Příprava karboxymethylcelulózy

Karboxymethylcelulóza (CMC)je všestranný ve vodě rozpustný polymer odvozený z celulózy, což je přírodní polysacharid nacházející se ve stěnách rostlinných buněk. CMC nachází rozsáhlé aplikace v různých průmyslových odvětvích včetně potravinářství, farmacie, kosmetiky, textilu, papíru a mnoha dalších díky svým jedinečným vlastnostem, jako je zahušťování, stabilizace, pojivo, tvorba filmu a zadržování vody. Příprava CMC zahrnuje několik kroků počínaje extrakcí celulózy z přírodních zdrojů následovanou její modifikací za účelem zavedení karboxymethylových skupin.

1. Extrakce celulózy:
Prvním krokem při přípravě CMC je extrakce celulózy z přírodních zdrojů, jako je dřevitá buničina, bavlněný linters nebo jiná rostlinná vlákna. Celulóza se typicky získává řadou procesů včetně rozvlákňování, bělení a čištění. Například dřevnou buničinu lze získat mechanickými nebo chemickými procesy rozvlákňování s následným bělením chlorem nebo peroxidem vodíku k odstranění nečistot a ligninu.

2. Aktivace celulózy:
Jakmile je celulóza extrahována, je třeba ji aktivovat, aby se usnadnilo zavedení karboxymethylových skupin. Aktivace se obvykle dosahuje zpracováním celulózy alkálií, jako je hydroxid sodný (NaOH) nebo uhličitan sodný (Na2CO3) za kontrolovaných podmínek teploty a tlaku. Alkalické ošetření nabobtná celulózová vlákna a zvýší jejich reaktivitu přerušením intra a intermolekulárních vodíkových vazeb.

3. Reakce karboxymethylace:
Aktivovaná celulóza se poté podrobí karboxymethylační reakci, kdy se karboxymethylové skupiny (-CH2COOH) zavedou na hydroxylové skupiny celulózových řetězců. Tato reakce se typicky provádí reakcí aktivované celulózy s monochloracetátem sodným (SMCA) v přítomnosti alkalického katalyzátoru, jako je hydroxid sodný (NaOH). Reakci lze znázornit takto:

Celulóza + Kyselina chloroctová → Karboxymethylcelulóza + NaCl

Reakční podmínky včetně teploty, reakční doby, koncentrace činidel a pH jsou pečlivě kontrolovány, aby se zajistil vysoký výtěžek a požadovaný stupeň substituce (DS), který se vztahuje k průměrnému počtu karboxymethylových skupin zavedených na glukózovou jednotku celulózového řetězce.

4. Neutralizace a mytí:
Po karboxymethylační reakci se výsledná karboxymethylcelulóza neutralizuje, aby se odstranil přebytek alkálie a nezreagovaná kyselina chloroctová. Toho se typicky dosáhne promytím produktu vodou nebo zředěným roztokem kyseliny s následnou filtrací, aby se oddělila pevná CMC z reakční směsi.

5. Čištění:
Vyčištěná CMC se poté několikrát promyje vodou, aby se odstranily nečistoty, jako jsou soli, nezreagovaná činidla a vedlejší produkty. K oddělení purifikované CMC od promývací vody lze použít filtraci nebo centrifugaci.

6. Sušení:
Nakonec se vyčištěná karboxymethylcelulóza suší, aby se odstranila zbytková vlhkost a získal se požadovaný produkt ve formě suchého prášku nebo granulí. Sušení lze provádět různými způsoby, jako je sušení vzduchem, vakuové sušení nebo sušení rozprašováním v závislosti na požadovaných vlastnostech konečného produktu.

7. Charakterizace a kontrola kvality:
SušenéCMCprodukt je podroben různým charakterizačním technikám, jako je infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), nukleární magnetická rezonance (NMR) a měření viskozity, aby se potvrdila jeho chemická struktura, stupeň substituce, molekulová hmotnost a čistota. Provádějí se také testy kontroly kvality, aby se zajistilo, že produkt splňuje požadované specifikace pro zamýšlené aplikace.

příprava karboxymethylcelulózy zahrnuje několik kroků včetně extrakce celulózy z přírodních zdrojů, aktivace, karboxymethylační reakce, neutralizace, čištění, sušení a charakterizace. Každý krok vyžaduje pečlivou kontrolu reakčních podmínek a parametrů pro dosažení vysokého výtěžku, požadovaného stupně substituce a kvality konečného produktu. CMC je široce používaný polymer s různými aplikacemi díky svým jedinečným vlastnostem a všestrannosti.