เซลลูโลสอีเทอร์ ชนิด และคุณสมบัติ

Last Updated on 18 กันยายน 2023 by siamroommate

เซลลูโลสอีเทอร์ (cellulose ether) คือ พอลิเมอร์ที่ได้มาจากเซลลูโลส เป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสโดยเกิดจาก
ปฏิกิริยาการแทนที่ไฮโดรเจนอะตอมที่หมู่ไฮดรอกซิลด้วยเมทิล (methyl) คาร์บอกซีเมทิล (carboxy
methyl) และไฮดรอกซีโพรพิลเมทิล (hydroxypropylmethyl) ซึ่งในการผลิตฟิล์มบริโภคได้ที่อยู่ใน
รูปของเซลลูโลสอีเทอร์ ได้แก่ คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (carboxymethyl cellulose; CMC)
เมทิลเซลลูโลส (methyl cellulose; MC) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (hydroxypropylmethyl
cellulose; HPMC) เป็นต้น

อนุพันธ์เหล่านี้ละลายได้ในน้ำ ความยาวของสายเซลลูโลสอีเทอร์ยังคงเท่ากับของเซลลูโลส แต่ชนิดของหมู่อีเทอร์และระดับของการแทนที่ (degree of substitution; DS) จำนวนหมู่ไฮดรอกซิลบนโมเลกุลของแอนไฮโดรกลูโคส (anhydroglucose) จะมีอิทธิพลต่อสมบัติในการดูดน้ำ การเกิดเจล และการเพิ่มความหนืดของอนุพันธ์เซลลูโลสที่ต่างชนิดกัน

2.1 เมทิลเซลลูโลส
เมทิลเซลลูโลส เป็นอนุพันธุ์ของเซลลูโลสที่เตรียมได้โดยใช้เซลลลูโลสทำปฏิกิริยากับสารละลายด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 30 ถึง 60 ซึ่งจะใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์สามหน่วยต่อแอนไฮโดรกลูโคสหนึ่งหน่วยในโมเลกุลของเซลลลูโลส ได้เป็นสารละลายเซลลูโลสในด่าง แล้วนำไปทำปฏิกิริยาต่อกับเมทิลคลอไรด์ (methyl chloride) ได้เป็นเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์โครงสร้างของเมทิลเซลลูโลส

ถ้าเมทิลเซลลูโลสมี DS สูงมากจะกระจายตัวได้ในตัวทำละลายอินทรีย์เท่านั้น เมทิลเซลลูโลสไม่กระจายตัวในน้ำร้อน แต่กระจายตัวได้ดีในน้ำเย็นและไม่มีประจุ โดยเมทิลเซลลูโลสที่ผลิตทางการค้าจะมีระดับของการพอลิเมอร์ไรเซชั่น (degree of polymerization; DP) แตกต่างกัน ทำให้มีสมบัติในการกระจายตัวและการให้ความหนืดแตกต่างกันด้วย

การเกิดปฏิกิริยาเมทิลเลชัน (methylation) ที่หมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลเซลลูโลสจะทำให้สายของโมเลกุลเซลลูโลสแยกตัวออกจากกัน น้ำจึงสามารถแทรกตัวเข้าไปได้ง่าย การกระจายตัวจึงดีขึ้น เมทิลเซลลูโลสจะเกิดเป็นเจลได้เมื่อได้รับความร้อน และจะกลับเป็นของเหลวที่มีความข้นหนืดเมื่อปล่อยให้เย็นลง ซึ่งความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นเมื่อสารละลายได้รับความร้อน และจะเกิดเป็นเจลได้ ณ อุณหภูมิประมาณ 50 ถึง 55 องศาเซลเซียส ถ้ามีอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) น้ำตาลซูโครส (sucrose) กลีเซอรอล (glycerol) และซอร์บิทอล(sorbitol) ปนอยู่ด้วย จะทำให้อุณหภูมิการเกิดเจลลดลง แต่เมื่อเติมเอทานอลหรือโพรพิลีนไกลคอล (propylene glycol) ลงไป อุณหภูมิในการเกิดเจลจะสูงขึ้น และถ้าให้หมู่ไฮดรอกซีโพรพิลแทนที่หมู่เมทิลในโมเลกุลของเมทิลเซลลูโลสบางส่วน จะทำให้เกิดเป็นเจลที่อุณหภูมิสูงขึ้นถึง 85 องศาเซลเซียส ซึ่งขึ้นอยู่กับสัดส่วนของหมู่เมทิลและไฮดรอกซีโพรพิลด้วย

