Herstellungsprozess von Natriumcarboxymethylcellulose

Der Herstellungsprozess von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) umfasst mehrere Schritte, darunter die Herstellung der Cellulose, die Veretherung, die Reinigung und die Trocknung. Hier ist ein Überblick über den typischen Herstellungsprozess:

1. Zelluloseaufbereitung: Der Prozess beginnt mit der Aufbereitung von Zellulose, die typischerweise aus Holzzellstoff oder Baumwoll-Linters gewonnen wird. Die Zellulose wird zunächst gereinigt und raffiniert, um Verunreinigungen wie Lignin, Hemizellulose und andere Schadstoffe zu entfernen. Diese gereinigte Zellulose dient als Ausgangsmaterial für die Herstellung von CMC.
2. Alkalisierung: Die gereinigte Cellulose wird anschließend mit einer alkalischen Lösung, üblicherweise Natriumhydroxid (NaOH), behandelt, um ihre Reaktivität zu erhöhen und die anschließende Veretherungsreaktion zu erleichtern. Die Alkalisierung trägt außerdem zum Aufquellen und Öffnen der Cellulosefasern bei und macht sie so für chemische Modifikationen zugänglicher.
3. Veretherungsreaktion: Die alkalisierte Cellulose wird unter kontrollierten Bedingungen mit Monochloressigsäure (MCA) oder ihrem Natriumsalz, Natriummonochloracetat (SMCA), in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt. Bei dieser Veretherungsreaktion werden Hydroxygruppen der Celluloseketten durch Carboxymethylgruppen (-CH₂COONa) ersetzt. Der Substitutionsgrad (DS), der die durchschnittliche Anzahl der Carboxymethylgruppen pro Glucoseeinheit der Cellulosekette angibt, kann durch Anpassung von Reaktionsparametern wie Temperatur, Reaktionszeit und Reaktantenkonzentrationen gesteuert werden.
4. Neutralisation: Nach der Veretherungsreaktion wird das Produkt neutralisiert, um verbleibende Säuregruppen in ihre Natriumsalzform (Carboxymethylcellulose-Natrium) umzuwandeln. Dies geschieht typischerweise durch Zugabe einer alkalischen Lösung, beispielsweise Natriumhydroxid (NaOH), zum Reaktionsgemisch. Die Neutralisation trägt auch dazu bei, den pH-Wert der Lösung anzupassen und das CMC-Produkt zu stabilisieren.
5. Reinigung: Die rohe Natriumcarboxymethylcellulose wird anschließend gereinigt, um Verunreinigungen, nicht umgesetzte Reagenzien und Nebenprodukte aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Reinigungsmethoden können Waschen, Filtration, Zentrifugation und Trocknung umfassen. Die gereinigte CMC wird typischerweise mit Wasser gewaschen, um restliche Alkali- und Salzreste zu entfernen. Anschließend wird das feste CMC-Produkt durch Filtration oder Zentrifugation von der flüssigen Phase getrennt.
6. Trocknung: Die gereinigte Natriumcarboxymethylcellulose wird abschließend getrocknet, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen und den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt für Lagerung und Weiterverarbeitung zu erreichen. Trocknungsmethoden können Lufttrocknung, Sprühtrocknung oder Trommeltrocknung sein, je nach gewünschten Produkteigenschaften und Produktionsmaßstab.

Das resultierende Natriumcarboxymethylcelluloseprodukt ist ein weißes bis cremefarbenes Pulver oder Granulat mit ausgezeichneter Wasserlöslichkeit und hervorragenden rheologischen Eigenschaften. Es wird häufig als Verdickungsmittel, Stabilisator, Bindemittel und Rheologiemodifikator in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter in der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik-, Textil- und Industriebranche.