羧甲基纤维素钠(CMC)的结构与在牙膏中的应用
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• 已溶解的CMC溶液比将CMC溶解在盐溶液中要稳定的多 • 在盐溶液中CMC的粘度增加趋势受到明显抑制
*因此应将CMC先溶解后再加入盐类。
Jiajiaforever
CMC – 盐耐受性
NaCl的浓度对于1%CMC水溶 液的粘度的影响
高取代度 低取代度
• 盐含量对低取代的 CMC的影响极大。
Jiajiaforever
Jiajiaforever
• CMC溶液受 pH的影响
CMC – 水吸收能力 • CMC的吸水能力主要取决于分子链的长度。
• 链长越大，吸水能力越强。 • 盐类会降低高分子量CMC的吸水能力。 • 在纯水中吸水速度最快。
Jiajiaforever
CMC – 兼容性 • CMC与其他的水溶性胶体有非常高的兼容性
生物合成产品
黄原胶 葡聚糖 塔拉胶
CMC在牙齿护理方面的应用
• 牙膏是CMC最大的应用 • 美国主要的牙膏生产厂商（高露洁）在他们的配方中使用CMC
• CMC可用于
• 在牙膏中作为粘结剂和稳定剂 • 胶黏剂中作为粘结剂和胶水 • 清洁标签中作为成膜剂和粘结剂
• 其余常用于牙膏中的粘结剂
• 卡拉胶或黄原胶 • 相较于CMC更昂贵
• 极好的易得性和再生产性 （不依赖于作物）； • 非常高的纯度（>99.5%） • 符合所有食品，医药和个人护理应用的标准； • 所有相关产品参数均有严格的标准
• 颜色，粒径，溶解性，表面活性等 • 可定制化 • CMC一般不溶解于有机溶剂，但是它可溶于水和不同醇类产品的混合溶液 （醇最大体积占比不超过40%）
CMC – pH耐受性
• CMC耐受性部分受限于pH • 在6.5-8.5之间达到最大的粘度值 • pH<3 时不溶 • pH<6时粘度下降 • pH>9时粘度稍微下降 • pH对于粘度的影响是可逆的 • 粘度降低主要取决于
• 取代度 • CMC的牌号
Jiajiaforever
CMC – pH耐受性
典型牙膏配方
磷酸二氢钙 水 甘油或山梨醇 月桂烷基硫酸钠
羧甲基纤维素钠
香精 单氟磷酸钠 糖精钠 防腐剂
Jiajiaforever
33% 26% 24%
2%
1%
1% 0.8%
2% 0.2%
羧甲基纤维素钠（CMC）
CMC相较于其它胶体的优势： • 均一的性能与指标 • 原材料来源丰富 • 通用性好 • 纯度高 • 相对稳定的价格 • CMC相较于卡拉胶，海藻酸钠，果胶等对于多种类型和
• 低分子量的CMC在提高 添加量时粘度快速上升
温度对CMC溶液粘度的影响
Jiajiaforever
• 随着温度上升， CMC溶液粘度 迅速下降。
温度对CMC溶液粘度的影响
Jiajiaforever
• 温度上升粘度下降， 温度下降粘度恢复
剪切对CMC溶液粘度的影响
• 1%CMC水溶液
Jiajiaforever
• 使牙膏顺滑和闪亮
Jiajiaforever
CMC在牙齿护理方面的应用
• 牙膏是最重要的个人卫生护理产品之一。
• 牙膏的两大种类： • 不透明的膏状类型
1. 含有60%的摩擦剂 2. 保湿剂含量较低
• 透明凝胶类型
1. 含有25%的摩擦剂 2. 从透明到不透明 3. 含有50%的保湿剂
Jiajiaforever
Jiajiaforever
CMC分子设计的工具
高
取
代中
度
低
• 溶液中可见纤维 • 触变流动 • 对电解质的稳定
性低 • 较低的过滤比例
取代基团的一致性 Jiajiaforever
• 清澈的溶液 • 更顺滑的流动性 • 对电解质的稳定
性高 • 较高的过滤比例
羧甲基纤维素钠（CMC） – 通用性能
• 可形成粘稠的，水晶般晶莹剔透的水 溶液
羧甲基纤维素钠 Sodium Carboxymethyl
Cellulose
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC） – 性质
