Preparació de la cel·lulosa carboximetil

Carboximetil cel·lulosa (CMC)és un polímer versàtil soluble en aigua derivat de la cel·lulosa, que és un polisacàrid natural que es troba a les parets de les cèl·lules vegetals. CMC troba amplis aplicacions en diverses indústries, com ara aliments, productes farmacèutics, cosmètics, tèxtils, paper i moltes altres a causa de les seves propietats úniques com espessiment, estabilització, enquadernació, formació de pel·lícules i retenció d’aigua. La preparació de CMC implica diversos passos a partir de l’extracció de cel·lulosa de fonts naturals seguides de la seva modificació per introduir grups carboximetils.

1. Extracció de cel·lulosa:
El primer pas en la preparació de CMC és l’extracció de cel·lulosa de fonts naturals com la polpa de fusta, les cartes de cotó o altres fibres vegetals. La cel·lulosa s’obté normalment a través d’una sèrie de processos que inclouen pulping, blanqueig i purificació. Per exemple, la polpa de fusta es pot obtenir mitjançant processos de polpa mecànics o químics seguits del blanqueig amb clor o peròxid d’hidrogen per eliminar les impureses i la lignina.

2. Activació de la cel·lulosa:
Un cop extreta la cel·lulosa, s’ha d’activar per facilitar la introducció de grups carboximetils. L’activació s’aconsegueix generalment tractant la cel·lulosa amb alcalins com l’hidròxid de sodi (NaOH) o el carbonat de sodi (Na2CO3) en condicions de temperatura i pressió controlades. El tractament alcalí s’infla les fibres de cel·lulosa i augmenta la seva reactivitat en trencar els enllaços d’intra i hidrogen intermoleculars.

3. Reacció de carboximetilació:
La cel·lulosa activada es sotmet a la reacció de carboximetilació on els grups carboximetils (-CH2COOH) s’introdueixen als grups hidroxil de les cadenes de cel·lulosa. Aquesta reacció es realitza normalment reaccionant la cel·lulosa activada amb monocloroacetat de sodi (SMCA) en presència d’un catalitzador alcalí com l’hidròxid de sodi (NaOH). La reacció es pot representar de la següent manera:

Cel·lulosa + àcid cloroacètic → carboximetil cel·lulosa + NaCl

Les condicions de reacció que inclouen la temperatura, el temps de reacció, la concentració de reactius i el pH estan controlades amb cura per assegurar un rendiment elevat i grau de substitució desitjat (DS), que fa referència al nombre mitjà de grups carboximetils introduïts per unitat de glucosa de la cadena de cel·lulosa.

4. Neutralització i rentat:
Després de la reacció de carboximetilació, la carboximetil cel·lulosa resultant es neutralitza per eliminar l'excés de alcali i l'àcid cloroacètic no reaccionat. Això s’aconsegueix normalment rentant el producte amb aigua o una solució d’àcid diluït seguida de filtració per separar el CMC sòlid de la barreja de reacció.

5. Purificació:
El CMC purificat es renta amb aigua diverses vegades per eliminar les impureses com ara sals, reactius no reaccionats i subproductes. Es pot utilitzar la filtració o la centrifugació per separar el CMC purificat de l’aigua de rentat.

6. Assecat:
Finalment, la cel·lulosa carboximetil purificada s’asseca per eliminar la humitat residual i obtenir el producte desitjat en forma de pols sec o grànuls. L’assecat es pot realitzar mitjançant diversos mètodes com l’assecat d’aire, l’assecat al buit o l’assecat en polvorització segons les característiques desitjades del producte final.

7. Caracterització i control de qualitat:
El secCmcEl producte està sotmès a diverses tècniques de caracterització com ara l’espectroscòpia d’infrarojos de transformació de Fourier (FTIR), la ressonància magnètica nuclear (RMN) i les mesures de viscositat per confirmar la seva estructura química, el grau de substitució, el pes molecular i la puresa. També es realitzen proves de control de qualitat per assegurar -se que el producte compleix les especificacions necessàries per a les seves aplicacions previstes.

La preparació de carboximetil cel·lulosa implica diversos passos que inclouen l'extracció de cel·lulosa de fonts naturals, l'activació, la reacció de carboximetilació, la neutralització, la purificació, l'assecat i la caracterització. Cada pas requereix un control minuciós de les condicions i paràmetres de reacció per obtenir un alt rendiment, grau de substitució desitjat i qualitat del producte final. CMC és un polímer àmpliament utilitzat amb aplicacions diverses per les seves propietats i versatilitat úniques.