سی ام سی، کربوکسیل متیل سلولز Carboxymethyl cellulose (CMC) یا صمغ گلوکز یکی از مشتقات سلولز است که کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارد. کربوکسی متیل سلولز سومین مشتق مهم صنعتی سلولز پس از سلولز گزانتات و سلولز استات است که در دو گرید غذایی و صنعتی تولید می شود.
سی ام سی یکی از مهمترین محصولات اتری سلولز است که به دلیل حلالیت کم در آب معمولا به صورت کربوکسی متیل سلولز سدیم مورد استفاده قرار می گیرد.
از آنجاییکه این ماده از سلولز طبیعی حاصل می شود، می تواند به صورت بیولوژیکی تجزیه شود و با محیط زیست بسیار سازگار است، بنابراین بدون نگرانی می توان بطور گسترده از آن استفاده کرد.
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.
کربوکسی متیل سلولزها ترکیباتی (پلیمرهایی) هستند که به راحتی در آب حل می شوند
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 نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه، باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا می‌شود و در نهایت مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌برد. کربوکسی متیل سلولز هم اکنون یکی از ضروری‌ترین افزودنی‌های خوراکی محسوب می‌شود که به طور گسترده‌ای در بستنی با کیفیت بالا (جهت مقاومت در برابر ذوب شدن)، انواع شیرینی، بیسکویت، کیک، کلوچه، آب‌نبات، آبمیوه‌ها، نوشیدنی‌های مایع، محصولات لبنی و گوشتی، غذاهای منجمد، ماکارونی‌های فوری، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌گردد. یکی از کاربردهای مهم CMC پایداری و محافظت از پروتئین‌ها به ویژه پروتئین سبوس است. 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.
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.
صنایع دارویی و آرایشی
خواص و ویژگی‌هایی چون تعلیق‌سازی ذرات، ابقای رنگ، محافظت از پوست، پراکندگی یکدست، زدایندگیی چرک و لکه، غلظت‌بخشی، تثبیت کنندگی، روانسازی و یکدست‌کنندگی سبب شده‌اند که از کربوکسی متیل سلولز یا سی ام سی در مصارف آرایشی و دارویی استفاده شود.
از کربوکسی متیل سلولز یا سی ام سی به دلیل مزه، طعم، جلا دهنده‌گی و خواص پایدارکنندگی سوسپانسیون در تولید خمیردندان، به دلیل پایدارکنندگی امولسیون، ایجاد یک لایه یکدست و غلظت دهندگی، در کرم‌های دست و لوسیون‌ها استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای این ماده در این صنعت می‌توان به کاربرد آن در شامپوها به دلیل خاصیت پایدار کنندگی کف تولید شده و افزایش قابل توجه میزان آبدوستی ماده شوینده و همچنین کاربرد آن در قرص‌های دارویی به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن، اشاره نمود.
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.
حفاری چاه‌های نفت
این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌کند. گرید حفاری نفت سی ام سی در سیال خرد کننده بافتهای زمین شناسی، سیال حفاری و سیمان حفر چاه، به عنوان عامل کنترل کننده میزان هدر رفت سیال حفاری و چسباننده مواد مختلف موجود در گل حفاری استفاده می‌شود. در حقیقت حضور سی ام سی در فرمولاسیون گل حفاری سبب محافظت از شفت اصلی حفاری و جلوگیری از اتلاف خود گل شده و در نتیجه میزان بهره‌وری حفاری را افزایش می‌دهد.
نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل از حفاری نفت، کاربرد دارد. در کل این ماده کاربردهایی نظیر: روان کنندگی، کنترل اتلاف مایع، جذب و نگهداری آب در مخلوط گل حفاری، درزگیری دیواره چاه و نوعی چسب برای تثبیت خاک دیواره چاه در صنعت نفت (به خصوص استخراج و حفاری)را دارا می‌باشد. دو ویژگی خاصی که سبب استفاده بیشتر از کربوکسی متیل سلولز در صنعت نفت شده است، یکی مقاومت و حفظ کارایی در حضور نمک‌های معدنی و دوم حفظ خواص در اثر تغییرات دمایی (مقاومت حرارتی) است.
