ما هو كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)؟ الاستخدامات والدرجات والمواصفات

كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) إيثر سليلوز قابل للذوبان في الماء، يُصنع بربط مجموعات كربوكسي ميثيل بالسليلوز المستخلص من لب الخشب أو زغب القطن. وما يُباع باسم CMC هو دائمًا تقريبًا ملح الصوديوم منه — أي كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، الذي يُشار إليه أيضًا بصمغ السليلوز أو E466 أو CAS 9004-32-4 — وهو مسحوق أبيض إلى أبيض باهت يذوب في الماء البارد أو الساخن ليعطي محلولًا شفافًا لزجًا. وتستخدمه الصناعة مكثفًا ورابطًا ومثبتًا ومكوّنًا للأغشية وعاملًا لاحتباس الماء في منتجات تمتد من أنودات بطاريات الليثيوم أيون والآيس كريم إلى أطيان الحفر وطلاءات الورق ومنظفات الغسيل. وتحدد ثلاثة أرقام الصنف: درجة الاستبدال (DS) واللزوجة والنقاوة.

ما هو كربوكسي ميثيل السليلوز

السليلوز سلسلة طويلة من وحدات الجلوكوز، تحمل كل منها ثلاث مجموعات هيدروكسيل. وفي CMC يتحول بعض هذه الهيدروكسيلات إلى مجموعات إيثر كربوكسي ميثيل (–CH₂–COONa). وتجعل مجموعات الكربوكسيلات المشحونة السلسلةَ قابلة للذوبان في الماء وتمنح CMC طابعه الأنيوني، فيمتز على الجسيمات والألياف ويُبقيها متباعدة، ويكثّف الماء بجرعة منخفضة.

يُصنع CMC بقلونة السليلوز بهيدروكسيد الصوديوم وأثرنته بحمض أحادي الكلوروأسيتيك. ويخلّف التفاعل كلوريد الصوديوم وجلايكولات الصوديوم نواتجَ ثانوية، تُزيلها أصناف البطاريات والأغذية بالغسل المتكرر بالمحلول المائي الكحولي. وتُذكر النقاوة على أساس جاف بوصفها 100 % ناقص مجموع NaCl وجلايكولات الصوديوم، لذا لا يحتوي الصنف ذو النقاوة 99.5 % على أكثر من 0.5 % من هذه الأملاح إجمالًا.

CMC الصوديوم مقابل CMC: هل هناك فرق؟

في التجارة وفي معظم أوراق المواصفات، يُقصد بـ «CMC» ملح الصوديوم. فكربوكسي ميثيل السليلوز في شكله الحمضي الحر لا يذوب في الماء، ولذلك يكاد لا يكون له أي استخدام تجاري؛ ومعادلته بالصوديوم هي ما يجعل المنتج فعّالًا. والمشتري الذي يطلب «CMC الصوديوم» أو «CMC-Na» أو «صمغ السليلوز» يطلب الكيمياء نفسها. وتكمن الفروق الحقيقية بين منتجين من CMC في DS واللزوجة والنقاوة وشكل الجسيمات، لا في الاسم.

كثيرًا ما تُذكر مادتان وثيقتا الصلة إلى جانب CMC. فالسليلوز متعدد الأنيونات (PAC) هو أيضًا كربوكسي ميثيل السليلوز، لكن باستبدال أعلى وأكثر انتظامًا لسوائل الحفر بالمياه المالحة. أما نشا كربوكسي ميثيل الصوديوم (CMS) فيطبّق الكيمياء نفسها على النشا بدلًا من السليلوز، فيعطي منتجًا أرخص بلزوجة أقل وعمر أقصر للمحلول.

الأرقام الثلاثة التي تحدد صنف CMC

درجة الاستبدال (DS)

DS هو متوسط عدد مجموعات الكربوكسي ميثيل لكل وحدة جلوكوز، من حد أقصى نظري يبلغ 3. ويحسّن DS الأعلى الذوبانية والشفافية وتحمّل الأملاح والماء العسر والأحماض؛ أما DS الأدنى فتكلفته أقل ويناسب تطبيقات مثل المنظفات. وتتراوح أصناف Sentai من DS بين 0.4–0.6 في CMC المنظفات إلى 0.9 فأكثر في أصناف الطلاءات وPAC، و0.95 فأكثر في الأصناف سريعة الذوبان.

اللزوجة

تعكس اللزوجة طول السلسلة (الوزن الجزيئي) وتحدد كمية CMC التي تحتاجونها للوصول إلى القوام المستهدف. وتمتد مجموعة Sentai من نحو 5 إلى 8,000 mPa·s، من أصناف الورق والمنظفات منخفضة اللزوجة إلى أصناف الحفر والتعدين والأغذية عالية اللزوجة.

تُحدَّد الأصناف عالية اللزوجة في محلول 1 % والأصناف منخفضة اللزوجة في محلول 2 %، وكلاهما عند 25 °C بمقياس لزوجة Brookfield على أساس جاف. ولا تقارنوا أبدًا قيمًا مقاسة عند تراكيز مختلفة.

