Приготвяне на карбоксиметил целулоза

Карбоксиметил целулоза (CMC)е универсален водоразтворим полимер, получен от целулоза, който е естествен полизахарид, открит в растителните клетъчни стени. CMC намира обширни приложения в различни индустрии, включително храна, фармацевтични продукти, козметика, текстил, хартия и много други поради неговите уникални свойства като удебеляване, стабилизиране, свързване, филмово образуване и задържане на вода. Подготовката на CMC включва няколко стъпки, започващи от извличането на целулоза от естествени източници, последвано от неговата модификация за въвеждане на карбоксиметилни групи.

1. Извличане на целулоза:
Първата стъпка в приготвянето на CMC е извличането на целулоза от естествени източници като дървена целулоза, памучни линтове или други растителни влакна. Целулозата обикновено се получава чрез серия от процеси, включително пулпиране, избелване и пречистване. Например, дървена пулпа може да бъде получена чрез механични или химически пулпинг процеси, последвани от избелване с хлор или водороден пероксид за отстраняване на примесите и лигнина.

2. Активиране на целулозата:
След като целулозата се извлече, тя трябва да се активира, за да се улесни въвеждането на карбоксиметилови групи. Активирането обикновено се постига чрез лечение на целулоза с алкали като натриев хидроксид (NaOH) или натриев карбонат (Na2CO3) при контролирани условия на температура и налягане. Лечението с алкали набъбва целулозната влакна и увеличава реактивността им чрез разбиване на вътре и междумолекулни водородни връзки.

3. Карбоксиметилиране реакция:
След това активираната целулоза се подлага на реакцията на карбоксиметилиране, при която карбоксиметил групи (-CH2COOH) се въвеждат върху хидроксилните групи на целулозните вериги. Тази реакция обикновено се провежда чрез реагиране 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 + хлорооцетна киселина → карбоксиметил целулоза + NaCl

Реакционните условия, включително температура, време на реакция, концентрация на реагенти и рН, са внимателно контролирани, за да се осигури висок добив и желаната степен на заместване (DS), която се отнася до средния брой карбоксиметилови групи, въведени в глюкозна единица на целулозната верига.

4. Неутрализация и измиване:
След реакцията на карбоксиметилиране, получената карбоксиметил целулоза се неутрализира за отстраняване на излишните алкали и нереагирала хлорооцетна киселина. Обикновено това се постига чрез измиване на продукта с вода или разтвор на разредена киселина, последван от филтрация за отделяне на твърдия CMC от реакционната смес.

5. Пречистване:
След това пречистеният CMC се промива с вода многократно, за да се отстранят примесите като соли, нереагирали реагенти и странични продукти. Филтрация или центрофугиране могат да бъдат използвани за отделяне на пречистения CMC от промивната вода.

6. Сушене:
Накрая, пречистената карбоксиметил целулоза се изсушава, за да се отстрани остатъчната влага и да се получи желания продукт под формата на сух прах или гранули. Изсушаването може да се осъществи с помощта на различни методи като сушене на въздух, сушене на вакуум или изсушаване на спрей в зависимост от желаните характеристики на крайния продукт.

7. Характеристика и контрол на качеството:
ИзсушенитеCmcПродуктът се подлага на различни техники за характеристика, като инфрачервена спектроскопия на Фурие, трансформация на Фурие (FTIR), ядрен магнитен резонанс (NMR) и вискозитет, за да се потвърди химическата му структура, степента на заместване, молекулното тегло и чистотата. Тестовете за контрол на качеството също се извършват, за да се гарантира, че продуктът отговаря на необходимите спецификации за предвидените приложения.

Приготвянето на карбоксиметил целулоза включва няколко етапа, включително извличането на целулоза от естествени източници, активиране, карбоксиметилиране, реакция, неутрализация, пречистване, сушене и характеристика. Всяка стъпка изисква внимателен контрол на условията и параметрите на реакцията, за да се постигне 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.