لازم به ذکر است که اگرچه به دلیل حساسیت و ارزش بالای ماده استحصال شده (نفت) استفاده از این ماده در صنعت نفت متداول شده است، اما به طور کلی در هرنوع حفاری می،توان جهت بهبود عملکرد از این ماده استفاده نمود. به طور مثال با توجه به خاصیت این ماده در تثبیت خاک دیواره چاه، با استفاده از این ماده در حفاری چاه‌های عمیق، مشکلات بعدی کمتر خواهد شد.
الکترودهای جوشکاری
این ماده به دلیل داشتن خواصی چون تشکیل فیلم نازک، استحکام‌بخشی، غلظت‌دهندگی، روانسازی و یکدست‌کنندگی در ساخت الکترودهای جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرد.
تخته‌های چند لایه
این ماده به جهت دارا بودن خواصی چون تعلیق‌سازی ذرات، افزایش استحکام سازه، غلظت‌دهندگی، تثبیت‌کنندگی، مقاومت در برابر گرما، روانسازی و یکنواختی توزیع ذرات در سامانه، در صنایع چوب و به خصوص چوب فشرده و تخته‌های چند لایه کاربرد دارد.
به جهت اینکه این ماده خواص چسبندگی و یکنواختی توزیع ذرات را در سیستم‌های کامپوزیتی و مخلوط بهبود می‌بخشد، به همین دلیل در تولید تخته‌های چند لایه نیز سبب تقویت چسبندگی ذرات در کنار هم شده و در نتیجه استحکام سازه را افزایش می‌دهد. با توجه به آنکه این ماده خاصیت تشکیل فیلم مناسب و یکنواخت را دارد، سبب یکپارچگی و یکنواختی خواص ایجاد شده در کل سازه می‌شود.
صنعت باتری
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.
صنایع چرم
این محصول به عنوان عامل پرپشت کننده، بهبود دهنده خواص فیزیکی و مکانیکی سطح، براق کننده و جلا دهنده سطح و محافظ بافت چرم‌های مصنوعی(با توجه به خاصیت تشکیل دهندگی لایه و استحکام بخشی)، در صنایع چرم مصنوعی به کار می‌رود.
فرش و موکت
کاربرد سی ام سی به جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت قدمت نسبتا زیادی دارد. خواص خوب سی ام سی در ایجاد چسبندگی مناسب و ایجاد یک لایه محافظ بر روی تار و پود نخ های مورد استفاده در تولید فرش و موکت، این ماده را به عنوان یک آهار با کیفیت در صنعت نساجی مطرح کرده است.
چسب
این ماده 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.
سموم و آفتکشها
سی ام سی در صنعت تولید سموم و آفتکشها به عنوان عامل تعلیق‌ساز استفاده می‌شود.
استخراج معادن
ماده سی ام سی در صنعت استخراج معادن در یکی از مراحل جداسازی و استخراج ماده معدنی کاربرد دارد. از این ماده در مرحله حوضچه شناورسازی که در آن فلز اصلی را از ناخالصی‌ها جدا می‌کنند، استفاده می‌شود. در حقیقت نقش اصلی این ماده در این فرآیند، حضور به عنوان یک ماده با خلوص بالا جهت پایدار سازی سوسپانسیون موجود در حوضچه شناورسازی است. در حقیقت در صنعت استخراج از دسته‌ای از مواد به نام جذب کننده‌ها استفاده می شود، که به طور عمده این مواد از خانواده اترهای سلولزی و موادی مشابه مانند زانتان و گوارگام هستند.
ساخت پتینه و بلکا
با توجه به اینکه پتینه و بلکا ساختار سلولزی دارند، جهت بهبود چسبندگی این مواد به دیوار و یا هر سطحی که قرار است بر روی آن اعمال شوند، باید از مواد چسبنده ای که از لحاظ ساختاری شبیه ماده اصلی باشند استفاده شود. در نتیجه در این کاربرد سی ام سی به عنوان یک چسب قوی، بی خطر و دارای ساختار سلولزی گزینه بسیار مناسبی است که در فرمولاسیون ساخت پتینه به کار برده می شود. این ماده استحکام و یکدست بودن پتینه پس از اعمال بر روی سطح را افزایش می دهد.
