تحضير كربوكسي ميثيل السليلوز

كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)هو بوليمر متعدد الاستخدامات قابل للذوبان في الماء مشتق من السليلوز، وهو عديد السكاريد الطبيعي الموجود في جدران الخلايا النباتية. تجد CMC تطبيقات واسعة النطاق في مختلف الصناعات بما في ذلك الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل والمنسوجات والورق وغيرها الكثير بسبب خصائصها الفريدة مثل التسميك والتثبيت والربط وتشكيل الأفلام واحتباس الماء. يتضمن تحضير CMC عدة خطوات تبدأ من استخلاص السليلوز من المصادر الطبيعية يليه تعديله لإدخال مجموعات كربوكسي ميثيل.

1. استخلاص السليلوز :
الخطوة الأولى في تحضير CMC هي استخلاص السليلوز من مصادر طبيعية مثل لب الخشب أو نسالة القطن أو الألياف النباتية الأخرى. يتم الحصول على السليلوز عادة 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 بالكلور أو بيروكسيد الهيدروجين لإزالة الشوائب واللجنين.

2. تفعيل السليلوز :
بمجرد استخلاص السليلوز، فإنه يحتاج إلى تفعيله لتسهيل إدخال مجموعات كربوكسي ميثيل. يتم تحقيق التنشيط عادةً عن طريق معالجة السليلوز بالقلويات مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو كربونات الصوديوم (Na2CO3) تحت ظروف درجة الحرارة والضغط الخاضعة للتحكم. يؤدي العلاج بالقلويات إلى تضخم ألياف السليلوز وزيادة تفاعلها عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئات وبين الجزيئات.

3. تفاعل كربوكسي ميثيل:
يتم بعد ذلك إخضاع السليلوز المنشط إلى تفاعل كربوكسي ميثيل حيث يتم إدخال مجموعات كربوكسي ميثيل (-CH2COOH) على مجموعات الهيدروكسيل في سلاسل السليلوز. يتم إجراء هذا التفاعل عادةً عن طريق تفاعل السليلوز المنشط مع أحادي كلورو أسيتات الصوديوم (SMCA) في وجود محفز قلوي مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). يمكن تمثيل رد الفعل على النحو التالي:

السليلوز + حمض الكلوروسيتيك → كربوكسي ميثيل السليلوز + كلوريد الصوديوم

يتم التحكم بعناية في ظروف التفاعل بما في ذلك درجة الحرارة ووقت التفاعل وتركيز الكواشف ودرجة الحموضة لضمان إنتاجية عالية ودرجة الاستبدال المطلوبة (DS) والتي تشير إلى متوسط ​​عدد مجموعات كربوكسي ميثيل المقدمة لكل وحدة جلوكوز من سلسلة السليلوز.

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

5. التطهير:
يتم بعد ذلك 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:
وأخيرًا، يتم تجفيف كربوكسي ميثيل السليلوز المنقى لإزالة الرطوبة المتبقية والحصول على المنتج المطلوب على شكل مسحوق جاف أو حبيبات. يمكن إجراء التجفيف باستخدام طرق مختلفة مثل التجفيف بالهواء، أو التجفيف بالفراغ، أو التجفيف بالرذاذ اعتمادًا على الخصائص المطلوبة للمنتج النهائي.

7. التوصيف ومراقبة الجودة:
المجففةسي إم سييخضع المنتج لتقنيات توصيف مختلفة مثل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، وقياسات اللزوجة للتأكد من تركيبه الكيميائي، ودرجة الاستبدال، والوزن الجزيئي، والنقاء. يتم أيضًا إجراء اختبارات مراقبة الجودة للتأكد من أن المنتج يلبي المواصفات المطلوبة للتطبيقات المقصودة.

يتضمن تحضير السليلوز كربوكسي ميثيل عدة خطوات بما في ذلك استخلاص السليلوز من المصادر الطبيعية، والتنشيط، وتفاعل كربوكسي ميثيل، والتحييد، والتنقية، والتجفيف، والتوصيف. تتطلب كل خطوة تحكمًا دقيقًا في ظروف التفاعل ومعلماته لتحقيق إنتاجية عالية ودرجة الاستبدال المطلوبة وجودة المنتج النهائي. CMC عبارة عن بوليمر يستخدم على نطاق واسع وله تطبيقات متنوعة نظرًا لخصائصه الفريدة وتعدد استخداماته.