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Les dérivés de cellulose sont utilisés depuis longtemps pour modifier la rhéologie et les propriétés de surface. La carboxyméthylation de la cellulose — l'introduction de groupes carboxyméthyle (-CH₂COO⁻) sur le squelette cellulosique — a été développée dans la première moitié du XXe siècle et largement commercialisée pour les détergents, les produits alimentaires et les applications industrielles.
La forme sel de sodium (CMC-Na) est préférée pour sa solubilité dans l'eau et sa stabilité.
La production industrielle moderne et les grades sur mesure (larges gammes de viscosité/DS) permettent une sélection adaptée à l'application.
CAS 9004-32-4.
Synonymes : carboxyméthylcellulose sodique ; carboxyméthylcellulose sodique ; cellulose, éther carboxyméthylique, sel de sodium ; glycolate de cellulose sodique ; gomme de cellulose ; cellulose, éther carboxyméthylique
Identité chimique et structure
Chimie de base
Squelette : Cellulose — unités répétitives de D-glucopyranose liées linéairement par des liaisons β(1→4).
Modification : Certains groupes hydroxyle sur les unités d'anhydroglucose (AGU) sont éthérifiés avec des groupes carboxyméthyle (–CH₂–COO⁻) pour donner de la carboxyméthylcellulose.
La forme sel de sodium contrebalance les carboxylates anioniques.
La substitution peut se produire au niveau des hydroxyles en C2, C3 et/ou C6.
Degré de substitution (DS)
Définition du DS : nombre moyen de groupes hydroxyle substitués par unité AGU (DS théorique maximal = 3). Le DS commercial typique des CMC se situe entre 0,4 et 1,2 environ, selon la qualité.
Le degré de substitution (DS) influence fortement la solubilité, la densité de charge et l'interaction avec les ions. Un DS plus élevé augmente la charge anionique et la solubilité dans l'eau.
Grade de masse moléculaire / viscosité
La CMC est un polymère ; sa masse moléculaire (et sa distribution) varie selon la matière première et le procédé de fabrication. Les fabricants classent la CMC selon sa viscosité en solution à une concentration définie (par exemple, la viscosité Brookfield à 1 % ou 2 % p/p), ce qui leur permet de distinguer les grades de viscosité « faible », « moyenne » et « élevée ».
La masse molaire moyenne (Mw) varie généralement de plusieurs dizaines de milliers à plusieurs millions de g·mol⁻¹ selon la qualité.
La viscosité est corrélée à la longueur de la chaîne et au volume hydrodynamique.
Circuits de production et de fabrication
Matières premières
Matières premières cellulosiques : pâte de bois (bois résineux ou bois dur), linters de coton, résidus agricoles (par exemple, tiges de maïs) après blanchiment/purification.
Synthèse industrielle typique (voie d'éthérification)
Alcalinisation : La cellulose est mise en suspension dans un milieu alcalin (hydroxyde de sodium, NaOH). L’alcali fait gonfler la cellulose et convertit les groupes hydroxyle en alcoolates, qui sont nucléophiles.
Éthérification : On ajoute de l'acide monochloroacétique (MCAA, ClCH₂COOH) ou son sel de sodium (monochloroacétate de sodium, SMCA).
L'alcoxyde attaque l'haloacétate, produisant des liaisons éther carboxyméthyliques et libérant du chlorure sous forme de NaCl.
Les conditions de réaction (température, solvant, proportions de réactifs, présence d'alcool ou d'isopropanol, teneur en eau) déterminent le DS, le schéma de substitution et les sous-produits.
Variantes de procédé et purification
CMC technique vs. qualités purifiées : Les qualités techniques (par exemple, pour les détergents, le papier) sont souvent utilisées directement après réaction et neutralisation ; elles contiennent des sels (NaCl, glycolate de sodium) et des résidus. Les qualités alimentaires et pharmaceutiques subissent un lavage, une dialyse ou un échange d’ions et une déminéralisation pour éliminer les sels et réduire la teneur en cendres.
L'éthérification contrôlée et la purification subséquente permettent d'obtenir une viscosité constante et un faible taux d'impuretés, nécessaires aux applications sensibles.
Paramètres de contrôle du processus
Rapport NaOH : MCAA : Cellulose — module le DS et la quantité de réactions secondaires.