صنعت ساختمان
امروزه با توجه به گسترش علم شیمی ساختمان و مشخص شدن تاثیر مستقیم استفاده از مصالح با کیفیت و افزودنی های بتن بر روی مقاومت سازه، استفاده از مواد افزودنی در صنعت ساختمان رو به گسترش است. ماده سی ام سی هم به سبب خاصیت غلظت دهندگی، قدرت جذب آب بالا و مقاومت شیمیایی مناسب در حضور یون‌های آهکی مانند کلسیم موجود در سیمان، به طور قابل توجهی در تولید افزودنی‌های بتن مانند روان سازها، چسب های کاشی، ضدیخ ها و همچنین در تولید ملات های خشک آماده، مورد استفاده قرار می گیرد.
تثبیت خاک‌های روان و راهسازی
با توجه به اینکه سی ام سی، یک ماده طبیعی و بی خطر بوده و دارای چسبندگی مناسب و خاصیت تشکیل فیلم دهندگی خیلی خوب است، می تواند به خوبی به عنوان جایگزین مالچ نفتی جهت تثبیت خاک‌های روان مورد استفاده قرار گیرد. علاوه براین، با توجه به دو ویژگی ذکر شده در خط اول، سی ام سی در صنعت راهسازی جهت بهبود کیفیت زیرسازی در ساخت جاده‌های آسفالته به خوبی می تواند ایفای نقش کند.
یخ‌های ژلاتینی
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.
خطرات و عوارض سی ام سی
کربوکسی متیل سلولز از نظر FDA و WHO ماده ای ایمن شناخته می شود و مصرف مجاز آن mg / kg 30 به ازای هر فرد است. در صورت تماس با کربوکسی متیل سلولز محل را با آب گرم فراوان شستشو دهید و در صورت استنشاق، فرد را از محل دور کرده و اجازه دهید در هوای آزاد تنفس کند. در صورت ورود به چشم ها آنها را با آب فراوان شستشو دهید.
ویژگی های سی ام سی
فیزیکی
کربوکسی متیل سلولز سدیم به شکل یک پودر یا گرانول سفید مایل به کرمی موجود است. این ماده جاذب آب بوده و در بسیاری از حلال ها نا محلول است. محلول تشکیل شده از پودر کربوکسی متیل سلولز و حلال مناسب آن، تقریبا بی بو و شفاف است.
انحلال پذیری
کربوکسی متیل سلولز سدیم یک پلیمر در محلول آب است. هرچند این ماده در حلال های آلی نامحلول است، اما در اتانول یا استون حل می شود. ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز با افزایش درجه حرارت افزایش نمی یابد.
ویسکوزیته
دامنه ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز از 50-8000 سانتی پویز است. اکثر ویسکوزیته های اندازه گیری شده، بر اساس غلظت یک یا دو درصد محلول و به وسیله ی ویسکومتر LVT Brookfield بوده است. نقطه هیدراتاسیون کامل با ذرات کوچک تر کربوکسی متیل سلولز بهتر بدست می آید، اما باید در فرایند انحلال باید دقت شود.
دیگر کاربردهای سی ام سی
CMC برای دستیابی به ثبات ترش یا سرما در شراب استفاده می‌شود. این نوآوری ممکن ایت مگاوات برق را که برای سردسازی شراب در آب و هوای گرم استفاده می‌شود، صرفه جویی کند. این ماده نسبت به اسید متاتاریک پایدارتر است و در مهار رسوبات ترارت بسیار موثر است.
گزارش شده است که در بلورهای KHT، در حضور CMC، رشد کندتری دارند و مورفولوژی خود را تغییر می‌دهند. شکل آنها صاف‌تر می‌شود زیرا آنها از 7 وجه خود، 2 وجه را از دست می‌دهند و ابعادشان تغییر می‌کند. مولکول‌های CMC، با بار منفی در pH شراب، با سطح الکترو مثبت کریستال‌ها، جایی که یون‌های پتاسیم تجمع می‌یابند، تعامل دارند.
رشد کندتر کریستال‌ها و اصلاح شکل آنها در اثر رقابت بین مولکول‌های CMC و یون‌های بیتارترات برای اتصال به بلورهای KHT ایجاد می‌شود