• 羧甲基纤维素钠是一种阴离子型水溶性纤维素衍生物； • 它可以提供广泛的粘度范围，从极低到极高；
• CMC 30-60,000 mPas （2% Brookfield粘度）
• 所有类型的CMC都可与绝大部分的水溶性胶体相兼容。 • 部分混合的CMC与其他胶体表现出了协同增效作用。
Jiajiaforຫໍສະໝຸດ Baiduver
CMC – 兼容性
分泌物
阿拉伯胶 黄芪胶 梧桐树胶
提取物
果胶 海藻酸钠 卡拉胶
纤维素衍生物
羟丙基甲基纤维素 羧甲基纤维素钠
Jiajiaforever
种子
瓜尔胶 槐豆胶 塔拉胶
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC） – 通用性能
结构
• 链长 • 取代基团的种类 • 取代基团的位置 • 取代度 • 颗粒形态
性能
• 粘度 • 亲水性 • 疏水性 • 粉末特征
Jiajiaforever
效应
• 溶解性 • 流动性能 • 保水性 • 表面活性 • 成膜性 • 水化时间
• 主要产品特征
• 纯度 • 聚合度（DP 或者分子量） • 取代度（DS） • 取代物分布 • 粒径
Jiajiaforever
裁切CMC分子
取代度（DS） 每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目
• 理论值 0 -3
• 实际值： • 0.3-0.6 部分可溶/溶胀 • 0.6-1.0 全部可溶 • 1.0-1.4 在极端的条件下也可溶（强
浓度的盐类具有更高的耐受性。
Jiajiaforever
• 水化过程非常关键 • 溶液的粘度取决于分子链长（分子量，
聚合度） • 粘度取决于CMC的添加量，CMC添加
量越高，粘度越高，两者之间的关联 是非等比例的。 • 添加量提高一倍，粘度大概增加8-10 倍。
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）溶液的粘度
Jiajiaforever
• 高分子量的CMC在低浓 度下就可达到非常高的粘 度
• CMC溶液为非牛顿 流体，具有剪切变 稀的特性。
• 流动性受溶液浓度， 取代度和剪切力类 型的影响。
CMC – 盐耐受性
• 在盐存在下的性能表现
• 具有有限的盐耐受性 • 在二价阳离子（Ca2+）存在下容易发生絮凝 • 在一价和多共价盐存在下也会发生絮凝
• CMC在NaCl存在下的性能表现
• 当取代度降低时，CMC水溶液的敏感性增强 • 盐和CMC的添加顺序非常重要
Jiajiaforever
CMC在牙齿护理方面的应用
• CMC在牙膏中作为增稠剂，可以赋予牙膏以下性能： • 持续的粘结能力但是不会让牙膏变得粘稠； • 为牙膏增加体积； • 赋予牙膏一定的形状，不会从牙刷上滴下； • 确保在储存过程中水分不会析出；
• 使牙膏具有触变性 – 这点非常重要，有利于牙膏的灌装， 挤出和刷牙
酸和高盐体系）
Jiajiaforever
提高取代度对CMC的影响
0.7
0.9
1.2
• 更高光泽度（牙膏） • 更顺滑的流动性 • 在低水含量产品中更好的稳定性 • 更高的盐耐受性 • 更低的触变性
Jiajiaforever
CMC – 聚合度
• 主要取决于生产工艺和纤维素的选择 • 是影响CMC粘度表现的关键 • 粘度范围可从极低至极高 • （1% 粘度从10 – 12，000 mPas）
纤维素的结构
• 纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β- 1,4糖苷键组成的大分子多糖 Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）
• CMC是纤维素环上的羟基被羧基取代之后的阴离子产物。
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）的合成
