Введение

Метилцеллюлоза (или метилцеллюлоза) – соединение, получаемое из целлюлозы. Она продается под различными торговыми названиями и используется в качестве загустителя и эмульгатора в различных пищевых продуктах и косметических средствах, а также как объемный слабительный препарат. Как и целлюлоза, она не переваривается, не токсична и не является аллергеном. Помимо использования в кулинарии, она применяется в искусстве и рукоделии, например, для папье-маше, и часто является основным ингредиентом обойного клея. В 2020 году она была 422-м наиболее часто выписываемым лекарством в Соединенных Штатах, по более чем 100 000 рецептам.

Применение

Метилцеллюлоза имеет широкий спектр применения.

Запор

Метилцеллюлоза используется для лечения запоров и классифицируется как объемный слабитель. Она действует, увеличивая объем каловых масс, что способствует улучшению перистальтики кишечника. Эффект обычно проявляется в течение трех дней. Растворы, содержащие метилцеллюлозу или подобные производные целлюлозы, применяются в качестве заменителя слезной жидкости или слюны при нарушении их естественного выделения.

Производство лекарств

Метилцеллюлоза используется в производстве лекарственных капсул; её съедобные и нетоксичные свойства предоставляют вегетарианскую альтернативу желатину.

Плотное масло

Метилцеллюлоза иногда добавляется в шампуни для волос, зубные пасты и жидкое мыло для придания им характерной густой консистенции. Это также применяется в пищевой промышленности, например, при производстве мороженого или крокет. Метилцеллюлоза также является важным эмульгатором, предотвращающим расслоение смешанных жидкостей, так как она стабилизирует эмульсии.

Еда

Число E метилцеллюлозы как пищевой добавки – E461. E464 – это гидроксипропилметилцеллюлоза, которая лучше растворяется в воде. Метилцеллюлоза, в виде геля, обладает уникальным свойством: она застывает при нагревании и плавится при охлаждении. В некоторых имитациях мяса, предназначенных для воссоздания текстуры мяса, метилцеллюлоза используется как ингредиент, обычно в концентрациях менее 2%.

Мази

Метилцеллюлоза может использоваться в качестве персонального лубриканта.

Строительные материалы

Метилцеллюлоза находит широкое применение в качестве добавки, повышающей эффективность строительных материалов. Её добавляют в сухие строительные смеси для улучшения свойств раствора, таких как удобоукладываемость, время открытой работы и корректировки, водоудерживающая способность, вязкость и адгезия к основаниям. Метилцеллюлозу строительного качества нельзя путать с метилцеллюлозой пищевого и фармацевтического назначения, а также с гидроксипропилметилцеллюлозой, поскольку она может быть сшита глиоксалем для облегчения диспергирования в воде. Строительные материалы могут быть на цементной или гипсовой основе. К заметным примерам сухих смесей, в которых используется метилцеллюлоза, относятся клеи для плитки, системы наружной теплоизоляции (EIFS), изоляционные штукатурки, штукатурки для ручного и машинного нанесения, фасадная штукатурка, самовыравнивающиеся смеси для пола, экструдированные цементные панели, выравнивающие составы, заполнители для швов и трещин, а также затирки для плитки. Обычно её используют в количестве 0,2–0,5% от общего веса сухого порошка в сухих смесях. Производные метилцеллюлозы, улучшающие эксплуатационные характеристики, включают гидроксипропилметилцеллюлозу (HPMC) и гидроксиэтилметилцеллюлозу (HEMC). Эти производные обычно улучшают такие свойства, как водоудерживающая способность, устойчивость к сползанию на вертикальных поверхностях и время открытой работы.

Клей и связующее средство

Метилцеллюлоза может использоваться как мягкий клей, который легко смывается водой. Это может применяться для фиксации хрупких произведений искусства, а также в реставрации книг для размягчения и удаления старого клея с корешков и обложек. Метилцеллюлоза является основным компонентом многих обойных клеев. Она также используется в качестве связующего вещества в пастельных мелках и в составе лекарственных препаратов. Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) – водорастворимый клей, одобренный FDA, который на протяжении 70 лет применяется в различных областях, связанных с адгезией во влажной среде, в строительных материалах, красках и системах доставки лекарств. HPMC прочно прилипает ко всем влажным поверхностям, независимо от их гидрофобности.

Краска

Метилцеллюлоза используется в качестве реологического модификатора в красках для предотвращения потеков.

Размерная обработка бумаги и текстиля

Метилцеллюлоза используется в качестве проклеивающего вещества при производстве бумаги и текстиля, поскольку она защищает волокна от впитывания воды или масла. При нанесении на несколько слоев бумаги метилцеллюлоза связывает их вместе, часто для создания более прочного или многоцветного листа. Кроме того, мастера оригами используют её для покрытия своих моделей, так как это вещество придает бумаге жесткость и защищает её от разрушения со временем.

Контроль за пылью

Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) и гидроксиэтилметилцеллюлоза (HEMC) применяются в качестве связующих в технологиях подавления пыли. Они снижают выбросы пыли в сухих и полусухих регионах, а также повышают эффективность коммерческих масок при использовании в фильтрующих материалах.

