КМЦ (CMC) или КМК (CMS): карбоксиметилцеллюлоза или карбоксиметилкрахмал — стоимость, эффективность и где выигрывает каждый
Чем карбоксиметилцеллюлоза и карбоксиметилкрахмал различаются по химическому строению, вязкости, стабильности и затратам на применение и где каждый из них предпочтительнее — в бумажной промышленности, буровых растворах, текстиле и моющих средствах.
Лаборатория прикладных исследований Sentai · · 6 мин чтения
КМЦ (CMC) и КМК (CMS) получают одной и той же реакцией карбоксиметилирования разных полисахаридов: КМЦ — целлюлозы, КМК — крахмала. КМК обычно дешевле в расчете на килограмм и хорошо работает там, где достаточно умеренной вязкости, пленкообразования и водоудержания, — например, в поверхностной проклейке бумаги, шлихтовании текстиля и снижении водоотдачи буровых растворов при умеренных температурах. КМЦ выигрывает там, где нужны высокая вязкость при низкой дозировке, высокая СЗ (DS) или чистота, прозрачность, солестойкость или долговременная стабильность раствора.
Химия: та же реакция, другая полимерная основа
Оба продукта получают из полимера глюкозы, который алкализуют гидроксидом натрия и этерифицируют монохлоруксусной кислотой; оба содержат побочные продукты — хлорид натрия и гликолят натрия, если их не отмывают. Различие — в основной цепи. Целлюлоза представляет собой линейную цепь из звеньев глюкозы, соединенных β-1,4-связями, с высокой степенью полимеризации, поэтому ее производные дают высокую вязкость. Крахмал из кукурузы, маниоки, картофеля или пшеницы состоит из преимущественно линейной амилозы и сильно разветвленного амилопектина со связями α-1,4 и α-1,6; разветвленные молекулы занимают меньший гидродинамический объем, поэтому КМК (CMS) в расчете на грамм загущает слабее.
Марки КМК (CMS) Sentai имеют СЗ (DS) 0.30–0.85, чистоту ≥ 80 %, pH раствора 8–12 (7–11 для бумажной марки) и тонину помола 60–80 mesh. Марки КМЦ (CMC) охватывают СЗ от 0.4 до ≥ 1.2 и чистоту от 55 % для технических марок до ≥ 99.5 % для очищенных.
Сравнение характеристик
| Свойство | КМЦ (CMC), диапазоны Sentai | КМК (CMS), диапазоны Sentai |
|---|---|---|
| Основная цепь | Целлюлоза: линейная, связи β-1,4 | Крахмал: связи α-1,4 и α-1,6, частично разветвленный |
| Степень замещения | от 0.4 до ≥ 1.2 в зависимости от марки | 0.30–0.85 |
| Чистота | от 55–70 % (технические марки) до ≥ 99.5 % (очищенные) | ≥ 80 % |
| Вязкость | От 5–40 mPa·s при 2 % до 7 000–8 000 mPa·s при 1 % | от 8–60 mPa·s (CMS-L) до 150–200 mPa·s (CMS-H) при 2 %; CMS-P — 10–300 mPa·s при 2 % |
| pH раствора | 6.0–8.5 для большинства марок; 7–10 для технических марок | 8–12; 7–11 для CMS-P |
| Влажность | ≤ 8–10 % | ≤ 12 % |
| Биологическая стабильность | Устойчива к амилазе; разрушается целлюлазой | Разрушается амилазой и микроорганизмами; растворы требуют консервирования |
| Код ТН ВЭД (HS) | 3912.31 | 3505.10 |
| Мощности Sentai | 10 000 t/yr: КМЦ (CMC) и ПАЦ (PAC) | 5 000 t/yr на выделенной линии |
Стабильность и температура
α-гликозидные связи крахмала — естественная мишень амилаз, которые вырабатывают многие микроорганизмы, поэтому растворы КМК (CMS), шлихтовальные составы и буровые растворы быстрее теряют вязкость при хранении или рециркуляции без консерванта. В буровых растворах понизители фильтрации на основе крахмала обычно ограничены температурой около 120 °C (250 °F), тогда как ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) обычно применяют примерно до 120–150 °C. Вместе с тем производные крахмала хорошо переносят соли и давно применяются в соленасыщенных растворах.
Прозрачность, чистота и остаточные примеси
Очищенная КМЦ (CMC) дает прозрачные однородные растворы с очень низким содержанием соли. КМК (CMS) обычно поставляется с меньшей чистотой и дает более мутные растворы — для бумаги, буровых растворов и шлихтования это не важно, но исключает его применение в прозрачных напитках, аккумуляторных пастах и других областях, требующих высокой чистоты.
Экономика: цена за килограмм или стоимость применения
Крахмал — более дешевое сырье, чем очищенная целлюлоза, поэтому КМК (CMS) обычно дешевле в пересчете на килограмм. Однако важна стоимость достижения целевых характеристик. Полезная формула: стоимость применения = цена за килограмм × дозировка, необходимая для достижения цели. Исключительно для иллюстрации: если КМК стоит 60 % от цены КМЦ (CMC) за килограмм, но для того же водоудержания требует в 1.4 раза большей дозировки, ее стоимость применения составит 84 % от стоимости КМЦ — это все еще экономия, но гораздо меньшая, чем следует из прайс-листа.