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）
*因此应将CMC先溶解后再加入盐类。
Jiajiaforever
CMC – 盐耐受性
NaCl的浓度对于1%CMC水溶 液的粘度的影响
高取代度 低取代度
• 盐含量对低取代的 CMC的影响极大。
Jiajiaforever
Jiajiaforever
• CMC溶液受 pH的影响
CMC – 水吸收能力 • CMC的吸水能力主要取决于分子链的长度。
• 链长越大，吸水能力越强。 • 盐类会降低高分子量CMC的吸水能力。 • 在纯水中吸水速度最快。
Jiajiaforever
CMC – 兼容性 • CMC与其他的水溶性胶体有非常高的兼容性
生物合成产品
黄原胶 葡聚糖 塔拉胶
CMC在牙齿护理方面的应用
• 牙膏是CMC最大的应用 • 美国主要的牙膏生产厂商（高露洁）在他们的配方中使用CMC
• CMC可用于
• 在牙膏中作为粘结剂和稳定剂 • 胶黏剂中作为粘结剂和胶水 • 清洁标签中作为成膜剂和粘结剂
• 其余常用于牙膏中的粘结剂
• 卡拉胶或黄原胶 • 相较于CMC更昂贵
• 极好的易得性和再生产性 （不依赖于作物）； • 非常高的纯度（>99.5%） • 符合所有食品，医药和个人护理应用的标准； • 所有相关产品参数均有严格的标准
• 颜色，粒径，溶解性，表面活性等 • 可定制化 • CMC一般不溶解于有机溶剂，但是它可溶于水和不同醇类产品的混合溶液 （醇最大体积占比不超过40%）
CMC – pH耐受性
• CMC耐受性部分受限于pH • 在6.5-8.5之间达到最大的粘度值 • pH<3 时不溶 • pH<6时粘度下降 • pH>9时粘度稍微下降 • pH对于粘度的影响是可逆的 • 粘度降低主要取决于
• 取代度 • CMC的牌号
Jiajiaforever
CMC – pH耐受性
典型牙膏配方
磷酸二氢钙 水 甘油或山梨醇 月桂烷基硫酸钠
羧甲基纤维素钠
香精 单氟磷酸钠 糖精钠 防腐剂
Jiajiaforever
33% 26% 24%
2%
1%
1% 0.8%
2% 0.2%
羧甲基纤维素钠（CMC）
CMC相较于其它胶体的优势： • 均一的性能与指标 • 原材料来源丰富 • 通用性好 • 纯度高 • 相对稳定的价格 • CMC相较于卡拉胶，海藻酸钠，果胶等对于多种类型和
• 低分子量的CMC在提高 添加量时粘度快速上升
温度对CMC溶液粘度的影响
Jiajiaforever
• 随着温度上升， CMC溶液粘度 迅速下降。
温度对CMC溶液粘度的影响
Jiajiaforever
• 温度上升粘度下降， 温度下降粘度恢复
剪切对CMC溶液粘度的影响
• 1%CMC水溶液
Jiajiaforever
• 使牙膏顺滑和闪亮
Jiajiaforever
CMC在牙齿护理方面的应用
• 牙膏是最重要的个人卫生护理产品之一。
• 牙膏的两大种类： • 不透明的膏状类型
1. 含有60%的摩擦剂 2. 保湿剂含量较低
• 透明凝胶类型
1. 含有25%的摩擦剂 2. 从透明到不透明 3. 含有50%的保湿剂
Jiajiaforever
Jiajiaforever
CMC分子设计的工具
高
取
代中
度
低
• 溶液中可见纤维 • 触变流动 • 对电解质的稳定
性低 • 较低的过滤比例
取代基团的一致性 Jiajiaforever
• 清澈的溶液 • 更顺滑的流动性 • 对电解质的稳定
性高 • 较高的过滤比例
羧甲基纤维素钠（CMC） – 通用性能
• 可形成粘稠的，水晶般晶莹剔透的水 溶液
羧甲基纤维素钠 Sodium Carboxymethyl
Cellulose
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC） – 性质
• 羧甲基纤维素钠是一种阴离子型水溶性纤维素衍生物； • 它可以提供广泛的粘度范围，从极低到极高；
