CMC vs CMS: carboximetilcelulose ou carboximetil amido — custo, desempenho e onde cada um vence

A CMC e o CMS são produzidos pela mesma química de carboximetilação sobre polissacarídeos diferentes: a CMC sobre celulose e o CMS sobre amido. O CMS costuma ser a opção de menor custo por quilo e tem bom desempenho onde viscosidade moderada, formação de filme e retenção de água são suficientes, como na colagem superficial de papel, na engomagem têxtil e no controle de perda de filtrado em fluidos de temperatura moderada. A CMC se sai melhor quando é preciso alta viscosidade com baixa dosagem, alto DS ou alta pureza, transparência, tolerância a sal ou estabilidade da solução a longo prazo.

Química: mesma reação, cadeia principal diferente

Ambos os produtos partem de um polímero de glicose alcalinizado com hidróxido de sódio e eterificado com ácido monocloroacético, e ambos contêm cloreto de sódio e glicolato de sódio como subprodutos, a menos que sejam removidos por lavagem. A diferença está na cadeia principal. A celulose é uma cadeia linear de unidades de glicose com ligações β-1,4 e alto grau de polimerização, por isso seus derivados desenvolvem alta viscosidade. O amido, de milho, mandioca, batata ou trigo, é composto de amilose, majoritariamente linear, e de amilopectina, altamente ramificada, com ligações α-1,4 e α-1,6; moléculas ramificadas ocupam menor volume hidrodinâmico, por isso o CMS espessa menos por grama.

Os graus de CMS da Sentai têm DS de 0.30–0.85 e pureza ≥ 80 %, com pH da solução de 8–12 (7–11 para o grau papel) e finura de 60–80 mesh. Seus graus de CMC abrangem DS de 0.4 a ≥ 1.2 e pureza de 55 % nos graus técnicos a ≥ 99.5 % nos graus refinados.

Desempenho comparado

Estabilidade e temperatura

As ligações α-glicosídicas do amido são o alvo natural das enzimas amilases, que muitos micro-organismos produzem; por isso, soluções de CMS, banhos de engomagem e fluidos perdem viscosidade mais rápido se forem armazenados ou recirculados sem conservante. Em fluidos de perfuração, aditivos de controle de filtrado à base de amido normalmente ficam limitados a cerca de 120 °C (250 °F), enquanto PAC e CMC são normalmente usadas até cerca de 120–150 °C. Os derivados de amido, porém, toleram bem o sal e são usados há muito tempo em fluidos saturados de sal.

Transparência, pureza e resíduos

A CMC refinada produz soluções transparentes e lisas, com muito pouco sal. O CMS normalmente é fornecido com menor pureza e dá soluções mais turvas, o que não importa em papel, fluidos de perfuração ou engomagem, mas o exclui de bebidas transparentes, pastas para baterias e outras aplicações de alta pureza.

Lógica de custo: preço por quilo versus custo em uso

O amido é uma matéria-prima mais barata que a celulose refinada; por isso, o CMS costuma ser mais barato por quilo. O que importa, porém, é o custo para atingir a meta de desempenho. Uma fórmula útil: custo em uso = preço por quilo × dosagem necessária para atingir a meta. Apenas como ilustração: se um CMS custa 60 % do preço por quilo de uma CMC, mas precisa de 1.4 vez a dosagem para a mesma retenção de água, seu custo em uso é 84 % do da CMC — ainda uma economia, mas bem menor do que a tabela de preços sugere.

Os custos ocultos também entram no cálculo: conservantes, dissolução mais longa, maiores volumes para armazenar e dosar, e o risco de um lote fora de especificação. A classificação aduaneira também difere, com a CMC na posição HS 3912.31 e o CMS na HS 3505.10; por isso, verifique a alíquota aplicável no seu mercado.

Onde cada um vence

Misturas e substituição parcial

As duas químicas são compatíveis, e a resposta mais econômica muitas vezes é uma mistura. Substitua a CMC pelo CMS em etapas, por exemplo um quarto e depois metade, e em cada etapa meça a propriedade que importa: retenção de água e runnability nas tintas de revestimento, filtrado API nos fluidos de perfuração ou eficiência de tecelagem na engomagem. Pare quando a propriedade ou a janela de processo começar a se deslocar.

Como a Sentai pode ajudar

A Sentai produz as duas químicas em um único site em Xiangtan: 10 000 t/yr de CMC e PAC e uma linha dedicada de 5000 t/yr de CMS que produz CMS-H, CMS-M, CMS-L e o grau papel CMS-P. Para fábricas de papel, a CMC grau papel série PC cobre 7–600 mPa·s (solução a 2 %) ao lado do CMS-P, de modo que a equipe de aplicações pode propor uma CMC, um CMS ou uma mistura e compará-los no mesmo ensaio. Amostras grátis de 100–300 g estão disponíveis.