Système de solvants : aqueux vs. mélanges eau/alcool — influence la dissolution/le gonflement, la cinétique de réaction et le comportement de dissolution de la poudre finale.
Des brevets décrivent l'utilisation de mélanges éthanol/isopropanol pour améliorer les propriétés de dissolution.
propriétés physico-chimiques
Apparence physique
Poudre blanche à blanc cassé, inodore ; très hygroscopique.
Soluble dans l'eau, donnant des solutions visqueuses, claires à opalescentes, selon la qualité.
Solubilité
Soluble dans l'eau froide et chaude ; insoluble dans les solvants organiques courants (méthanol, éthanol, acétone, chloroforme).
La solubilité augmente avec le degré de substitution et diminue avec la réticulation ou une cristallinité élevée. Le comportement d'hydratation (vitesse de dispersion et de dissolution) dépend de la taille des particules, du degré de viscosité et de la teneur en sel.
Rhéologie et comportement des solutions
Les solutions de CMC présentent un comportement rhéofluidifiant non newtonien (pseudoplastique) et peuvent présenter une thixotropie en fonction de la concentration et du poids moléculaire.
La viscosité dépend fortement de la concentration, du degré de substitution (DS), de la force ionique et de la température.
La présence de cations multivalents (Ca²⁺, Al³⁺) masque les charges anioniques et peut réduire la viscosité ou favoriser la gélification/réticulation.
Stabilité thermique
En tant que dérivé polymérique de la cellulose, la décomposition thermique se produit à des températures élevées (généralement > 200 °C en fonction de l'humidité et de la qualité).
La CMC est stable aux températures de traitement normales utilisées pour l'alimentation et de nombreux procédés de transformation des polymères, mais elle se dégrade au-delà des seuils de décomposition thermique.
Caractérisation analytique et contrôle de la qualité
attributs clés de qualité
Viscosité (solution) : viscosimètres rotatifs Brookfield ou autres ; généralement rapportée à un pourcentage massique et une température définis.
Degré de substitution (DS) : mesuré par titrage des groupes carboxyle, titrage conductométrique ou méthodes instrumentales (intégration RMN ¹H / ¹³C).
Distribution du poids moléculaire / Mw : GPC/SEC (chromatographie d'exclusion stérique) avec détecteurs appropriés (diffusion de la lumière multi-angle pour le Mw absolu).
Cendres (résidu inorganique) : indique la teneur en sel (NaCl, Na₂CO₃) — important pour les qualités alimentaires/pharmaceutiques.
Teneur en humidité : Karl Fischer ou perte au séchage.
pH de la solution aqueuse : indicateur de qualité.
FTIR : confirme la fonctionnalité carboxylate (étirement C=O, bandes COO⁻) et les liaisons éther.
Méthodes d'essai typiques
Les méthodes pharmacopéiques et industrielles standard (par exemple, les monographies USP/NF et EP pour les dérivés de cellulose, le cas échéant) décrivent les procédures de viscosité, les limites de cendres et les tests d'identification. Les fabricants publient des certificats d'analyse (CoA) indiquant la viscosité, le degré de substitution (DS), le pH, l'humidité et les impuretés.
INFORMATIONS DE SÉCURITÉ CONCERNANT LA CARBOXYMÉTHYLCELLULOSE, SEL DE SODIUM
Mesures de premiers secours :
Description des mesures de premiers secours :
Conseils généraux :
Consultez un médecin.
Présentez cette fiche de données de sécurité au médecin traitant.
Éloignez-vous de la zone dangereuse :
En cas d'inhalation :
En cas d’inhalation, déplacer la personne à l’air frais.
En cas de non-respiration, pratiquer la respiration artificielle.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec la peau :
Retirez immédiatement les vêtements et les chaussures contaminés.
Laver avec du savon et beaucoup d'eau.
Consultez un médecin.
En cas de contact visuel :
Rincer abondamment à l'eau pendant au moins 15 minutes et consulter un médecin.
Continuez à rincer les yeux pendant le transport à l'hôpital.
En cas d'ingestion :
NE PAS provoquer de vomissements.
Ne jamais rien administrer par voie orale à une personne inconsciente.
