كربوكسي ميثيل السليلوز

_{يُعدّ كربوكسي} ميثيل _{السليلوز} (CMC ) مشتقًا من السليلوز المُجدد [ _{C₆H₁₀O₅} ] _n مع حمض الهيدروكسي أسيتيك ( حمض الهيدروكسي إيثانويك ) CH₂ ₍ OH)COOH أو أحادي كلورو أسيتات الصوديوم (Na[ClCH₂COO _] ). يتكون هيكل CMC من بقايا D-جلوكوز مرتبطة بروابط 1،4. ويحتوي على مجموعات كربوكسي ميثيل (-CH₂ _- COOH) مرتبطة ببعض مجموعات الهيدروكسيل في مونومرات الجلوكوبيرانوز التي تُشكل هيكل السليلوز. ويُستخدم غالبًا على شكل ملح الصوديوم الخاص به، وهو كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم. ^{[ 10 ]}

كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) مسحوق أبيض أو أصفر فاتح، عديم الرائحة والطعم، وغير سام . يتميز بخاصية امتصاص الرطوبة ، ويذوب جيدًا في الماء الساخن أو البارد، مكونًا محلولًا لزجًا . لا يذوب في المذيبات العضوية مثل الميثانول والإيثانول والأسيتون والكلوروفورم والبنزين . تعتمد الخصائص الوظيفية لـ CMC على درجة استبدال بنية السليلوز (أي عدد مجموعات الهيدروكسيل التي تحولت إلى مجموعات كربوكسي ميثيلين في تفاعل الاستبدال)، بالإضافة إلى طول سلسلة السليلوز ودرجة تكتل بدائل الكربوكسي ميثيل . يُستخدم CMC عادةً كمعدل للزوجة أو مُكثِّف، ولتثبيت المستحلبات في مختلف المنتجات، الغذائية وغير الغذائية. يُستخدم بشكل أساسي نظرًا للزوجة العالية، وعدم سميته، وكونه يُعتبر عمومًا مضادًا للحساسية. ^{[ 11 ]}

يُسجّل مركب CMC تحت الرمز E466 أو E469 (عند تحلله إنزيميًا ). ويُستخدم كمُعدِّل للزوجة أو مُكثِّف ، ولتثبيت المستحلبات في منتجات متنوعة، بما في ذلك الآيس كريم والمايونيز والمشروبات. كما يُستخدم على نطاق واسع في المنتجات الغذائية الخالية من الغلوتين والمنخفضة الدسم. ^{[ 16 ]} وقد استُخدمت حقن CMC أيضًا في عمليات الغش الغذائي ، لزيادة وزن الجمبري ومظهره بشكل مُزيَّف، بهدف استهداف المستهلكين ذوي الوزن المنخفض. ^{[ 17 ]}

تُتيح لزوجة كربوكسي ميثيل السليلوز المتغيرة (عالية في البرودة، ومنخفضة في السخونة) استخدامه في تحضير الأطعمة الباردة وإضفاء قوام مميز على المشروبات والهلاميات الصالحة للأكل. وبفضل درجة استبداله (DS) التي تقارب 1.0، يُمكنه منع جفاف الجيلاتين وانكماشه، كما يُساهم في الحصول على بنية أكثر تهوية. وفي بعض الأطعمة، يُمكن استخدامه للتحكم في محتوى الزيت والرطوبة. ^{[ 18 ]}

يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) لتحقيق استقرار الطرطرات أو الاستقرار في درجات الحرارة المنخفضة في النبيذ، مما يمنع استهلاك الطاقة الزائد أثناء تبريد النبيذ في المناخات الدافئة. وهو أكثر استقرارًا من حمض الميتاطرطريك ، ويمنع تكوّن بلورات الطرطرات ونموها. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

يُستخدم مسحوق كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) على نطاق واسع في صناعة الآيس كريم، حيث يُتيح صنعه دون الحاجة إلى الخض أو درجات حرارة منخفضة للغاية. ^{[ 22 ]} كما يُستخدم CMC في خبز الخبز والكعك، إذ يُحسّن من جودة الرغيف (مثل الملمس) بتكلفة أقل، وذلك بتقليل كمية الدهون المستخدمة. ويُستخدم CMC أيضًا كمستحلب في البسكويت الحلو ، حيث يُسهّل توزيع الدهون بالتساوي في العجين إخراجه من القوالب والقطاعات، مما يُنتج بسكويتًا متناسق الشكل بدون حواف مشوهة. كما يُساعد على تقليل كمية صفار البيض أو الدهون المستخدمة في صنع البسكويت. ويضمن استخدام CMC في تحضير الحلوى توزيعًا سلسًا لزيوت النكهة، ويُحسّن من الملمس والجودة. ويُستخدم CMC أيضًا كمستحلب في العلكة والسمن النباتي وزبدة الفول السوداني. ^{[ 23 ]}

