Karboksimetyyliselluloosan valmistus

Karboksimetyyliselluloosa (CMC)on monipuolinen vesiliukoinen polymeeri, joka on johdettu selluloosasta, joka on luonnollinen polysakkaridi, jota löytyy kasvisolujen seinämistä. CMC löytää laajoja sovelluksia eri toimialoilla, mukaan lukien elintarvike, lääkkeet, kosmetiikka, tekstiilit, paperi ja monet muut sen ainutlaatuisten ominaisuuksien, kuten sakeutumisen, vakauttamisen, sitoutumisen, kalvonmuodostumisen ja vedenpidätysten vuoksi. CMC: n valmistelu sisältää useita vaiheita, jotka alkavat selluloosan uuttosta luonnollisista lähteistä, joita seuraa sen modifikaatio karboksimetyyliryhmien tuottamiseksi.

1. Selluloosan uuttaminen:
Ensimmäinen askel CMC: n valmistuksessa on selluloosan uutto luonnollisista lähteistä, kuten puumassasta, puuvillalastimista tai muista kasvikuituista. Selluloosa saadaan tyypillisesti sarjan prosessien avulla, mukaan lukien massu, valkaisu ja puhdistus. Esimerkiksi puulassan voidaan saada mekaanisilla tai kemiallisilla massaprosesseilla, mitä seuraa valkaisu kloorilla tai vetyperoksidilla epäpuhtauksien ja ligniinin poistamiseksi.

2. Selluloosan aktivointi:
Kun selluloosa on uutettu, se on aktivoitava karboksimetyyliryhmien käyttöönoton helpottamiseksi. Aktivaatio saavutetaan yleensä käsittelemällä selluloosa alkalilla, kuten natriumhydroksidilla (NaOH) tai natriumkarbonaatilla (Na2Co3), säädetyissä lämpötilan ja paineen olosuhteissa. Alkalihoito turvottaa selluloosakuituja ja lisää niiden reaktiivisuutta rikkomalla sisä- ja molekyylien välisiä vety -sidoksia.

3. karboksimetylaatioreaktio:
Sitten aktivoitu selluloosa altistetaan karboksimetylaatioreaktiolle, jossa karboksimetyyliryhmät (-CH2COOH) otetaan käyttöön selluloosaketjujen hydroksyyliryhmille. Tämä reaktio suoritetaan tyypillisesti reagoimalla aktivoidun selluloosan natrium -monoklooriasetaatilla (SMCA) alkalisen katalyytin, kuten natriumhydroksidin (NaOH), läsnä ollessa. Reaktio voidaan esittää seuraavasti:

Selluloosa + kloorihappo → karboksimetyyliselluloosa + NaCl

Reaktio -olosuhteita, mukaan lukien lämpötila, reaktioaika, reagenssien pitoisuus ja pH, säädetään huolellisesti suuren saannon ja halutun substituutioasteen (DS) varmistamiseksi, jotka viittaavat selluloosaketjun glukoosiyksikköä koskevien karboksimetyyliryhmien keskimääräiseen lukumäärään.

4. neutralointi ja pesu:
Karboksimetylaatioreaktion jälkeen tuloksena oleva karboksimetyyliselluloosa neutraloidaan ylimääräisen alkalin ja reagoimattoman kloroetikkahapon poistamiseksi. Tämä saavutetaan tyypillisesti pesemällä tuote vedellä tai laimealla happoliuoksella, jota seuraa suodatus kiinteän CMC: n erottamiseksi reaktioseoksesta.

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

6. kuivaus:
Lopuksi puhdistettu karboksimetyyliselluloosa kuivataan jäännöksen kosteuden poistamiseksi ja halutun tuotteen saamiseksi kuivajauheen tai rakeiden muodossa. Kuivaus voidaan suorittaa käyttämällä erilaisia ​​menetelmiä, kuten ilmankuivausta, tyhjiökuivausta tai suihkekuivausta, lopputuotteen halutuista ominaisuuksista riippuen.

7. Karakterisointi ja laadunvalvonta:
KuivattuCMCTuote altistetaan erilaisille karakterisointitekniikoille, kuten Fourier Transform -infrapunaspektroskopia (FTIR), ydinmagneettiresonanssi (NMR) ja viskositeettimittaukset sen kemiallisen rakenteen, substituutioasteen, molekyylipainon ja puhtauden vahvistamiseksi. Laadunvalvontakokeet suoritetaan myös sen varmistamiseksi, että tuote täyttää tarvittavat eritelmät sen tarkoitettuihin sovelluksiin.

Karboksimetyyliselluloosan valmistelu sisältää useita vaiheita, mukaan lukien selluloosan uutto luonnollisista lähteistä, aktivoitumisesta, karboksimetylaatioreaktiosta, neutraloinnista, puhdistuksesta, kuivauksesta ja karakterisoinnista. Jokainen vaihe vaatii reaktio -olosuhteiden ja parametrien huolellista hallintaa korkean saannon, halutun korvausasteen ja lopputuotteen laadun saavuttamiseksi. CMC on laajalti käytetty polymeeri, jolla on erilaisia ​​sovelluksia ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ja monipuolisuuden vuoksi.