Получаване на карбоксиметилцелулоза

Карбоксиметил целулоза (CMC)е универсален водоразтворим полимер, получен от целулоза, която е естествен полизахарид, открит в стените на растителните клетки. CMC намира обширни приложения в различни индустрии, включително хранителна, фармацевтична, козметична, текстилна, хартиена и много други поради уникалните си свойства като сгъстяване, стабилизиране, свързване, образуване на филм и задържане на вода. Приготвянето на CMC включва няколко стъпки, като се започне от извличането на целулоза от естествени източници, последвано от нейната модификация за въвеждане на карбоксиметилови групи.

1. Екстракция на целулоза:
Първата стъпка в приготвянето на CMC е извличането на целулоза от естествени източници като дървесна маса, памучен мъх или други растителни влакна. Целулозата обикновено се получава чрез серия от процеси, включително пулпиране, избелване и пречистване. Например, дървесна маса може да се получи чрез механични или химични процеси на пулпиране, последвани от избелване с хлор или водороден пероксид за отстраняване на примеси и лигнин.

2. Активиране на целулозата:
След като целулозата бъде извлечена, тя трябва да се активира, за да се улесни въвеждането на карбоксиметилови групи. Активирането обикновено се постига чрез третиране на целулоза с алкали като натриев хидроксид (NaOH) или натриев карбонат (Na2CO3) при контролирани условия на температура и налягане. Алкалната обработка набъбва целулозните влакна и повишава тяхната реактивност чрез разрушаване на вътрешно- и междумолекулните водородни връзки.

3. Реакция на карбоксиметилиране:
След това активираната целулоза се подлага на реакция на карбоксиметилиране, където карбоксиметиловите групи (-CH2COOH) се въвеждат върху хидроксилните групи на целулозните вериги. Тази реакция обикновено се провежда чрез взаимодействие на активираната целулоза с натриев монохлороацетат (SMCA) в присъствието на алкален катализатор като натриев хидроксид (NaOH). Реакцията може да бъде представена по следния начин:

Целулоза + хлороцетна киселина → карбоксиметил целулоза + NaCl

Реакционните условия, включително температура, реакционно време, концентрация на реагентите и рН, се контролират внимателно, за да се осигури висок добив и желана степен на заместване (DS), което се отнася до средния брой карбоксиметилови групи, въведени на глюкозна единица от целулозна верига.

4. Неутрализиране и измиване:
След реакцията на карбоксиметилиране, получената карбоксиметилцелулоза се неутрализира, за да се отстранят излишните алкали и нереагиралата хлорооцетна киселина. Това обикновено се постига чрез промиване на продукта с вода или разреден киселинен разтвор, последвано от филтруване за отделяне на твърдия CMC от реакционната смес.

5. Пречистване:
След това пречистеният CMC се промива с вода многократно, за да се отстранят примеси като соли, нереагирали реагенти и странични продукти. Може да се използва филтруване или центрофугиране за отделяне на пречистената CMC от промивната вода.

6. Сушене:
Накрая пречистената карбоксиметилцелулоза се изсушава, за да се отстрани остатъчната влага и да се получи желаният продукт под формата на сух прах или гранули. Сушенето може да се осъществи с помощта на различни методи като въздушно сушене, вакуумно сушене или пулверизационно сушене в зависимост от желаните характеристики на крайния продукт.

7. Характеризиране и контрол на качеството:
ИзсушенитеCMCпродуктът се подлага на различни техники за характеризиране като инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие (FTIR), ядрено-магнитен резонанс (NMR) и измервания на вискозитет, за да се потвърди неговата химична структура, степен на заместване, молекулно тегло и чистота. Извършват се и тестове за контрол на качеството, за да се гарантира, че продуктът отговаря на изискваните спецификации за предвидените приложения.

получаването на карбоксиметил целулоза включва няколко стъпки, включително извличане на целулоза от естествени източници, активиране, реакция на карбоксиметилиране, неутрализация, пречистване, сушене и характеризиране. Всеки етап изисква внимателен контрол на реакционните условия и параметри за постигане на висок добив, желана степен на заместване и качество на крайния продукт. CMC е широко използван полимер с разнообразни приложения поради своите уникални свойства и гъвкавост.