يُعدّ كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) مكونًا شائعًا في منتجات التنظيف نظرًا لخصائصه المُكثّفة والمُثبّتة وتركيبته غير السامة. في المنظفات ومنتجات التنظيف، يُمكن استخدامه لتحسين قوام المنتج والمساعدة في تعليق الأوساخ والشوائب فيه. كما يُمكن استخدام لزوجته القابلة للتعديل لتوحيد قوام المنتجات، خاصةً عند استخدامه مع مواد كيميائية أخرى. ^{[ 7 ] [ 6 ]}

يساعد مركب CMC في إزالة الشحوم ويساهم في تكوين فقاعات صغيرة في الصابون. وهذا، بالإضافة إلى قدرته على تعليق الأوساخ في المخاليط، يمكن أن يجعل الصابون ومنتجات التنظيف الأخرى أكثر فعالية. ^{[ 24 ]}

يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في صناعة النسيج كعامل مُكثِّف في طباعة المنسوجات، حيث يُشكِّل حوالي 2-3% من معاجين الطباعة. كما يُستخدم في تشطيب الأقمشة لتحسين ملمسها. بالإضافة إلى ذلك، يعمل كربوكسي ميثيل السليلوز كعامل رابط في الأقمشة غير المنسوجة، مما يُساهم في قوة المادة وثباتها. في تطبيقات التحجيم، يُستخدم حوالي 1-3% من كربوكسي ميثيل السليلوز لحماية الخيوط أثناء النسيج وتقليل انقطاعها.

يساعد مركب CMC في زيادة كثافة معاجين الطباعة، مما يجعل المطبوعات أكثر دقة. كما يُستخدم لزيادة كثافة الأصباغ. بالإضافة إلى ذلك، يُعد بديلاً للمكثفات الاصطناعية. ^{[ 25 ]}

يُعدّ كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) مكونًا يُستخدم في أكثر من 50% من مستحضرات التجميل. وبصفته عاملًا مُكثّفًا، يُستخدم في التركيبات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في اللزوجة. في مجال العناية بالشعر، يستخدم حوالي 25% من الشامبو والبلسم مادة CMC لخصائصها المُرطّبة والمُسهّلة لفك تشابك الشعر. كما يُستخدم في صناعات المكياج ومعجون الأسنان للتحكم في قوام المنتجات. ونظرًا لقدرته على الاحتفاظ بالرطوبة، يُستخدم أيضًا في منتجات العناية بالبشرة. ويعمل CMC كعامل مُكوّن للطبقة الواقية في حوالي 10% من واقيات الشمس.

يساعد كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في تعليق وتوزيع الصبغة، ويربط المكونات الأخرى لتوزيعها بالتساوي. عند دمجه مع إيثانولامين الأحماض الدهنية أو 2،2'-إيمينودي إيثانول في منتج للشعر، يمكن أن يشكل كربوكسي ميثيل السليلوز طبقة رقيقة حول الشعر. ^{[ 26 ]}

بصفته عاملًا مُكثِّفًا، يُمكن لمركب كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) زيادة لزوجة سوائل الحفر وتكوين بنية شبكية في الطين، مما يُحسِّن قدرتها على التعليق. كما يُمكن لمركب كربوكسي ميثيل السليلوز حماية جدار البئر بفعالية والتحكم في تسرب الرطوبة وفقدانها في سائل الحفر. يُمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم فائق اللزوجة في سوائل التكسير الهيدروليكي، وخاصةً لحمل مواد الحشو إلى آبار النفط. ^{[ 27 ]}

يُستخدم مركب CMC أيضًا في العديد من التطبيقات الطبية. ^{[ 12 ] [ 15 ] [ 28 ] [ 29 ]}

ومن الأمثلة على ذلك:

• جهاز لعلاج نزيف الأنف. يتكون من بالون مصنوع من كلوريد البولي فينيل (PVC) مغطى بنسيج محبوك من مادة CMC مدعم بالنايلون . يُنقع الجهاز في الماء لتكوين هلام، ثم يُدخل في أنف المريض ويُنفخ. يعمل البالون المنفوخ مع التأثير العلاجي لمادة CMC على وقف النزيف. ^{[ 30 ]}
• نسيج الألياف المائية المستخدم كضمادة طبية بعد العمليات الجراحية للأذن والأنف والحنجرة. ^{[ 31 ]}
• يُضاف الماء لتكوين مادة هلامية ، ويتم إدخال هذه المادة الهلامية في تجويف الجيوب الأنفية بعد الجراحة. ^{[ 32 ]}
• في طب العيون ، يُستخدم مركب CMC كعامل ترطيب في محاليل الدموع الاصطناعية لعلاج جفاف العين. ^{[ 33 ]}
• في الطب البيطري، يُستخدم مركب CMC في جراحات البطن لدى الحيوانات الكبيرة، وخاصة الخيول، لمنع تكوّن الالتصاقات المعوية. ^{[ 34 ]}

يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز غير القابل للذوبان (غير القابل للذوبان في الماء) في تنقية البروتينات، لا سيما على شكل أغشية ترشيح مشحونة أو حبيبات في راتنجات التبادل الكاتيوني لكروماتوغرافيا التبادل الأيوني . ^{[ 35 ]} ويعود انخفاض ذوبانه إلى انخفاض قيمة درجة الاستبدال (عدد مجموعات الكربوكسي ميثيل لكل وحدة أنهيدروغلوكوز في سلسلة السليلوز) مقارنةً بكربوكسي ميثيل السليلوز القابل للذوبان. ^{[ 36 ]} يتميز كربوكسي ميثيل السليلوز غير القابل للذوبان بخصائص فيزيائية مشابهة للسليلوز غير القابل للذوبان، بينما تسمح له مجموعات الكربوكسيلات سالبة الشحنة بالارتباط بالبروتينات موجبة الشحنة. ^{[ 37 ]} كما يمكن ربط كربوكسي ميثيل السليلوز غير القابل للذوبان كيميائيًا لتعزيز قوته الميكانيكية. ^{[ 38 ]}

علاوة على ذلك، استُخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) على نطاق واسع لتوصيف نشاط الإنزيمات من الإندوغلوكاناز (جزء من مُركّب السليولاز )؛ فهو ركيزة عالية التخصص للسليولازات الداخلية، إذ صُممت بنيته لإزالة بلورات السليلوز وإنشاء مواقع غير متبلورة مثالية لعمل الإندوغلوكاناز. يُعدّ CMC مرغوبًا فيه لأن ناتج التحفيز ( الجلوكوز ) يُقاس بسهولة باستخدام اختبار السكر المُختزل ، مثل حمض 3،5-ثنائي نيتروساليسيليك . يُعدّ استخدام CMC في اختبارات الإنزيمات ذا أهمية خاصة في فحص إنزيمات السليولاز اللازمة لتحويل الإيثانول السليلوزي بكفاءة أكبر . أُسيء استخدام CMC في الدراسات المبكرة على إنزيمات السليولاز، حيث ربط الكثيرون نشاط السليولاز الكامل بتحلل CMC. مع تحسّن فهم آلية إزالة بلمرة السليلوز، اتضح أن الإكسو-سليولاز هي السائدة في تحلل السليلوز البلوري (مثل أفيسيل) وليس السليلوز الذائب (مثل CMC).

يُستخدم في منظفات الغسيل كبوليمر معلق للأوساخ، مصمم ليترسب على القطن والأقمشة السليلوزية الأخرى، مكونًا حاجزًا سالب الشحنة يمنع التصاق الأوساخ بمحلول الغسيل. كما يُستخدم كعامل مُكثِّف، على سبيل المثال، في صناعة التنقيب عن النفط كمكون في طين الحفر ، حيث يعمل كمُعدِّل للزوجة وعامل لاحتفاظ الماء.

يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) أحيانًا كمادة رابطة للأقطاب الكهربائية في تطبيقات البطاريات المتقدمة (مثل بطاريات أيونات الليثيوم )، وخاصةً مع مصاعد الجرافيت . ^{[ 39 ]} تسمح قابلية ذوبان CMC في الماء بمعالجة أقل سمية وتكلفة مقارنةً بالمواد الرابطة غير القابلة للذوبان في الماء، مثل فلوريد البولي فينيليدين التقليدي (PVDF)، الذي يتطلب استخدام مادة ن-ميثيل بيروليدون (NMP) السامة في المعالجة. غالبًا ما يُستخدم CMC مع مطاط الستايرين-بوتادين (SBR) للأقطاب الكهربائية التي تتطلب مرونة إضافية، على سبيل المثال عند استخدامه مع مصاعد تحتوي على السيليكون. ^{[ 40 ]}

يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) أيضًا في أكياس الثلج لتكوين خليط يوتكتيكي ينتج عنه نقطة تجمد أقل ، وبالتالي قدرة تبريد أكبر من الثلج. ^{[ 41 ]}

كما تم استخدام المحاليل المائية لـ CMC لتشتيت أنابيب الكربون النانوية، حيث يُعتقد أن جزيئات CMC الطويلة تلتف حول الأنابيب النانوية، مما يسمح بتشتيتها في الماء.

في مجال الترميم والحفظ، يتم استخدامه كمادة لاصقة أو مثبتة (الاسم التجاري: Walocel، Klucel).