Karboksimetyyliselluloosa

Karboksimetyyliselluloosa eli CMC on puolisynteettinen polymeerin ja selluloosan johdannainen. Rakenteeltaan se eroaa selluloosasta siten, että osa selluloosamolekyylin hydroksyyliryhmistä on korvautunut karboksimetyyliryhmillä. Tuote myydään usein natriumsuolanaan natriumkarboksimetyyliselluloosana. Karboksimetyyliselluloosaa käytetään monissa sovelluksissa stabilointi- ja täyteaineena.

Valmistus
Karboksimetyyliselluloosan valmistus tapahtuu kahdessa osassa. Ensimmäisessä vaiheessa valmistetaan natriumhydroksidin ja selluloosan kompleksi käsittelemällä selluloosaa natriumhydroksidilla. Karboksyyliryhmät liitetään polymeeriin kloorietikkahapolla tai sen natriumsuolalla natriumklooriasetaatilla. Reaktio tapahtuu 50 °C:n lämpötilassa. Karboksyylimetyyliselluloosaprosessin liuottimena käytetään useimmiten alkoholeja, kuten etanolia, propanolia ja tert-butanolia sekä näiden seoksia. Karboksyylimetyyliselluloosan lisäksi reaktion sivutuotteena muodostuu natriumglykolaattia, johtuen kloorietikkahapon hydrolyysistä. Valmistusreaktiota voidaan kuvata seuraavalla reaktioyhtälöllä, jossa selluloosan sokerirunkoa merkitään Rcell-merkinnällä:
RcellOH + NaOH + ClCH2COOH → RcellOCH2COOH + NaCl

Tuote puhdistetaan epäpuhtauksista asetonilla, kuivataan, jauhetaan ja pakataan.

Ominaisuudet

Liukoisuus
Karboksimetyyliselluloosa liukenee veteen ja alkoholeihin muttei muihin orgaanisiin liuottimiin. Karboksimetyyliselluloosan liukoisuus veteen riippuu polymeeriketjun pituudesta. Mitä pitempi selluloosarunko on, sitä huonommin polymeeri myös liukenee. Ketjunpituuden lisäksi liukoisuuteen vaikuttaa myös substituutioaste. Karboksyylimetyyliselluloosa liukenee sitä paremmin veteen, mitä suurempi on substituutioaste. Kaupallisessa laadussa se on usein välillä 0,4–1,4. Liukoisuuteen vaikuttaa lisäksi myös liuoksen pH-arvo. Karboksyylimetyyliselluloosan sisältämät karboksyyliryhmät protonoituvat pH-välillä 4–5, ja tässä happomuodossaan se on veteen liukenematonta.

Reologiset ominaisuudet
Karboksimetyyliselluloosaliuokset ovat varsin viskooseja ja käyttäytyvät joko pseudoplastisesti, tiksotrooppisesti tai dilatantisti. Viskositeetti riippuu polymeerin koosta ja substituutioasteesta. Mitä pitempi polymeeri, sitä suurempi on viskositeetti. Substituutioasteen vaikutus on käänteinen eli korkean substituutioasteen karboksimetyyliselluloosa on vähemmän viskoosia kuin vähemmän substituoidut laadut. Rakenteellisten ominaisuuksien lisäksi reologiset ominaisuudet riippuvat myös pH-arvosta. Suurimmillaan viskositeetti on alueella 9–10, ja tällöin liuos on myös kaikkein stabiilein.

Käyttö
Karboksyylimetyyliselluloosaa myydään maailmanlaajuisesti vuosittain arviolta 230 000 tonnin verran. Sitä käytetään elintarviketeollisuudessa sakeuttamisaineena esimerkiksi jäätelöissä. Sen E-koodi on E 466. Sakeuttamiseen sitä käytetään myös hammastahnoissa ja öljyteollisuudessa. Sitä käytetään myös tapettiliistereissä, lääkkeiden täyteaineena, vettä sitovana polymeerinä, tekstiiliteollisuudessa, väriaineissa ja paperiteollisuudessa sidosaineena.

Lähteet

57.2 Biokemia
Polymeerit
Polysakkaridit