Příprava karboxymethylcelulózy

Karboxymethyl celulóza (CMC)je všestranný polymer rozpustný ve vodě odvozený z celulózy, což je přirozený polysacharid nalezený v rostlinných buněčných stěnách. CMC najde rozsáhlé aplikace v různých průmyslových odvětvích, včetně potravin, léčiv, kosmetiky, textilu, papíru a mnoha dalších kvůli jeho jedinečným vlastnostem, jako je zahušťování, stabilizace, vazba, tvorba filmu a zadržování vody. Příprava CMC zahrnuje několik kroků začínajících extrakcí celulózy z přírodních zdrojů následované jeho modifikací za účelem zavedení karboxymethylových skupin.

1. Extrakce celulózy:
Prvním krokem v přípravě CMC je extrakce celulózy z přírodních zdrojů, jako je dřevěná buničina, bavlněné lintery nebo jiná rostlinná vlákna. Celulóza se obvykle získává řadou procesů, včetně rozdávání, bělení a čištění. Například dřevěná buničina může být získána mechanickými nebo chemickými procesy rozdáváním následované 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 je obvykle dosažena ošetřením celulózy alkalií, jako je hydroxid sodný (NaOH) nebo uhličitan sodný (Na2CO3) za kontrolovaných podmínek teploty a tlaku. Léčba alkalií bobtnává celulózová vlákna a zvyšuje jejich reaktivitu přerušením uvnitř a intermolekulárních vodíkových vazeb.

3. karboxymethylační reakce:
Aktivovaná celulóza je poté podrobena karboxymethylační reakci, kde jsou do hydroxylových skupin celulózových řetězců zavedeny karboxymethylové skupiny (-ch2cooh). Tato reakce je obvykle prováděna reagováním aktivované celulózy s monochloroacetátem sodným (SMCA) v přítomnosti alkalického katalyzátoru, jako je hydroxid sodný (NAOH). Reakce může být reprezentována následovně:

Kyselina celulóza + chloroctová → karboxymethylcelulóza + NaCl

Reakční podmínky včetně teploty, reakční doby, koncentrace činidel a pH jsou pečlivě kontrolovány, aby se zajistil vysoký výnos a požadovaný stupeň substituce (DS), který se týká průměrného počtu karboxymethylových skupin zavedených na glukózovou jednotku řetězce celulózy.

4. neutralizace a mytí:
Po karboxymethylační reakci je výsledná karboxymethylcelulóza neutralizována, aby se odstranila přebytečná alkalická a nezreagovaná kyselina chloroctová. Toho je obvykle dosaženo promytím produktu vodou nebo roztokem zředěného kyseliny následovanou filtrací pro oddělení pevného CMC od reakční směsi.

5. Čištění:
Purifikovaná CMC se potom několikrát promyje vodou, aby se odstranily nečistoty, jako jsou soli, nezreagovaná činidla a vedlejší produkty. Filtrace nebo centrifugace může být použita k oddělení čištěného CMC od promyté vody.

6. Sušení:
Nakonec je vysušená karboxymethylcelulóza sušena, aby se odstranila zbytková vlhkost a získala požadovaný produkt ve formě suchého prášku nebo granulí. Sušení lze provést pomocí různých metod, jako je sušení vzduchu, vysušení vakua nebo sušení spreje v závislosti na požadovaných vlastnostech konečného produktu.

7. Charakterizace a kontrola kvality:
SušenéCMCProdukt je podroben různým charakterizačním technikám, jako je infračervená spektroskopie Fourierovy transformace (FTIR), jaderná magnetická rezonance (NMR) a měření viskozity, aby se potvrdila jeho chemická struktura, stupeň substituce, molekulovou hmotnost a čistotu. Rovněž se provádějí 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 k dosažení vysokého výnosu, požadovaného stupně substituce a kvality konečného produktu. CMC je široce používaný polymer s různými aplikacemi kvůli jeho jedinečným vlastnostem a všestrannosti.