Rincer la bouche avec de l'eau.
Consultez un médecin.
Mesures de lutte contre l'incendie :
Moyens d'extinction :
Moyens d'extinction appropriés :
Utiliser de l’eau pulvérisée, de la mousse résistante à l’alcool, un produit chimique sec ou du dioxyde de carbone.
Risques particuliers liés à la substance ou au mélange
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), chlorure d'hydrogène gazeux
Conseils aux pompiers :
Portez un appareil respiratoire autonome pour lutter contre l'incendie si nécessaire.
Mesures en cas de rejet accidentel :
Précautions individuelles, équipement de protection et procédures d'urgence
Utiliser un équipement de protection individuelle.
Évitez de respirer les vapeurs, les brouillards ou les gaz.
Évacuez le personnel vers des zones sûres.
Précautions environnementales :
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Il faut éviter tout rejet dans l’environnement.
Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Absorber avec un matériau absorbant inerte et éliminer comme déchet dangereux.
Conserver dans des récipients appropriés et fermés pour l'élimination.
Manutention et stockage :
Précautions à prendre pour une manipulation sans danger :
Évitez d'inhaler les vapeurs ou les brouillards.
Conditions de stockage sûr, y compris les éventuelles incompatibilités :
Conserver le récipient bien fermé dans un endroit sec et bien aéré.
Les récipients ouverts doivent être soigneusement refermés et maintenus en position verticale pour éviter les fuites.
Classe de stockage (TRGS 510) : 8A : matières dangereuses combustibles et corrosives
Contrôle de l’exposition/protection individuelle :
Paramètres de contrôle :
Composants avec paramètres de contrôle du lieu de travail
Ne contient aucune substance soumise à des valeurs limites d'exposition professionnelle.
Contrôles d'exposition :
Contrôles techniques appropriés :
Manipuler conformément aux bonnes pratiques d’hygiène industrielle et de sécurité.
Lavez-vous les mains avant les pauses et à la fin de la journée de travail.
Équipement de protection individuelle :
Protection des yeux/du visage :
Lunettes de sécurité bien ajustées.
Écran facial (8 pouces minimum).
Utilisez un équipement de protection oculaire testé et approuvé selon les normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou EN 166 (UE).
Protection de la peau :
Manipuler avec des gants.
Les gants doivent être inspectés avant utilisation.
Utilisez des gants appropriés
technique de retrait (sans toucher la surface extérieure du gant) pour éviter tout contact de la peau avec ce produit.
Éliminer les gants contaminés après usage conformément aux lois applicables et aux bonnes pratiques de laboratoire.
Se laver et se sécher les mains.
Contact complet:
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, Taille M)
contact avec les éclaboussures
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, Taille M)
Cela ne doit pas être interprété comme une approbation pour un scénario d'utilisation spécifique.
Protection corporelle :
Combinaison complète de protection contre les produits chimiques. Le type d'équipement de protection doit être choisi en fonction de la concentration et de la quantité de substance dangereuse présente sur le lieu de travail.
Protection respiratoire :
Lorsque l'évaluation des risques montre que les respirateurs purificateurs d'air sont appropriés, utilisez un respirateur à masque complet avec une combinaison polyvalente (États-Unis) ou des cartouches de respirateur de type ABEK (EN 14387) en complément des contrôles techniques.
Si le respirateur est le seul moyen de protection, utilisez un respirateur à adduction d'air à masque complet.
Utilisez des respirateurs et des composants testés et approuvés selon les normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou CEN (UE).
Contrôle de l'exposition environnementale
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Il faut éviter tout rejet dans l’environnement.
Stabilité et réactivité :
Stabilité chimique :
Stable dans les conditions de stockage recommandées.
Matériaux incompatibles :
Agents oxydants puissants :
Produits de décomposition dangereux :
Produits de décomposition dangereux formés en cas d'incendie.
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), chlorure d'hydrogène gazeux.
Considérations relatives à l'élimination :
Méthodes de traitement des déchets :
Produit:
Confiez les surplus et les solutions non recyclables à une entreprise d'élimination agréée.
Contactez un service agréé de gestion des déchets pour vous débarrasser de ce matériau.
Emballages contaminés :
Jeter comme un produit non utilisé
