.
صنعت شویندهها و صابونها
از ویژگیهای منحصر به فرد CMC این است که دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی است و افزایش مقدار کمی از آن به شویندهها موجب معلق ماندن چرک جدا شده میگردد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر میکند و اجازه نمیدهد چرک در لابهلای آن جا گیرد و به اصطلاح ازچرک مردگی جلوگیری میکند. از همه مهمتر آن است که سی ام سی میتواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت دهد، ساختار آن را تثبیت بخشد و باعث تعلیقسازی ذرات و خاک شود و در کنار آن به پوست آسیبی نرساند.
از سایر کاربرد های cmc می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سی ام سی به عنوان مانع رشد کریستالهای یخ و عامل ایجاد حالت ژلهای در تولید یخهای ژلاتینی (که به عنوان محافظ پوست و خنک کننده مواد و داروهای حساس پزشکی استفاده می شود) کاربرد دارد.
- این ماده به جهت دارا بودن خواصی چون پایدارکنندگی، متراکم کردن مواد و عامل ضد تعلیق بودن، به عنوان چسب برای مواد موجود در آند در سیستمهای آبی (اعم از باتریهای خانگی و غیرخانگی) مورد استفاده قرار میگیرد. مقدار مناسبی از این چسب میتواند منجر به افزایش ظرفیت تماس، افزایش طول عمر و کاهش مقاومت داخلی باتری شود.
- اینماده به علت خاصیت تشکیل فیلم، کشش سطحی خوب و همچنین چسبندگی مناسب (به دلیل وجود زنجیره بلند سلولزی)، در فرمولاسیون چسب کاغذ دیواری (در تهیه چسب کاغذ دیواری، سی ام سی یکی از مواد اصلی ست و درصد قابل توجهی از فرمولاسیون را تشکیل می دهد)، چسب خمیرکاغذ، چسب کاغذ سنباده، چسب چرم و غیره به کار میرود.
از cmc به دلیل ویژگی هایی که دارد، می توان در تولید سموم و آفت کش ها و به ندرت در برخی زمینه ها مثل راهسازی برای تولید خاک های روان، چرم و ساختمان هم استفاده کرد. در این موارد در صورت وجود جایگزین ها با هزینه های کمتر و ایجاد همین ویژگی ها می توان استفاده نمود.