Carboxyméthylcellulose: caractéristiques, structure, synthèse, utilisations

La carboxyméthylcellulose est un composé dérivé de la cellulose, un polymère de glucose. Il reçoit également les noms de gomme de cellulose ou de carmellose. Il peut être sous la forme d'un sel de sodium.

La carboxyméthylcellulose est hygroscopique et soluble dans l'eau, contrairement à la cellulose, qui est insoluble dans l'eau. Il a remplacé certains groupes -CH 2 OH des molécules de glucose qui forment la cellulose par des groupes -CH 2 OCH 2 COOH. Cette substitution confère des propriétés ioniques à sa structure.

Mais qu'est-ce que la cellulose? C'est un biopolymère formé exclusivement de molécules de β-glucose, liées par des liaisons β-1, 4-o-glucosidiques. La cellulose a la formule (C 6 H 10 O 5 ) n avec une valeur minimale de 2000 pour n. Le polymère peut avoir une structure linéaire ou fibreuse, constituant le constituant principal de la paroi cellulaire des légumes.

Sa structure compacte est impénétrable par l'eau et par conséquent, il y est insoluble. Bien qu’elle soit formée par le glucose, la cellulose ne peut pas être utilisée par les animaux, car ils ne possèdent pas d’enzyme cellulase pour rompre les liaisons β1, 4-glucosidiques.

Le groupe carboxyméthyle lié à la cellulose confère à la carboxyméthylcellulose une surface à charges négatives. Ces charges permettent leur utilisation dans la technique de chromatographie par échange d’ions, fonctionnant comme un échangeur de cations utilisé dans la purification des protéines.

En raison de ses propriétés hydrophiles, la carboxyméthylcellulose est utilisée dans le traitement de la sécheresse oculaire. De même, en raison de cette propriété, il a été utilisé dans la fabrication de couches et de produits sanitaires de ce type. Ces applications servent d'exemple de la vaste liste d'utilisations et / ou d'applications de ce composé.

Caractéristiques physiques et chimiques

Formule

RnOCH 2 -COOH

Aspect physique

Poudre blanche Carboxyméthylcellulose sodique: particules fibreuses blanches ou laiteuses.

Odeur et goût

Innocent et insipide.

Solubilité dans l'eau

C'est soluble (20 mg / mL).

Solubilité dans les solvants organiques

Il est insoluble dans le méthanol, l’éthanol, le diéthyléther, l’acétone, le chloroforme et le benzène.

Point de décomposition

274ºC.

La densité

0, 7 - 0, 9 g / cm3.

L'acidité

Il est similaire à l'acide acétique et sa constante de dissociation est de 5 x 10-5.

La structure

Dans l'image supérieure, la structure d'un motif monomère de carboxyméthylcellulose est montrée. Notons que les H des groupes hydroxyle sont substitués par les groupes CH2COOH; sauf celui du groupe OH dans C-3. C'est-à-dire que, selon l'image, le polymère n'est pas complètement remplacé.

Les groupes CH 2 COOH peuvent se déprotoner et s’entourer de l’attraction électrostatique des cations Na +: CH 2 COO-Na +. C'est grâce à eux que la carboxyméthylcellulose est très soluble dans l'eau, car elle est capable de former des liaisons hydrogène avec elle (CH 2 COOH-OH 2 ). C'est la principale cause de son caractère hydrophile et hygroscopique marqué.

De plus, ces groupes sont beaucoup plus volumineux que l'hydroxyle, de sorte que les propriétés physicochimiques du polymère changent par rapport à la cellulose d'origine. Sa grande taille empêche la formation de liaisons hydrogène internes, c’est-à-dire entre les chaînes de monomères, laissant les anneaux totalement exposés aux interactions avec l’eau.

Par conséquent, plus le degré de substitution de OH par CH2COOH est élevé, plus la nature hydrophile de la cellulose résultante est grande. Au microscope, cette différence peut ne pas être très évidente; mais aux échelles macroscopiques, cela équivaudrait à pouvoir dissoudre un bloc de bois dans un récipient contenant de l'eau si de telles substitutions se produisaient sur place.

Synthèse

Pour obtenir de la carboxyméthylcellulose à partir de fibres de cellulose, suivre la procédure de Druvacell:

A) Les fibres de cellulose sont traitées avec de l'isopropanol et des alcalis afin de produire leur gonflement et leur ionisation des groupes hydroxyle.

B) Les fibres de cellulose du traitement précédent sont en outre alcalinisées par traitement avec NaOH, selon la réaction suivante:

RceOH + NaOH => RceOH ∙ NaOH

C) Les fibres de cellulose liées au NaOH réagissent ensuite avec le chloroacétate de sodium pour produire ainsi la carboxyméthylcellulose de sodium:

RceOH ∙ NaOH + ClCH 2 COO-Na => RceOCH 2 COO-Na + + NaCl + H 2 O

L'union du groupe COO- à la cellulose pour produire de la carboxyméthylcellulose la rend soluble dans l'eau et plus réactive.

À quoi sert-il (utilise)

La carboxyméthylcellulose a de nombreuses utilisations et applications en raison de son caractère hydrophile et de sa capacité à être combiné à de nombreux composés. Parmi ses utilisations sont les suivantes.

