Carboxymethyl cellulose

La CMC es un derivado de la celulosa regenerada [C ₆ H ₁₀ O ₅ ] _n con ácido hidroxiacético ( ácido hidroxietanoico ) CH ₂ (OH)COOH o monocloroacetato de sodio (Na[ClCH ₂ COO]). La cadena principal de la CMC consta de residuos de D-glucosa unidos por enlaces -1,4. Posee grupos carboximetilo (-CH ₂ -COOH) unidos a algunos de los grupos hidroxilo de los monómeros de glucopiranosa que componen la cadena principal de la celulosa. Se utiliza frecuentemente como su sal sódica, carboximetilcelulosa sódica. ^{[ 10 ]}

La CMC es un polvo blanco o ligeramente amarillo, inodoro, insípido y tóxico . Es higroscópico y se disuelve bien en agua caliente o fría, formando una solución viscosa . No es soluble en disolventes orgánicos como metanol , etanol , acetona , cloroformo y benceno . Las propiedades funcionales de la CMC dependen del grado de sustitución de la estructura de la celulosa (es decir, cuántos grupos hidroxilo se han convertido en grupos carboximetileno en la reacción de sustitución), así como de la longitud de la cadena principal de la celulosa y del grado de agrupamiento de los sustituyentes carboximetilo. Se utiliza comúnmente como modificador de viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones en diversos productos, tanto alimentarios como no alimentarios. Se utiliza principalmente por su alta viscosidad, su carácter no tóxico y su supuesta hipoalergenicidad. ^{[ 11 ]}

La CMC está registrada como E466 o E469 (cuando se hidroliza enzimáticamente ). Se utiliza como modificador de viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones en diversos productos, como helados , mayonesa y bebidas. También se utiliza ampliamente en productos alimenticios sin gluten y bajos en grasa. ^{[ 16 ]} Las inyecciones de CMC también se han utilizado en el fraude alimentario para aumentar fraudulentamente el peso y el aspecto de los camarones y langostinos con el fin de engañar a los clientes que buscan productos de menor peso. ^{[ 17 ]}

La viscosidad variable de la CMC (alta en frío y baja en caliente) la hace útil en la preparación de alimentos fríos y texturas en bebidas y geles comestibles. Con un grado de sustitución (DS) cercano a 1,0, puede prevenir la deshidratación y la contracción de la gelatina, además de contribuir a una estructura más aireada. En algunos alimentos, se puede utilizar para controlar el contenido de aceite y humedad. ^{[ 18 ]}

La CMC se utiliza para lograr la estabilidad al tartrato o al frío en el vino, lo que puede evitar el consumo excesivo de energía durante el enfriamiento del vino en climas cálidos. Es más estable que el ácido metatartárico e inhibe la nucleación y el crecimiento de cristales de tartrato. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

El polvo de CMC se utiliza ampliamente en la industria de los helados para elaborarlos sin necesidad de batido ni temperaturas extremadamente bajas. ^{[ 22 ]} El CMC se utiliza en la elaboración de panes y pasteles. Su uso mejora la calidad del pan (por ejemplo, la textura) a un menor coste al reducir la necesidad de grasa. El CMC también se utiliza como emulsionante en galletas dulces . Al dispersar la grasa de manera uniforme en la masa, se facilita su desmolde, obteniendo galletas bien formadas y sin bordes deformados. Además, puede ayudar a reducir la cantidad de yema de huevo o grasa utilizada en la elaboración de las galletas. El uso de CMC en la preparación de caramelos garantiza una dispersión uniforme de los aceites aromatizantes y mejora la textura y la calidad. El CMC se utiliza como emulsionante en chicles , margarina y mantequilla de cacahuete. ^{[ 23 ]}

La CMC es un ingrediente común en productos de limpieza debido a sus propiedades espesantes y estabilizantes, así como a su composición no tóxica. En detergentes y productos de limpieza, se puede utilizar para mejorar la textura y facilitar la suspensión de la suciedad y la mugre. Su viscosidad ajustable permite estandarizar la textura de los productos, especialmente cuando se utiliza junto con otros productos químicos. ^{[ 7 ] [ 6 ]}

La CMC ayuda a eliminar la grasa y contribuye a la formación de pequeñas burbujas en el jabón. Esto, junto con su capacidad para suspender la suciedad en las mezclas, puede hacer que los jabones y otros productos de limpieza sean más eficaces. ^{[ 24 ]}

La CMC se utiliza en la industria textil como agente espesante en la impresión textil, constituyendo aproximadamente entre el 2 % y el 3 % de las pastas de impresión. También se emplea en el acabado de tejidos para modificar su textura. Además, la CMC actúa como agente aglutinante en tejidos no tejidos, contribuyendo a la resistencia y estabilidad del material. En aplicaciones de apresto, se utiliza entre el 1 % y el 3 % de CMC para proteger los hilos durante el tejido y reducir las roturas.

La CMC ayuda a espesar las pastas de impresión, lo que hace que las impresiones sean más precisas. También se utiliza para espesar tintes. Además, es una alternativa a los espesantes sintéticos. ^{[ 25 ]}

La CMC es un ingrediente presente en más del 50 % de los productos cosméticos. Como agente espesante, se utiliza en formulaciones donde se requiere un control preciso de la viscosidad. En el cuidado del cabello, alrededor del 25 % de los champús y acondicionadores utilizan CMC por sus efectos acondicionadores y desenredantes. También se emplea en la industria del maquillaje y la pasta de dientes para controlar la textura de los productos. Gracias a su capacidad para retener la humedad, también se utiliza en productos para el cuidado de la piel. La CMC actúa como agente filmógeno en aproximadamente el 10 % de los protectores solares.

