Παρασκευή καρβοξυμεθυλο κυτταρίνης

Καρβοξυμεθυλο κυτταρίνη (CMC)είναι ένα ευπροσάρμοστο υδατοδιαλυτό πολυμερές που προέρχεται από κυτταρίνη, το οποίο είναι ένας φυσικός πολυσακχαρίτης που βρίσκεται στα φυτικά τοιχώματα των φυτών. Η CMC βρίσκει εκτεταμένες εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένων των τροφίμων, των φαρμακευτικών προϊόντων, των καλλυντικών, των κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων, του χαρτιού και πολλών άλλων λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων της, όπως η πάχυνση, η σταθεροποίηση, η δέσμευση, η διαμόρφωση του φιλμ και η κατακράτηση νερού. Η παρασκευή της CMC περιλαμβάνει διάφορα βήματα που ξεκινούν από την εξαγωγή κυτταρίνης από φυσικές πηγές ακολουθούμενες από την τροποποίησή της για την εισαγωγή ομάδων καρβοξυμεθυλο.

1. Εξαγωγή κυτταρίνης:
Το πρώτο βήμα στην παρασκευή του CMC είναι η εκχύλιση κυτταρίνης από φυσικές πηγές όπως ο πολτός ξύλου, οι βαμβακερές λιμάνι ή άλλες φυτικές ίνες. Η κυτταρίνη λαμβάνεται τυπικά μέσω μιας σειράς διεργασιών, όπως η πολλή, η λεύκανση και ο καθαρισμός. Για παράδειγμα, ο πολτός ξύλου μπορεί να ληφθεί με μηχανικές διαδικασίες ή διεργασίες χημικής τροχιάς που ακολουθούνται από λεύκανση με χλώριο ή υπεροξείδιο του υδρογόνου για να απομακρυνθούν οι ακαθαρσίες και η λιγνίνη.

2. Ενεργοποίηση κυτταρίνης:
Μόλις εξάγεται η κυτταρίνη, πρέπει να ενεργοποιηθεί για να διευκολυνθεί η εισαγωγή ομάδων καρβοξυμεθυλο. Η ενεργοποίηση συνήθως επιτυγχάνεται με τη θεραπεία της κυτταρίνης με αλκαλικό όπως το υδροξείδιο του νατρίου (ΝΑΟΗ) ή το ανθρακικό νάτριο (NA2CO3) υπό ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Η αλκαλική αγωγή διογκώνει τις ίνες κυτταρίνης και αυξάνει την αντιδραστικότητα τους με το σπάσιμο των ενδοφλέβων και των ενδομοριακών δεσμών υδρογόνου.

3. Αντίδραση καρβοξυμεθυλίωσης:
Η ενεργοποιημένη κυτταρίνη στη συνέχεια υποβάλλεται στην αντίδραση καρβοξυμεθυλίωσης όπου οι ομάδες καρβοξυμεθυλο (-Ch2COOH) εισάγονται στις υδροξυλικές ομάδες των αλυσίδων κυτταρίνης. Αυτή η αντίδραση συνήθως διεξάγεται αντιδρώντας την ενεργοποιημένη κυτταρίνη με μονοχλωροξικό νάτριο (SMCA) παρουσία αλκαλικού καταλύτη όπως το υδροξείδιο του νατρίου (ΝΑΟΗ). Η αντίδραση μπορεί να εκπροσωπηθεί ως εξής:

Κυτταρίνη + χλωροξικό οξύ → καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη + NaCll

Οι συνθήκες αντίδρασης που περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, τον χρόνο αντίδρασης, τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και το ρΗ ελέγχονται προσεκτικά για να εξασφαλιστεί η υψηλή απόδοση και ο επιθυμητός βαθμός υποκατάστασης (DS), ο οποίος αναφέρεται στον μέσο αριθμό ομάδων καρβοξυμεθυλίου που εισάγονται ανά μονάδα γλυκόζης της αλυσίδας κυτταρίνης.

4. Εξουδετέρωση και πλύση:
Μετά την αντίδραση καρβοξυμεθυλίωσης, η προκύπτουσα καρβοξυμεθυλ κυτταρίνη εξουδετερώνεται για να απομακρυνθεί η περίσσεια αλκαλίων και το χλωροξικό οξύ που δεν αντέδρασε. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται με το πλύσιμο του προϊόντος με νερό ή ένα διάλυμα αραιού οξέος που ακολουθείται από διήθηση για να διαχωριστεί το στερεό CMC από το μίγμα της αντίδρασης.

5. Καθαρισμός:
Το καθαρισμένο CMC στη συνέχεια πλένεται με νερό πολλές φορές για να απομακρυνθεί ακαθαρσίες όπως άλατα, αντιδραστικά αντιδραστήρια και υποπροϊόντα. Η διήθηση ή η φυγοκέντρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό του καθαρισμένου CMC από το νερό πλύσης.

6. Ξήρανση:
Τέλος, η καθαρισμένη καρβοξυμεθυλ κυτταρίνη ξηράνθηκε για να απομακρυνθεί η υπολειμματική υγρασία και να ληφθεί το επιθυμητό προϊόν με τη μορφή ξηρού σκόνη ή κόκκους. Η ξήρανση μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους όπως ξήρανση αέρα, ξήρανση κενού ή ξήρανση με ψεκασμό ανάλογα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος.

7. Χαρακτηρισμός και έλεγχος ποιότητας:
Τα αποξηραμέναCMCΤο προϊόν υποβάλλεται σε διάφορες τεχνικές χαρακτηρισμού όπως η υπέρυθρη φασματοσκοπία μετασχηματισμού Fourier (FTIR), ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (NMR) και οι μετρήσεις του ιξώδους για να επιβεβαιωθεί η χημική του δομή, ο βαθμός υποκατάστασης, το μοριακό βάρος και η καθαρότητα. Διεξάγονται επίσης δοκιμές ελέγχου ποιότητας για να διασφαλιστεί ότι το προϊόν πληροί τις απαιτούμενες προδιαγραφές για τις προβλεπόμενες εφαρμογές του.

Η παρασκευή καρβοξυμεθυλ κυτταρίνης περιλαμβάνει διάφορα στάδια, συμπεριλαμβανομένης της εκχύλισης κυτταρίνης από φυσικές πηγές, ενεργοποίηση, αντίδραση καρβοξυμεθυλίωσης, εξουδετέρωση, καθαρισμό, ξήρανση και χαρακτηρισμός. Κάθε βήμα απαιτεί προσεκτικό έλεγχο των συνθηκών αντίδρασης και των παραμέτρων για την επίτευξη υψηλής απόδοσης, τον επιθυμητό βαθμό υποκατάστασης και την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Το CMC είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πολυμερές με ποικίλες εφαρμογές λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων και της ευελιξίας του.