Karboksimetyyliselluloosan valmistus

Karboksimetyyliselluloosa (CMC)on monipuolinen vesiliukoinen polymeeri, joka on johdettu selluloosasta, joka on kasvien soluseinissä oleva luonnollinen polysakkaridi. CMC:llä on laajoja sovelluksia useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien elintarvike-, lääke-, kosmetiikka-, tekstiili-, paperi- ja monilla muilla ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta, kuten paksuuntuminen, stabilointi, sitominen, kalvonmuodostus ja vedenpidätys. CMC:n valmistus käsittää useita vaiheita alkaen selluloosan uuttamisesta luonnollisista lähteistä ja sen jälkeen sen modifioinnista karboksimetyyliryhmien lisäämiseksi.

1. Selluloosan uuttaminen:
Ensimmäinen vaihe CMC:n valmistuksessa on selluloosan uuttaminen luonnollisista lähteistä, kuten puumassasta, puuvillalintteristä tai muista kasvikuiduista. Selluloosa saadaan tyypillisesti useilla prosesseilla, mukaan lukien massanvalmistus, valkaisu ja puhdistus. Esimerkiksi puumassaa voidaan saada mekaanisilla tai kemiallisilla massanvalmistusprosesseilla, joita seuraa valkaisu kloorilla tai vetyperoksidilla epäpuhtauksien ja ligniinin poistamiseksi.

2. Selluloosan aktivointi:
Kun selluloosa on uutettu, se on aktivoitava karboksimetyyliryhmien lisäämisen helpottamiseksi. Aktivointi saavutetaan yleensä käsittelemällä selluloosaa alkalilla, kuten natriumhydroksidilla (NaOH) tai natriumkarbonaatilla (Na2CO3) kontrolloiduissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Alkalikäsittely turvottaa selluloosakuituja ja lisää niiden reaktiivisuutta katkaisemalla molekyylien sisäisiä ja molekyylien välisiä vetysidoksia.

3. Karboksimetylaatioreaktio:
Aktivoitu selluloosa saatetaan sitten karboksimetylaatioreaktioon, jossa karboksimetyyliryhmiä (-CH2COOH) viedään selluloosaketjujen hydroksyyliryhmiin. Tämä reaktio suoritetaan tyypillisesti saattamalla aktivoitu selluloosa reagoimaan natriummonoklooriasetaatin (SMCA) kanssa alkalisen katalyytin, kuten natriumhydroksidin (NaOH) läsnä ollessa. Reaktio voidaan esittää seuraavasti:

Selluloosa + kloorietikkahappo → karboksimetyyliselluloosa + NaCl

Reaktio-olosuhteita, mukaan lukien lämpötila, reaktioaika, reagenssien pitoisuus ja pH, valvotaan huolellisesti korkean saannon ja halutun substituutioasteen (DS) varmistamiseksi, mikä viittaa selluloosaketjun glukoosiyksikköä kohti lisättyjen karboksimetyyliryhmien keskimääräiseen lukumäärään.

4. Neutralointi ja pesu:
Karboksimetylointireaktion jälkeen syntynyt karboksimetyyliselluloosa neutraloidaan ylimääräisen alkalin ja reagoimattoman kloorietikkahapon poistamiseksi. Tämä saavutetaan tyypillisesti pesemällä tuote vedellä tai laimealla happoliuoksella ja sen jälkeen suodattamalla kiinteän CMC:n erottamiseksi reaktioseoksesta.

5. Puhdistus:
Puhdistettu CMC pestään sitten vedellä useita kertoja epäpuhtauksien, kuten suolojen, reagoimattomien reagenssien ja sivutuotteiden poistamiseksi. Puhdistetun CMC:n erottamiseksi pesuvedestä voidaan käyttää suodatusta tai sentrifugointia.

6. Kuivaus:
Lopuksi puhdistettu karboksimetyyliselluloosa kuivataan jäännöskosteuden poistamiseksi ja halutun tuotteen saamiseksi kuivan jauheen tai rakeiden muodossa. Kuivaus voidaan suorittaa käyttämällä erilaisia ​​menetelmiä, kuten ilmakuivausta, tyhjiökuivausta tai suihkukuivausta riippuen lopputuotteen halutuista ominaisuuksista.

7. Karakterisointi ja laadunvalvonta:
KuivatutCMCtuotteelle tehdään erilaisia ​​karakterisointitekniikoita, kuten Fourier-muunnos infrapunaspektroskopia (FTIR), ydinmagneettinen resonanssi (NMR) ja viskositeettimittaukset sen kemiallisen rakenteen, substituutioasteen, molekyylipainon ja puhtauden varmistamiseksi. Laadunvalvontatesteillä varmistetaan myös, että tuote täyttää sille aiotuille sovelluksille vaadittavat vaatimukset.

karboksimetyyliselluloosan valmistus käsittää useita vaiheita, mukaan lukien selluloosan uuttaminen luonnollisista lähteistä, aktivointi, karboksimetylaatioreaktio, neutralointi, puhdistus, kuivaus ja karakterisointi. Jokainen vaihe vaatii reaktio-olosuhteiden ja parametrien huolellista valvontaa korkean saannon, halutun substituutioasteen ja lopputuotteen laadun saavuttamiseksi. CMC on laajalti käytetty polymeeri, jolla on erilaisia ​​käyttökohteita ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ja monipuolisuutensa ansiosta.