• CMC 30-60,000 mPas （2% Brookfield粘度）
• 所有类型的CMC都可与绝大部分的水溶性胶体相兼容。 • 部分混合的CMC与其他胶体表现出了协同增效作用。
Jiajiaforຫໍສະໝຸດ Baiduver
CMC – 兼容性
分泌物
阿拉伯胶 黄芪胶 梧桐树胶
提取物
果胶 海藻酸钠 卡拉胶
纤维素衍生物
羟丙基甲基纤维素 羧甲基纤维素钠
Jiajiaforever
种子
瓜尔胶 槐豆胶 塔拉胶
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC） – 通用性能
结构
• 链长 • 取代基团的种类 • 取代基团的位置 • 取代度 • 颗粒形态
性能
• 粘度 • 亲水性 • 疏水性 • 粉末特征
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效应
• 溶解性 • 流动性能 • 保水性 • 表面活性 • 成膜性 • 水化时间
• 主要产品特征
• 纯度 • 聚合度（DP 或者分子量） • 取代度（DS） • 取代物分布 • 粒径
Jiajiaforever
裁切CMC分子
取代度（DS） 每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目
• 理论值 0 -3
• 实际值： • 0.3-0.6 部分可溶/溶胀 • 0.6-1.0 全部可溶 • 1.0-1.4 在极端的条件下也可溶（强
浓度的盐类具有更高的耐受性。
Jiajiaforever
• 水化过程非常关键 • 溶液的粘度取决于分子链长（分子量，
聚合度） • 粘度取决于CMC的添加量，CMC添加
量越高，粘度越高，两者之间的关联 是非等比例的。 • 添加量提高一倍，粘度大概增加8-10 倍。
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）溶液的粘度
Jiajiaforever
• 高分子量的CMC在低浓 度下就可达到非常高的粘 度
• CMC溶液为非牛顿 流体，具有剪切变 稀的特性。
• 流动性受溶液浓度， 取代度和剪切力类 型的影响。
CMC – 盐耐受性
• 在盐存在下的性能表现
• 具有有限的盐耐受性 • 在二价阳离子（Ca2+）存在下容易发生絮凝 • 在一价和多共价盐存在下也会发生絮凝
• CMC在NaCl存在下的性能表现
• 当取代度降低时，CMC水溶液的敏感性增强 • 盐和CMC的添加顺序非常重要
Jiajiaforever
CMC在牙齿护理方面的应用
• CMC在牙膏中作为增稠剂，可以赋予牙膏以下性能： • 持续的粘结能力但是不会让牙膏变得粘稠； • 为牙膏增加体积； • 赋予牙膏一定的形状，不会从牙刷上滴下； • 确保在储存过程中水分不会析出；
• 使牙膏具有触变性 – 这点非常重要，有利于牙膏的灌装， 挤出和刷牙
酸和高盐体系）
Jiajiaforever
提高取代度对CMC的影响
0.7
0.9
1.2
• 更高光泽度（牙膏） • 更顺滑的流动性 • 在低水含量产品中更好的稳定性 • 更高的盐耐受性 • 更低的触变性
Jiajiaforever
CMC – 聚合度
• 主要取决于生产工艺和纤维素的选择 • 是影响CMC粘度表现的关键 • 粘度范围可从极低至极高 • （1% 粘度从10 – 12，000 mPas）
纤维素的结构
• 纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β- 1,4糖苷键组成的大分子多糖 Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）
• CMC是纤维素环上的羟基被羧基取代之后的阴离子产物。
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）的合成
Jiajiaforever
羧甲基纤维素钠（CMC）