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La carboxyméthylcellulose sodique (Na-CMC) est un polymère linéaire anionique soluble dans l'eau dérivé de la cellulose, le polysaccharide naturel le plus abondant.
Il est produit par modification chimique de la cellulose avec de l'acide chloroacétique en présence d'un alcali, conduisant à la substitution des groupes hydroxyle par des groupes carboxyméthyle.
Le composé obtenu est un sel de sodium de carboxyméthylcellulose.
La Na-CMC est largement utilisée dans diverses industries telles que l'alimentation, les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, le forage pétrolier, les détergents et le papier en raison de ses propriétés épaississantes, stabilisantes et filmogènes.
Numéro CAS : 9004-32-4
Synonymes :
CMC-Na, glycolate de cellulose sodique, gomme de cellulose, sel de sodium de carboxyméthylcellulose
éther carboxyméthylique de cellulose sodique
Développement historique
Le développement de la carboxyméthylcellulose sodique remonte au début du XXe siècle, lorsque les dérivés de la cellulose ont commencé à acquérir une importance industrielle.
En 1918, Dreyfus a breveté un procédé de production d'éthers de cellulose. La production commerciale de Na-CMC a débuté dans les années 1940 et ses applications se sont rapidement développées grâce à sa polyvalence et à sa biodégradabilité, contrairement aux polymères synthétiques.
Aujourd'hui, la Na-CMC figure parmi les dérivés de cellulose les plus utilisés au monde.
Importance
La Na-CMC joue un rôle crucial dans de nombreux secteurs grâce à sa capacité à modifier les propriétés rhéologiques des systèmes aqueux, à assurer la stabilité des émulsions et des suspensions, et à améliorer la texture et la consistance.
Sa biocompatibilité et sa nature non toxique en font un polymère de choix pour les formulations alimentaires et pharmaceutiques.
Propriétés chimiques et physiques
Formule chimique et structure
Formule empirique : C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COONa
Masse moléculaire : Variable (en fonction du degré de polymérisation et de substitution, généralement de 90 000 à 700 000 g/mol)
Groupes fonctionnels : carboxyméthyle (-CH₂COONa), hydroxyle (-OH)
Le Na-CMC est constitué d'unités de β-D-glucose liées par des liaisons β-(1→4)-glycosidiques.
Les groupes carboxyméthyle remplacent certains des groupes hydroxyle dans la chaîne de cellulose, conférant solubilité et caractère anionique au polymère.
Degré de substitution (DS)
Le degré de substitution (DS) fait référence au nombre moyen de groupes hydroxyle substitués par unité d'anhydroglucose.
Pour la Na-CMC industrielle, le degré de substitution (DS) se situe généralement entre 0,4 et 1,4. Ce degré de substitution détermine la solubilité, la viscosité et les performances dans diverses applications.
Propriétés physiques
Aspect : Poudre ou granulés blancs à blanc cassé
Solubilité : Soluble dans l'eau froide et chaude ; insoluble dans les solvants organiques tels que l'éthanol, l'acétone et l'éther
pH (solution à 1 %) : 6,0–8,5
Viscosité (solution à 1 %, 25 °C) : 10–10 000 mPa·s (en fonction du poids moléculaire)
Densité : 0,5–0,9 g/cm³
Teneur en humidité : ≤10%
Stabilité thermique : se décompose au-dessus de 200 °C
Caractère ionique
Le Na-CMC est un polymère anionique en raison de la présence de groupes carboxylates.
Cette propriété lui permet d'interagir avec les espèces cationiques et d'influencer la stabilisation électrostatique dans les systèmes colloïdaux.
Comportement rhéologique
Le Na-CMC présente un comportement pseudoplastique (fluidifiant par cisaillement).
Lorsque le taux de cisaillement augmente, la viscosité diminue, ce qui la rend idéale pour des applications telles que les revêtements et les détergents liquides où une bonne fluidité sous contrainte est souhaitable.
Processus de production et de fabrication
Matières premières
Cellulose (dérivée de la pâte de bois ou des linters de coton)
Hydroxyde de sodium (NaOH)
L'acide monochloroacétique (CH₂ClCOOH) ou son sel de sodium
Étapes de la réaction
Étape 1 : Alcalinisation
La cellulose est traitée avec de l'hydroxyde de sodium pour produire de la cellulose alcaline :
Cellulose + NaOH → Cellulose alcaline + H₂O Cellulose + NaOH → Cellulose alcaline + H₂O
Étape 2 : Éthérification
La cellulose alcaline réagit avec l'acide monochloroacétique ou le monochloroacétate de sodium :
Cellulose alcaline+