В расчет следует включать и скрытые затраты: консерванты, более длительное растворение, большие объемы хранения и дозирования, а также риск выпуска партии с несоответствием спецификации. Различается и таможенная классификация: КМЦ (CMC) относится к коду ТН ВЭД (HS) 3912.31, а КМК (CMS) — к коду 3505.10, поэтому уточните ставку пошлины, действующую на вашем рынке.
Где выигрывает каждый продукт
| Применение | Где выигрывает КМК (CMS) | Где выигрывает КМЦ (CMC) |
|---|---|---|
| Бумага | Удержание наполнителя, поверхностная проклейка и вспомогательное связующее для мелования, когда решающую роль играет цена (CMS-P) | Водоудержание меловальных паст, функция носителя оптических отбеливателей, жиростойкость и прочность в сухом состоянии при введении в мокрую часть |
| Буровые растворы | Снижение водоотдачи в соленых растворах при умеренной температуре, совместно с биоцидом | Морская вода, KCl и малоглинистые полимерные растворы, повышенные температуры и длительный срок службы раствора — ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) |
| Текстиль | Экономичное шлихтование основы и загущение печатных красок | Четкая печать активными красителями и чистая отмывка — КМЦ (CMC) с высокой СЗ (DS) |
| Моющие средства | Недорогой загуститель или связующее в экономичных рецептурах | Антиресорбционное действие на хлопке: целлюлозная основная цепь КМЦ (CMC) адсорбируется на волокне |
| Строительные материалы | Недорогое загущение и водоудержание | Водоудержание за счет повышенной вязкости при малой дозировке |
Смешивание и частичная замена
Эти два продукта химически совместимы, и наиболее экономичным решением часто оказывается их смесь. Заменяйте КМЦ (CMC) на КМК (CMS) поэтапно, например сначала на четверть, затем наполовину, и на каждом этапе измеряйте ключевой показатель: водоудержание и ходовые свойства меловальных паст, водоотдачу по API буровых растворов или эффективность ткачества при шлихтовании. Остановитесь, как только показатель или технологическое окно начнут смещаться.
Чем может помочь Sentai
Sentai производит оба продукта на одной площадке в Сянтане: 10 000 т/год КМЦ (CMC) и ПАЦ (PAC) и отдельная линия КМК (CMS) мощностью 5 000 т/год, на которой выпускаются CMS-H, CMS-M, CMS-L и бумажная марка CMS-P. Для бумажных фабрик серия КМЦ PC охватывает диапазон 7–600 мПа·с (2 % раствор) наряду с CMS-P, поэтому специалисты по применению могут предложить КМЦ, КМК или их смесь и сравнить варианты в одном испытании. Доступны бесплатные образцы 100–300 г.
FAQ
Чем отличаются КМЦ (CMC) и КМК (CMS)?+
Оба продукта — натриевые соли карбоксиметиловых эфиров, получаемые с использованием гидроксида натрия и монохлоруксусной кислоты. КМЦ (CMC) производится из целлюлозы и обеспечивает более высокую вязкость, варианты высокой чистоты и лучшую долговременную стабильность растворов. КМК (CMS) производится из крахмала, дешевле в расчете на килограмм и дает более низкую вязкость.
Дешевле ли КМК (CMS), чем КМЦ (CMC)?+
Как правило, да — в пересчете на килограмм, поскольку крахмал — более дешевое сырье. Но корректнее сравнивать затраты на применение: цену, умноженную на дозировку, необходимую для достижения целевых показателей. Для КМК (CMS) может потребоваться более высокая дозировка, что сокращает экономию.
Может ли КМК (CMS) заменить КМЦ (CMC) в производстве бумаги?+
Частично. КМК (CMS) хорошо подходит для удержания наполнителя, поверхностной проклейки и как вспомогательное связующее в меловальных пастах; его часто применяют в смеси с КМЦ (CMC). Для водоудержания меловальных паст, переноса оптических отбеливателей и получения жиростойких пленок КМЦ остается лучшим выбором.
Применяется ли карбоксиметилкрахмал в буровых растворах?+
Да. КМК (CMS) — экономичный понизитель фильтрации, особенно для соленых растворов при умеренных температурах, однако он требует применения биоцида, а его температурный предел обычно составляет около 120 °C. Для более горячих скважин и сложных полимерных растворов предпочтительна ПАЦ (PAC).
Какие коды ТН ВЭД (HS) у КМЦ (CMC) и КМК (CMS)?+
Натриевая карбоксиметилцеллюлоза классифицируется по коду ТН ВЭД (HS) 3912.31, а карбоксиметилкрахмал натрия — по коду 3505.10. Проверьте местные таможенные тарифы, поскольку ставки пошлин для этих продуктов могут различаться.
Источники