La CMC ayuda a la suspensión y dispersión de pigmentos, uniendo otros ingredientes para una distribución uniforme. Cuando se combina con etanolamina de ácidos grasos o 2,2'-iminodietanol en un producto para el cabello, la CMC puede formar una película delgada alrededor del cabello. ^{[ 26 ]}

Como agente espesante, la CMC puede aumentar la viscosidad de los fluidos de perforación y formar una estructura reticular en el lodo, mejorando así su capacidad de suspensión. La CMC puede proteger eficazmente el pozo y controlar la penetración y la pérdida de humedad en el fluido de perforación. La carboximetilcelulosa sódica de ultra alta viscosidad se puede utilizar en fluidos de fracturación, principalmente para transportar rellenos a los pozos petrolíferos. ^{[ 27 ]}

La CMC también se utiliza en numerosas aplicaciones médicas. ^{[ 12 ] [ 15 ] [ 28 ] [ 29 ]}

Algunos ejemplos incluyen:

• Dispositivo para la epistaxis (hemorragia nasal). Un balón de cloruro de polivinilo (PVC) está recubierto con tejido de punto de CMC reforzado con nailon . El dispositivo se sumerge en agua para formar un gel, que se introduce en la nariz del paciente y se infla. La combinación del balón inflado y el efecto terapéutico del CMC detiene la hemorragia. ^{[ 30 ]}
• Tejido de hidrofibra utilizado como apósito médico después de procedimientos quirúrgicos de oído, nariz y garganta. ^{[ 31 ]}
• Se añade agua para formar un gel , y este gel se inserta en la cavidad sinusal después de la cirugía. ^{[ 32 ]}
• En oftalmología , la CMC se utiliza como agente lubricante en soluciones de lágrimas artificiales para el tratamiento del ojo seco. ^{[ 33 ]}
• En medicina veterinaria, la CMC se utiliza en cirugías abdominales en animales grandes, particularmente caballos, para prevenir la formación de adherencias intestinales. ^{[ 34 ]}

La CMC insoluble (insoluble en agua) puede utilizarse en la purificación de proteínas, particularmente en forma de membranas de filtración cargadas o como gránulos en resinas de intercambio catiónico para cromatografía de intercambio iónico . ^{[ 35 ]} Su baja solubilidad es resultado de un valor DS menor (el número de grupos carboximetilo por unidad de anhidroglucosa en la cadena de celulosa) en comparación con la CMC soluble. ^{[ 36 ]} La CMC insoluble ofrece propiedades físicas similares a las de la celulosa insoluble, mientras que los grupos carboxilato con carga negativa le permiten unirse a proteínas con carga positiva. ^{[ 37 ]} La CMC insoluble también puede reticularse químicamente para mejorar la resistencia mecánica del material. ^{[ 38 ]}

Además, la CMC se ha utilizado ampliamente para caracterizar la actividad enzimática de las endoglucanasas (parte del complejo celulasa ); es un sustrato altamente específico para las celulasas endoactivas, ya que su estructura se ha diseñado para descristalizar la celulosa y crear sitios amorfos ideales para la acción de la endoglucanasa. La CMC es deseable porque el producto de la catálisis ( glucosa ) se puede medir fácilmente utilizando un ensayo de azúcares reductores , como el ácido 3,5-dinitrosalicílico . El uso de CMC en ensayos enzimáticos es especialmente importante para la selección de enzimas celulasas necesarias para una conversión más eficiente de etanol celulósico . La CMC se utilizó erróneamente en los primeros trabajos con enzimas celulasas, ya que muchos asociaron la actividad celulasa total con la hidrólisis de la CMC. A medida que se comprendió mejor el mecanismo de despolimerización de la celulosa, quedó claro que las exocelulasas son dominantes en la degradación de la celulosa cristalina (por ejemplo, Avicel) y no de la soluble (por ejemplo, CMC).

En los detergentes para ropa, se utiliza como polímero de suspensión de suciedad, diseñado para depositarse sobre el algodón y otros tejidos celulósicos, creando una barrera con carga negativa que impide la entrada de suciedad en la solución de lavado. La CMC también se utiliza como agente espesante, por ejemplo, en la industria de la perforación petrolífera como ingrediente del lodo de perforación , donde actúa como modificador de la viscosidad y agente de retención de agua.

El CMC se utiliza a veces como aglutinante de electrodos en aplicaciones avanzadas de baterías (por ejemplo, baterías de iones de litio ), especialmente con ánodos de grafito . ^{[ 39 ]} La solubilidad en agua del CMC permite un procesamiento menos tóxico y costoso que con aglutinantes no solubles en agua, como el fluoruro de polivinilideno (PVDF) tradicional, que requiere n-metilpirrolidona (NMP) tóxica para su procesamiento. El CMC se utiliza a menudo junto con caucho de estireno-butadieno (SBR) para electrodos que requieren flexibilidad adicional, por ejemplo, para su uso con ánodos que contienen silicio. ^{[ 40 ]}

El CMC también se utiliza en bolsas de hielo para formar una mezcla eutéctica que resulta en un punto de congelación más bajo y, por lo tanto, una mayor capacidad de enfriamiento que el hielo. ^{[ 41 ]}

Las soluciones acuosas de CMC también se han utilizado para dispersar nanotubos de carbono, donde se cree que las largas moléculas de CMC envuelven los nanotubos, permitiendo que se dispersen en agua.

En conservación y restauración, se utiliza como adhesivo o fijador (nombre comercial Walocel, Klucel).