النقاوة

النقاوة هي حصة المنتج الجاف التي تتكون من CMC الصوديوم لا من الأملاح الناتجة الثانوية. وتحتفظ الأصناف التقنية بجزء من كلوريد الصوديوم وجلايكولات الصوديوم، وهو أمر مقبول في المنظفات والسيراميك وسوائل الحفر ويخفض السعر؛ وتتراوح نقاوة الأصناف التقنية من Sentai بين نحو 55 % و96 %. أما CMC بدرجة البطاريات وCMC بدرجة غذائية فيُكرَّران حتى ≥ 99.5 %، فيما تقع أصناف معجون الأسنان والأصناف الصناعية العامة بين 98 % و99.5 %.

فيمَ يُستخدم CMC

يؤدي CMC عبر الصناعات المختلفة عددًا محدودًا من الوظائف — التكثيف والربط والتعليق والتثبيت واحتباس الماء وتكوين الأغشية — ويعطي كل تطبيق كلًّا منها وزنًا مختلفًا. ويربط الجدول الاستخدامات الرئيسية بعائلة منتجات Sentai المصممة لكل منها.

مسحوق CMC أم CMC حبيبي أم سريع الذوبان؟

يُشحن معظم CMC على شكل مسحوق ناعم، وهو الأسرع إماهةً لكنه يكوّن تكتلات إذا أُلقي في الماء دفعة واحدة. أما CMC الحبيبي فيُكتَّل في جسيمات أكبر سهلة الانسياب تُطلق غبارًا أقل وتترطب بشكل أكثر تجانسًا. ويُعالَج CMC سريع الذوبان سطحيًا بحيث تتشتت الجسيمات قبل أن تنتفخ، مما يتيح تحضير المحلول دون تكتلات في خلاطات بسيطة. ويمكن لـ Sentai تكييف حجم الجسيمات والتحبيب والمعالجة السطحية بما يلائم عملية العميل.

هل CMC آمن؟

كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم بدرجة غذائية مضاف غذائي معتمد في الأسواق الرئيسية: فهو E466 في الاتحاد الأوروبي، وINS 466 في نظام Codex، ومعترف به عمومًا على أنه آمن (GRAS) في الولايات المتحدة بموجب 21 CFR 182.1745 عند استخدامه وفق ممارسات التصنيع الجيدة، ويغطيه في الصين المعيار GB 1886.232-2016. وقد قيّمته JECFA وحددت له مدخولًا يوميًا مقبولًا «غير محدد». ولا يجوز أن تُستخدم في الأغذية إلا الأصناف المصنّعة والمختبرة وفق معيار غذائي؛ أما الأصناف التقنية فهي للاستخدام الصناعي.

ما الذي يحدد سعر CMC

• النقاوة: يتطلب التكرير حتى ≥ 99.5 % غسلًا متكررًا بالمحلول المائي الكحولي، لذا تكون تكلفة الأصناف المكررة أعلى من الأصناف التقنية.
• DS واللزوجة: يستهلك الاستبدال الأعلى كمية أكبر من الكواشف، وتحتاج الأصناف عالية اللزوجة إلى سليلوز أجود.
• الاختبارات والمعايير: يضيف عدّ جسيمات الهلام في أصناف البطاريات، والاختبار وفق المعايير الغذائية، والشهادات إلى التكلفة.
• الشكل الفيزيائي: تتطلب الأصناف المحببة والأصناف سريعة الذوبان المعالجة سطحيًا خطوات معالجة إضافية.
• التعبئة والحجم ومصطلحات Incoterms: تُغيّر أكياس 25 kg أو أكياس الجامبو، والحاويات الكاملة، وشروط FOB أو CFR أو CIF السعرَ عند التسليم.

للحصول على عرض سعر، أرسلوا التطبيق والمواصفة المستهدفة وحجمكم السنوي؛ وتقدّم Sentai عروض الأسعار لكل صنف بشروط FOB أو CFR أو CIF أو EXW.

كيف تحددون مواصفات CMC عند الشراء

1. صِفوا التطبيق والعملية: ما الذي يجب أن يؤديه CMC، وبأي جرعة، وفي أي ماء، وعند أي درجة حرارة.
2. اذكروا اللزوجة مع طريقة قياسها: التركيز (1 % أو 2 %)، ودرجة الحرارة، ومقياس اللزوجة، والمغزل، والسرعة.
3. حددوا حدود DS والنقاوة وكلوريد الصوديوم بما يناسب التطبيق.
4. أضيفوا pH والرطوبة وحجم الجسيمات، وكذلك سلوك الإذابة إذا كان هناك خطر تكوّن تكتلات.
5. حددوا المعيار الذي تحتاجونه، مثل GB 1886.232-2016 للأغذية أو GB/T 5005 لسوائل الحفر، واطلبوا شهادة تحليل مع كل تشغيلة.
6. جرّبوا عينة في تركيبتكم الخاصة قبل اعتماد أي مورّد.