Культура клеток

Метилцеллюлоза также используется в клеточных культурах для изучения репликации вирусов. Она растворяется в той же питательной среде, в которой обычно выращивают клетки. На плоской поверхности выращивают один слой клеток, который затем кратковременно инфицируют вирусом. Концентрация вирусного образца определяет, сколько клеток будет инфицировано за это время. Затем поверх клеток добавляют густую среду, содержащую метилцеллюлозу, вместо обычной жидкой среды. Когда вирусы реплицируются в инфицированных клетках, они могут распространяться между клетками, мембраны которых соприкасаются, но оказываются заблокированы при попадании в метилцеллюлозу. Инфицируются и погибают только клетки, непосредственно соседствующие с инфицированной клеткой. Это приводит к образованию небольших областей мертвых клеток, называемых бляшками, на фоне более обширной области живых, неинфицированных клеток. Количество образовавшихся бляшек соответствует концентрации исходного вирусного образца.

Ингибитор бактериальной и протозойной подвижности

Водные растворы метилцеллюлозы использовались для замедления подвижности бактериальных и простейших клеток с целью более детального изучения. Изменение концентрации метилцеллюлозы в растворе позволяет регулировать его вязкость.

Дифференциация стволовых клеток

Метилцеллюлоза используется в большинстве распространенных методов количественной оценки много- или однонаправленных гематопоэтических предшественников, называемых клетками, образующими колонии (CFC), или колониеобразующими единицами (CFU), в сочетании с добавками к культуральной среде, стимулирующими их пролиферацию и дифференцировку, и позволяющими клональному потомству единственной предшественнической клетки оставаться вместе и, таким образом, формировать колонию из более зрелых клеток.

Химия

Это гидрофильный белый порошок в чистом виде, который растворяется в холодной (но не в горячей) воде, образуя прозрачный вязкий раствор или гель. Метилцеллюлоза используется как буферная добавка в капиллярном электрофорезе для контроля электроосмотического потока и повышения качества разделения.

Специальные эффекты

Слизь и липкость подходящего препарата метилцеллюлозы в воде, наряду с её нетоксичностью, неаллергенностью и съедобностью, делают её популярной для использования в спецэффектах кино и телевидения, где требуется имитация отвратительной слизи. В фильме «Охотники за привидениями» липкое вещество, которым сверхъестественные существа «обливали» охотников за привидениями, в основном представляло собой густой водный раствор метилцеллюлозы. Инопланетяне обильно выделяют и капают метилцеллюлозой, особенно королева. Метилцеллюлоза также успешно используется для безопасной имитации расплавленных материалов. В нескольких фильмах «Терминатор» её подсвечивали цветными гелями и плёнками, чтобы воссоздать раскалённое свечение железа в больших ковшах, используемых для транспортировки металла из плавильных печей в различные формы. Метилцеллюлоза также использовалась в качестве имитации лавовых потоков в Лос-Анджелесе в фильме «Вулкан» и на вулканической поверхности Мустафара в фильме «Звёздные войны: Эпизод III – Месть ситхов».

Химия

Метилцеллюлоза не встречается в природе и производится синтетическим путем путем нагревания целлюлозы с щелочным раствором (например, раствором гидроксида натрия) и последующей обработки метилхлоридом. В ходе реакции замещения гидроксильные группы (функциональные группы OH) замещаются метоксигруппами (группы OCH3). Различные виды метилцеллюлозы могут быть получены в зависимости от числа замещенных гидроксильных групп. Целлюлоза – это полимер, состоящий из множества соединенных молекул глюкозы, каждая из которых имеет три гидроксильные группы. Степень замещения (DS) конкретной формы метилцеллюлозы определяется как среднее число замещенных гидроксильных групп на одну молекулу глюкозы. Таким образом, теоретический максимум составляет DS 3,0, однако более типичные значения находятся в диапазоне 1,3–2,6. Различные препараты метилцеллюлозы также могут отличаться средней длиной полимерных цепей.

Растворимость и температура

Метилцеллюлоза имеет нижнюю критическую температуру растворения (LCST) в диапазоне от 40 °C до 50 °C. При температурах ниже LCST она легко растворима в воде; выше LCST она не растворима, что приводит к парадоксальному эффекту: нагревание насыщенного раствора метилцеллюлозы приводит к его затвердеванию, поскольку метилцеллюлоза выпадает в осадок. Температура, при которой это происходит, зависит от значения DS: более высокие значения DS обеспечивают меньшую растворимость и более низкие температуры осаждения, так как полярные гидроксильные группы экранированы. Однако приготовить раствор метилцеллюлозы в холодной воде сложно: при контакте порошка с водой вокруг него образуется гелевый слой, который значительно замедляет диффузию воды внутрь порошка, в результате чего его внутренняя часть остается сухой. Более эффективный способ – сначала смешать порошок с горячей водой, чтобы частицы метилцеллюлозы хорошо диспергировались (и, следовательно, имели гораздо большую эффективную площадь поверхности) в воде, а затем охладить эту дисперсию при перемешивании, что обеспечивает гораздо более быстрое растворение частиц.