آشنایی با مشتقات سلولزی و کاربردهای صنعتی آنها

سلولز یکی از فراوان ترین پلیمرهای طبیعی روی زمین است. عمدتاً در دیواره سلولی گیاه یافت می شود، cellulose is made up of زنجیره های بلند واحدهای β-D-گلوکز که توسط پیوندهای گلیکوزیدی β(1→4) به هم مرتبط شده اند.

سلولز چیست و چگونه برای استفاده اصلاح می شود

از نظر ساختاری قوی و به طور طبیعی فراوان، به عنوان ماده پایه برای طیف گسترده ای از مواد شیمیایی صنعتی و پلیمرهای اصلاح شده عمل می کند.

در حالت طبیعی خود، سلولز نوعی از کربوهیدراتی که در آب نامحلول است و حلالیت محدودی در حلال های آلی دارد. این ویژگی کاربرد مستقیم صنعتی آن را محدود می کند، به همین دلیل است که تغییرات شیمیایی مختلفی ایجاد شده است. این اصلاحات حلالیت، ویسکوزیته و توانایی های تشکیل فیلم سلولز را افزایش می دهد و آن را برای استفاده در صنایعی مانند داروسازی، ساخت و ساز، مواد غذایی، نساجی و حفاری نفت مناسب می کند.

یک فرم میکروکریستالی تخصصی که به نام Sigmacell cellulose type 20 معمولا در کاربردهای آزمایشگاهی استفاده می شود. دارای مساحت سطح بالا و واکنش پذیری کم است که آن را برای کروماتوگرافی، انتشار کنترل شده دارو و به عنوان یک پرکننده ساختاری در قرص ها ایده آل می کند.

در فرآیندهای بیوشیمیایی، آنزیم ها مانند سلولاز تجزیه می شود سلولز به گلوکز تبدیل می شود. این واکنش هم برای هضم بیولوژیکی و هم برای تبدیل زیست توده صنعتی، که در آن مواد گیاهی به سوخت های زیستی یا سایر محصولات با ارزش تبدیل می شوند، ضروری است.

مشتقات متداول سلولز و کاربرد آنها

چندین مشتق از سلولز برای برآوردن نیازهای صنعتی برای حلالیت و عملکرد سنتز می شوند. یکی از پرکاربردترین آنها است سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) که به دلیل حلالیت عالی در آب و کنترل ویسکوزیته شناخته شده است. این به طور گسترده در محصولات غذایی، لوازم آرایشی، شوینده ها و داروها استفاده می شود، جایی که به عنوان تثبیت کننده، غلیظ کننده یا تشکیل دهنده فیلم عمل می کند.

یکی دیگر از مشتقات رایج استفاده می شود polyanionic celluloseکه کاربرد اصلی خود را در صنعت نفت و گاز به عنوان کاهش دهنده هدررفت سیال در سیالات حفاری می یابد. به دلیل تحمل نمک و قابلیت حفظ آب بالا ارزش دارد.

در صنعت ساختمان و رنگ، ماده شیمیایی HEC (هیدروکسی اتیل سلولز) برای ضخیم شدن، حفظ آب و خاصیت چسبندگی آن استفاده می شود. این عملکرد عالی در مواد بر پایه سیمان، گچ و رنگ های لاتکس ارائه می دهد.

یک نوع پیچیده تر است methyl ethyl hydroxyethyl celluloseیک مشتق چند منظوره که با ترکیب ویژگی‌های گروه‌های متیل، اتیل و هیدروکسی اتیل عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد. این ترکیب به ویژه در فرمولاسیون های پوششی و چسب ها موثر است و ثبات و قوام عالی را ارائه می دهد.

کربوکسی سلولزیک اصطلاح کلی که به مشتقات سلولز اصلاح شده با گروه کربوکسیل (مانند CMC) اشاره دارد، به دلیل زیست سازگاری و سازگاری با محیط زیست، اغلب در بسته بندی های زیست تخریب پذیر، فیلتراسیون و کاربردهای زیست پزشکی استفاده می شود.

این ترکیبات مبتنی بر سلولز بسیار سازگار هستند و هر کدام بسته به ساختار شیمیایی و سطح جایگزینی خود عملکردهای منحصر به فردی را انجام می دهند. مشتقات سلولز خواه در بهبود عملکرد یک قرص دارویی یا تثبیت مایع حفاری در اعماق زمین باشد، همچنان در بخش‌های مختلف ضروری هستند.

سؤالات متداول: مشتقات سلولزی و کاربردهای صنعتی آنها 

Q1: سیگماسل سلولز نوع 20 برای چه مواردی استفاده می شود؟

الف: Sigmacell cellulose type 20 یک سلولز میکرو کریستالی است که در تحقیقات علمی و فرمولاسیون های دارویی استفاده می شود. اندازه ذرات ثابت و مساحت سطح آن، آن را برای کروماتوگرافی، اتصال به قرص و سیستم های دارورسانی ایده آل می کند.

Q2: سلولاز چگونه سلولز را تجزیه می کند؟

الف: Cellulase breaks down پیوندهای گلیکوزیدی β(1→4) در سلولز، آن را به گلوکز تبدیل می کند. این در تولید سوخت زیستی و در سیستم گوارشی ارگانیسم‌های خاصی که به رژیم‌های غذایی گیاهی متکی هستند، حیاتی است.

Q3: کاربردهای معمول سدیم کربوکسی متیل سلولز چیست؟

الف: سدیم کربوکسی متیل سلولز به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده و امولسیفایر در مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و دارویی استفاده می شود. همچنین نقش حیاتی در مواد شوینده و اندازه پارچه ایفا می کند.

Q4: تفاوت بین سلولز پلی آنیونی و ماده شیمیایی HEC چیست؟

الف: Polyanionic cellulose در درجه اول در کاربردهای میدان نفتی برای کنترل اتلاف سیال استفاده می شود، در حالی که ماده شیمیایی HEC در صنایع ساختمانی و رنگ به دلیل خاصیت ضخیم کنندگی و حفظ آب مورد علاقه است.

Q5: آیا متیل اتیل هیدروکسی اتیل سلولز از نظر زیست محیطی ایمن است؟

الف: بله، methyl ethyl hydroxyethyl cellulose زیست تخریب پذیر و غیر سمی است. معمولاً در پوشش‌های سازگار با محیط‌زیست، چسب‌ها و سایر کاربردهایی که نیاز به کارایی و ایمنی بالا است، استفاده می‌شود.