มีการอธิบายการเกิดฟิล์มจากเมทิลเซลลูโลสว่า เมื่อละลายเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายจะเกิดการพองตัวเนื่องจากมีโมเลกุลของตัวทำละลายเข้าไปแทรกอยู่ ขณะเดียวกันความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนพันธะระหว่างสายพอลิเมอร์จะถูกทำลาย ทำให้สายโซ่เริ่มกระจายตัว ความหนืดลดลง และคงที่เมื่อการกระจายของของโมเลกุลเกิดอย่างสมบูรณ์ ในระหว่างการระเหยของตัวทำละลาย สายโซ่จะเชื่อมต่อกันใหม่ได้แผ่นฟิล์มเมทิลเซลลูโลส ถ้ามีการเติมพลาสติไซเซอร์ (plasticizer) ลงไปสารดังกล่าวจะไปแทรกอยู่ระหว่างสายพอลิเมอร์ ทำให้แผ่นฟิล์มมีความยืดหยุ่นขึ้น

2.2. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี โดยเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ไฮโดรเจนอะตอมที่หมู่ไฮดรอกซิลด้วยไฮดรอกซีโพลพิลเมทิล โครงสร้างของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ซึ่งไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเกิดเป็นเจลได้เมื่อได้รับความร้อนและจะกลับเป็นของเหลวที่มีความเข้มข้นหนืดเมื่อปล่อยให้เย็นลง จึงนำ ไปใช้กับอาหารประเภททอด เมทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเป็นตัวช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันที่ใช้ทอดอาหารถูกดูดซึมเข้าไปในเนื้อผลิตภัณฑ์อาหารมากเกินไป และจะช่วยชะลอการสูญเสียน้ำหรือความชื้นออกจากผลิตภัณฑ์อาหารด้วย

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและเมทิลเซลลูโลสกระจายตัวได้ดีในน้ำที่อุณหภูมิต่ำ และจะกลายเป็นเจลที่อุณหภูมิสูง สมบัตินี้ช่วยทำให้อิมัลชัน (emulsion) ชนิดน้ำมันในน้ำมีความคงตัวดีที่อุณหภูมิต่ำ โดยนำไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและเมทิลเซลลูโลสมากระจายตัวในน้ำร้อน ซึ่งจะช่วยชะลอการพองตัวและการดูดน้ำของสารเหล่านี้ เมื่อปล่อยให้เย็นลงจะทำให้ได้อิมัลชันที่มีความหนืดสูงและอนุภาคน้ำมันมีขนาดเล็ก (นิธิยา, 2545) สารทั้ง 2 ชนิดนี้สามารถเกิดเป็นฟิล์มได้ดี มีลักษณะโปร่งใสเหนียว และยืดตัวได้ดี ละลายได้ในน้ำ ไม่ละลายในไขมันและน้ำมัน การเติมพลาสติไซเซอร์มีผลต่อหมู่ไฮดรอกซีโพรพิลที่ถูกแทนที่ในไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส ทำให้ฟิล์มมีความคงตัวต่ำสามารถปรับปรุงสมบัติด้านการละลายในน้ำโดยการใช้เมลามีน ฟอร์มัลดีไฮด์เรซิน (melamine formaldehyde resins) และในการเกิดพอลิเมอร์แบบเชื่อมโยงข้ามจะทำให้ฟิล์มไม่ละลายน้ำ นอกจากนี้ อาจใช้ร่วมกับลิพิดเพื่อปรับปรุงสมบัติการป้องกันการซึมผ่านของความชื้นให้ดีขึ้น

ข้อมูลจาก
นิพร เดชสุข. 2551. การปลดปล่อยซินนามาลดีไฮด์และยูจีนอลจากฟิล์มเซลลูโลสอีเทอร์และการประยุกต์เป็นฟิล์มต้านจุลินทรีย์เพื่อการบรรจุ.