تهیه سلولز کربوکسی متیل

کربوکسی متیل سلولز (CMC)یک پلیمر محلول در آب همه کاره است که از سلولز حاصل می شود ، که یک پلی ساکارید طبیعی است که در دیواره های سلول گیاهی یافت می شود. CMC به دلیل خاصیت منحصر به فرد آن مانند ضخیم شدن ، تثبیت ، اتصال ، فیلم سازی و احتباس آب ، کاربردهای گسترده ای را در صنایع مختلف از جمله مواد غذایی ، داروسازی ، لوازم آرایشی ، منسوجات ، کاغذ و بسیاری دیگر پیدا می کند. تهیه CMC شامل چندین مرحله از استخراج سلولز از منابع طبیعی و به دنبال آن اصلاح آن برای معرفی گروه های کربوکسی متیل است.

1. استخراج سلولز:
اولین قدم در تهیه CMC ، استخراج سلولز از منابع طبیعی مانند خمیر چوب ، خطوط پنبه یا سایر الیاف گیاهی است. سلولز به طور معمول از طریق یک سری فرآیندهای از جمله پالپ ، سفید کننده و تصفیه بدست می آید. به عنوان مثال ، خمیر چوب را می توان با فرآیندهای خمیر مکانیکی یا شیمیایی و به دنبال آن سفید کردن با کلر یا پراکسید هیدروژن برای از بین بردن ناخالصی ها و لیگنین بدست آورد.

2. فعال سازی سلولز:
پس از استخراج سلولز ، برای تسهیل معرفی گروه های کربوکسی متیل ، باید فعال شود. فعال سازی معمولاً با درمان سلولز با قلیایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) یا کربنات سدیم (NA2CO3) در شرایط کنترل شده دما و فشار انجام می شود. درمان قلیایی الیاف سلولز را متورم می کند و با شکستن پیوندهای هیدروژن داخل و بین مولکولی ، واکنش آنها را افزایش می دهد.

3. واکنش کربوکسی متیلاسیون:
سلولز فعال شده سپس به واکنش کربوکسی متیلاسیون قرار می گیرد که در آن گروه های کربوکسی متیل (-CH2COOH) بر روی گروه های هیدروکسیل زنجیره های سلولز معرفی می شوند. این واکنش به طور معمول با واکنش سلولز فعال شده با سدیم مونوکلرواستات (SMCA) در حضور یک کاتالیزور قلیایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) انجام می شود. این واکنش را می توان به شرح زیر نشان داد:

سلولز + اسید کلرواستیک → کربوکسی متیل سلولز + NaCl

شرایط واکنش از جمله دما ، زمان واکنش ، غلظت معرفها و pH با دقت کنترل می شود تا از عملکرد بالا و درجه مطلوب جایگزینی (DS) اطمینان حاصل شود که به تعداد متوسط ​​گروه های کربوکسی متیل معرفی شده در هر واحد گلوکز زنجیره سلولز اشاره دارد.

4. خنثی سازی و شستشو:
پس از واکنش کربوکسی متیلاسیون ، کربوکسی متیل سلولز حاصل از آن خنثی می شود تا قلیایی اضافی و اسید کلرواستیک غیر واکنش پذیر را از بین ببرد. این به طور معمول با شستن محصول با آب یا محلول اسید رقیق و به دنبال آن فیلتراسیون برای جدا کردن CMC جامد از مخلوط واکنش حاصل می شود.

5. تصفیه:
CMC خالص شده سپس چندین بار با آب شسته می شود تا ناخالصی هایی مانند نمک ، معرفهای بدون واکنش و فرآورده های جانبی را از بین ببرد. فیلتراسیون یا سانتریفیوژ ممکن است برای جدا کردن CMC خالص از آب شستشو استفاده شود.

6. خشک کردن:
سرانجام ، سلولز کربوکسی متیل خالص شده برای از بین بردن رطوبت باقیمانده خشک می شود و محصول مورد نظر را به شکل پودر خشک یا گرانول به دست می آورد. خشک کردن با استفاده از روشهای مختلفی مانند خشک کردن هوا ، خشک کردن خلاء یا خشک کردن اسپری بسته به ویژگی های مورد نظر محصول نهایی قابل انجام است.

7. خصوصیات و کنترل کیفیت:
خشک شدهCMCمحصول برای تأیید ساختار شیمیایی ، درجه تعویض ، وزن مولکولی و خلوص ، تحت تکنیک های مختلف خصوصیات مانند طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) ، رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) و اندازه گیری ویسکوزیته قرار می گیرد. تست های کنترل کیفیت نیز انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که محصول مشخصات مورد نیاز برای برنامه های مورد نظر خود را برآورده می کند.

تهیه کربوکسی متیل سلولز شامل چندین مرحله از جمله استخراج سلولز از منابع طبیعی ، فعال سازی ، واکنش کربوکسی متیلاسیون ، خنثی سازی ، تصفیه ، خشک کردن و خصوصیات است. هر مرحله برای دستیابی به عملکرد بالا ، درجه جایگزینی و کیفیت محصول نهایی نیاز به کنترل دقیق شرایط و پارامترهای واکنش دارد. CMC به دلیل خاصیت منحصر به فرد و تطبیق پذیری ، یک پلیمر به طور گسترده ای با برنامه های متنوع است.