Nourriture

-Il est utilisé comme épaississant et stabilisant des aliments. En outre, il est utilisé comme fibre alimentaire et émulsifiant. Il est utilisé dans le milk-shake de glaces, crèmes et crèmes, ainsi que dans la formation de gels de gelée et de puddings.

-Il est utilisé comme agent de suspension dans les jus de fruits et comme colloïde protecteur dans la mayonnaise. Il est également utilisé pour couvrir la surface des fruits.

-Parce que la carboxyméthylcellulose n'est pas métabolisée par l'organisme, elle peut être utilisée par les personnes suivant un régime alimentaire faible en calories.

Médecine

-Les solutions de carboxyméthylcellulose forment des gels utilisés dans les chirurgies du cœur, de la thorax et de la cornée.

-Dans les opérations du thorax, les poumons sont agrafés et recouverts d'une solution de carboxyméthylcellulose. Ceci afin d’éviter les fuites d’air contenues dans les alvéoles et la pénétration de liquides dans les poumons.

- Dans la branche de l'orthopédie, la carboxyméthylcellulose est utilisée dans la lubrification des articulations, en particulier des poignets, des genoux et des hanches. La solution de polymère est injectée dans les articulations pour prévenir l’érosion, l’inflammation et la destruction possible du cartilage.

-Il est utilisé dans le traitement de la sécheresse et de l'irritation des yeux. Il est également utilisé comme agent de protection pour prévenir les dommages au globe oculaire, tels que ceux pouvant survenir lors de la mise en place des lentilles de contact.

- La carboxyméthylcellulose est également utilisée dans le traitement de la constipation, favorisant la formation de selles de consistance appropriée. Il est utilisé comme laxatif.

- Une combinaison de carboxyméthylcellulose-héparine a été utilisée pour la prévention de l'adhésion lors de chirurgies.

Industrie de la construction

-Il agit comme agent stabilisant et hydrophile dans la plupart des préparations de ciment et de matériaux de construction. Il améliore la dispersion du sable dans le ciment et augmente également l'action adhésive du ciment.

-Également utilisé dans les colles de papiers à tapisser.

Dans les détergents

La branche de l'industrie qui a peut-être la plus forte consommation de carboxyméthylcellulose est la fabrication de savons et de détergents. Il agit en tant qu'agent inhibiteur qui empêche les graisses, extraites de la surface des tissus par les détergents, de leur revenir.

Les adhésifs

-Il est utilisé dans la production d'adhésifs pour papier, car il ne le tache pas, il ne dégage pas d'odeur et il est amovible. Cela le rend idéal pour la réparation de livres ou d’autres matériels.

-Il a également été testé dans des mélanges d'amidon et de phénol-formaldéhyde pour la production de colles permettant l'assemblage de feuilles de bois.

Industrie du vin

Il est utilisé pour empêcher la précipitation des sels tartriques présents dans le vin.

Industrie du papier

-L'enrobage avec des préparations de papiers paraffinés et de cartons à base de carboxyméthylcellulose réduit la consommation de cires. Cela réduit également la consommation d'encre d'impression, ce qui donne des surfaces plus brillantes. De plus, la surface du papier a une plus grande douceur et une plus grande résistance aux graisses.

-La carboxyméthylcellulose améliore la liaison entre les fibres de papier, améliorant leur coloration. Il est également utilisé en tant que dispersant auxiliaire dans l'extrusion de fibres de pâte de cellulose, empêchant leur floculation.

Agriculture

La carboxyméthylcellulose agit en tant qu'agent dispersant pour les pesticides. En outre, il est utilisé comme colle pour lier l'insecticide à la surface des feuilles des plantes. Il est parfois utilisé pour aider à la dégradation de certains engrais très polluants.

Cosmétique

Il est utilisé comme épaississant, stabilisant et filmogène dans les crèmes, les lotions, les shampooings et les produits de soin des cheveux. En outre, il est utilisé dans la préparation de gels destinés au nettoyage dentaire.

Peintures

Il est utilisé dans la production de peintures à base d'huiles et de vernis, agissant en tant qu'agent épaississant et dispersant des pigments contenus dans les fluides.

Plastiques

Il est utilisé pour augmenter la viscosité du latex.

En céramique

Il est utilisé pour joindre des morceaux de porcelaine, car les solutions de carboxyméthylcellulose proviennent de la cuisson de quelques cendres.

Industrie textile

-Il est utilisé sous sa forme brute pour éviter la déformation des tissus. La carboxyméthylcellulose, en combinaison avec l'amidon, est utilisée dans les blanchisseries. Il est également utilisé dans la finition des tissus. Lors de leur fabrication, les tissus sont imprégnés de carboxyméthylcellulose puis traités à l'acide et à la chaleur.

-Il est utilisé dans l'impression de tissus, en tant qu'agent épaississant pour les peintures et vernis textiles.

Industrie pharmaceutique

-La carboxyméthylcellulose est utilisée dans l'enrobage de comprimés de médicaments. Le polymère est insoluble dans les conditions acides de l'estomac, mais soluble dans l'intestin grêle, où les agents thérapeutiques sont absorbés.

-Il est également utilisé comme entraîneur de gels, porteurs de médicaments sous forme de pommades. De plus, il est utilisé comme agent stabilisant dans les suspensions et les émulsions. Il est utilisé comme bioadhésif dans les comprimés qui se lient au mucus corporel.