Karboksümetüültselluloosi valmistamine

Karboksümetüültselluloos (CMC)on mitmekülgne vees lahustuv polümeer, mis on saadud tselluloosist, mis on taimede rakuseintes leiduv looduslik polüsahhariid. Tänu oma ainulaadsetele omadustele, nagu paksenemine, stabiliseerimine, sidumine, kile moodustamine ja veepidavus, leiab CMC laialdasi rakendusi erinevates tööstusharudes, sealhulgas toidu-, farmaatsia-, kosmeetika-, tekstiili-, paberi- ja paljudes teistes tööstusharudes. CMC valmistamine hõlmab mitmeid etappe, alustades tselluloosi ekstraheerimisest looduslikest allikatest, millele järgneb selle modifitseerimine karboksümetüülrühmade sisestamiseks.

1. Tselluloosi ekstraheerimine:
Esimene samm CMC valmistamisel on tselluloosi ekstraheerimine looduslikest allikatest, nagu puidumass, puuvillane linter või muud taimsed kiud. Tselluloos saadakse tavaliselt mitme protsessiga, sealhulgas paberimassi valmistamine, pleegitamine ja puhastamine. Näiteks võib puidumassi saada mehaaniliste või keemiliste tselluloosiprotsesside abil, millele järgneb lisandite ja ligniini eemaldamiseks pleegitamine kloori või vesinikperoksiidiga.

2. Tselluloosi aktiveerimine:
Kui tselluloos on ekstraheeritud, tuleb see aktiveerida, et hõlbustada karboksümetüülrühmade sisseviimist. Aktiveerimine saavutatakse tavaliselt tselluloosi töötlemisel leelisega, nagu naatriumhüdroksiid (NaOH) või naatriumkarbonaat (Na2CO3) kontrollitud temperatuuri ja rõhu tingimustes. Leelistöötlus paisutab tselluloosikiude ja suurendab nende reaktsioonivõimet, lõhkudes molekulisiseseid ja molekulidevahelisi vesiniksidemeid.

3. Karboksümetüülimisreaktsioon:
Seejärel viiakse aktiveeritud tselluloos läbi karboksümetüülimisreaktsiooni, mille käigus tselluloosiahelate hüdroksüülrühmadesse viiakse karboksümetüülrühmad (-CH2COOH). See reaktsioon viiakse tavaliselt läbi aktiveeritud tselluloosi reageerimisel naatriummonokloroatsetaadiga (SMCA) aluselise katalüsaatori, näiteks naatriumhüdroksiidi (NaOH) juuresolekul. Reaktsiooni võib kujutada järgmiselt:

Tselluloos + kloroäädikhape → karboksümetüültselluloos + NaCl

Reaktsioonitingimusi, sealhulgas temperatuuri, reaktsiooniaega, reagentide kontsentratsiooni ja pH-d, kontrollitakse hoolikalt, et tagada kõrge saagis ja soovitud asendusaste (DS), mis viitab tselluloosiahela glükoosiühiku kohta sisestatud karboksümetüülrühmade keskmisele arvule.

4. Neutraliseerimine ja pesemine:
Pärast karboksümetüülimisreaktsiooni neutraliseeritakse saadud karboksümetüültselluloos, et eemaldada liigne leelis ja reageerimata kloroäädikhape. See saavutatakse tavaliselt toote pesemisega vee või lahjendatud happelahusega, millele järgneb filtreerimine, et eraldada reaktsioonisegust tahke CMC.

5. Puhastamine:
Seejärel pestakse puhastatud CMC-d mitu korda veega, et eemaldada lisandid, nagu soolad, reageerimata reaktiivid ja kõrvalsaadused. Puhastatud CMC eraldamiseks pesuveest võib kasutada filtreerimist või tsentrifuugimist.

6. Kuivatamine:
Lõpuks kuivatatakse puhastatud karboksümetüültselluloos jääkniiskuse eemaldamiseks ja soovitud produkti saamiseks kuiva pulbri või graanulite kujul. Sõltuvalt lõpptoote soovitud omadustest võib kuivatada erinevate meetoditega, nagu õhu käes kuivatamine, vaakumkuivatus või pihustuskuivatus.

7. Iseloomustus ja kvaliteedikontroll:
KuivatatudCMCtootele rakendatakse erinevaid iseloomustamistehnikaid, nagu Fourier' transformatsiooni infrapunaspektroskoopia (FTIR), tuumamagnetresonants (NMR) ja viskoossuse mõõtmised, et kinnitada selle keemilist struktuuri, asendusastet, molekulmassi ja puhtust. Kvaliteedikontrolli testid tehakse ka tagamaks, et toode vastab ettenähtud rakenduste jaoks nõutavatele spetsifikatsioonidele.

karboksümetüültselluloosi valmistamine hõlmab mitmeid etappe, sealhulgas tselluloosi ekstraheerimine looduslikest allikatest, aktiveerimine, karboksümetüülimise reaktsioon, neutraliseerimine, puhastamine, kuivatamine ja iseloomustamine. Iga etapp nõuab reaktsioonitingimuste ja parameetrite hoolikat kontrollimist, et saavutada kõrge saagis, soovitud asendusaste ja lõpptoote kvaliteet. CMC on laialdaselt kasutatav polümeer, millel on oma ainulaadsed omadused ja mitmekülgsus mitmekülgsed rakendused.