تحضير الكربوكيميثيل السليلوز

السليلوز الكربوكميثيل (CMC)هو بوليمر قابل للذوبان في الماء متعددة الاستخدامات مشتقة من السليلوز ، وهو عديد السكاريد الطبيعي الموجود في جدران الخلايا النباتية. تجد CMC تطبيقات واسعة في مختلف الصناعات بما في ذلك الأغذية ، والمستحضرات الصيدلانية ، ومستحضرات التجميل ، والمنسوجات ، والورق ، والعديد من الآخرين بسبب خصائصها الفريدة مثل السمك ، والاستقرار ، والربط ، وتكوين الأفلام ، والاحتفاظ بالماء. يتضمن إعداد CMC عدة خطوات بدءًا من استخراج السليلوز من المصادر الطبيعية تليها تعديلها لإدخال مجموعات الكربوكيثيل.

1. استخراج السليلوز:
الخطوة الأولى في تحضير CMC هي استخراج السليلوز من مصادر طبيعية مثل لب الخشب أو المبيدات القطنية أو ألياف النبات الأخرى. عادة ما يتم الحصول على السليلوز من خلال سلسلة من العمليات بما في ذلك اللب والتبييض والتنقية. على سبيل المثال ، يمكن الحصول على لب الخشب عن طريق عمليات اللب الميكانيكية أو الكيميائية تليها التبييض مع كلور أو بيروكسيد الهيدروجين لإزالة الشوائب واللجنين.

2. تنشيط السليلوز:
بمجرد استخلاص السليلوز ، يجب تنشيطه لتسهيل إدخال مجموعات الكربوكيثيل. عادة ما يتم تحقيق التنشيط من خلال علاج السليلوز مع القلويات مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو كربونات الصوديوم (Na2Co3) في ظل الظروف التي يتم التحكم فيها من درجة الحرارة والضغط. العلاج القلوي يتضخم ألياف السليلوز ويزيد من تفاعلها عن طريق كسر روابط الهيدروجين داخل الجزيئات.

3. تفاعل الكربوكيميثيل:
ثم يتعرض السليلوز المنشط لتفاعل الكربوكيموثيل حيث يتم تقديم مجموعات الكربوكسي ميثيل (-CH2COOH) على مجموعات الهيدروكسيل لسلاسل السليلوز. يتم إجراء هذا التفاعل عادة عن طريق رد فعل السليلوز المنشط مع أحادي كلوروسيتات الصوديوم (SMCA) في وجود محفز قلوي مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). يمكن تمثيل رد الفعل على النحو التالي:

السليلوز + حمض الكلوروسيتيك → carboxymethyl السليلوز + كلوريد الصوديوم

يتم التحكم بعناية في ظروف التفاعل بما في ذلك درجة الحرارة ووقت التفاعل وتركيز الكواشف ودرجة الحموضة لضمان درجة عالية من العائد ودرجة المرغوبة (DS) والتي تشير إلى متوسط ​​عدد مجموعات الكربوكيثيل التي تم تقديمها لكل وحدة الجلوكوز في سلسلة السليلوز.

4. التحييد والغسيل:
بعد تفاعل الكربوكسي ميثيل ، يتم تحييد السليلوز الناتج عن الكربوكسي ميثيلوز لإزالة القلويات الزائدة وحمض الكلوروسيتيك غير المتفاعل. يتم تحقيق ذلك عادة عن طريق غسل المنتج بالماء أو محلول حمض مخفف متبوعًا بالترشيح لفصل CMC الصلبة عن خليط التفاعل.

5. تنقية:
ثم يتم غسل CMC المنقى بالماء عدة مرات لإزالة الشوائب مثل الأملاح والكواشف غير المتفاعلة والمنتجات الثانوية. يمكن استخدام الترشيح أو الطرد المركزي لفصل CMC المنقى عن ماء الغسيل.

6. التجفيف:
أخيرًا ، يتم تجفيف السليلوز الكربوكميثيل المنقى لإزالة الرطوبة المتبقية والحصول على المنتج المطلوب في شكل مسحوق جاف أو حبيبات. يمكن تحقيق التجفيف باستخدام طرق مختلفة مثل تجفيف الهواء أو تجفيف الفراغ أو تجفيف الرش اعتمادًا على الخصائص المطلوبة للمنتج النهائي.

7. التوصيف ومراقبة الجودة:
المجففCMCيتعرض المنتج لتقنيات التوصيف المختلفة مثل تحويل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) ، والرنين المغناطيسي النووي (NMR) ، وقياسات اللزوجة لتأكيد بنيةها الكيميائية ، ودرجة الاستبدال ، والوزن الجزيئي ، والطهارة. يتم إجراء اختبارات مراقبة الجودة أيضًا للتأكد من أن المنتج يفي بالمواصفات المطلوبة للتطبيقات المقصودة.

يتضمن تحضير السليلوز الكربوكمي ميثيل عدة خطوات بما في ذلك استخراج السليلوز من المصادر الطبيعية ، والتنشيط ، وتفاعل الكربوكسي ميثيل ، وتحييد ، والتنقية ، والتجفيف ، والتوصيف. تتطلب كل خطوة التحكم الدقيق في ظروف التفاعل والمعلمات لتحقيق درجة عالية من العائد ، والدرجة المطلوبة ، وجودة المنتج النهائي. CMC هو بوليمر يستخدم على نطاق واسع مع تطبيقات متنوعة بسبب خصائصه الفريدة وتنوعها.