Priprema karboksimetil celuloze

Karboksimetil celuloza (CMC)svestrani je polimer topiv u vodi izveden iz celuloze, koji je prirodni polisaharid koji se nalazi u zidovima biljnih stanica. CMC pronalazi opsežne primjene u raznim industrijama, uključujući hranu, lijekove, kozmetiku, tekstil, papir i mnoge druge zbog svojih jedinstvenih svojstava kao što su zadebljanje, stabiliziranje, vezanje, oblikovanje filma i zadržavanje vode. Priprema CMC uključuje nekoliko koraka počevši od ekstrakcije celuloze iz prirodnih izvora, nakon čega slijedi njegova modifikacija za uvođenje karboksimetilnih skupina.

1. Ekstrakcija celuloze:
Prvi korak u pripremi CMC -a je ekstrakcija celuloze iz prirodnih izvora poput drvene pulpe, pamučnih limela ili drugih biljnih vlakana. Celuloza se obično dobiva kroz niz procesa, uključujući punjenje, izbjeljivanje i pročišćavanje. Na primjer, drvena pulpa može se dobiti mehaničkim ili kemijskim postupcima puhanja, nakon čega slijedi izbjeljivanje klorom ili vodikovim peroksidom kako bi se uklonili nečistoće i lignin.

2. Aktivacija celuloze:
Jednom kada se celuloza ekstrahira, treba je aktivirati kako bi se olakšalo uvođenje karboksimetilnih skupina. Aktivacija se obično postiže tretiranjem celuloze alkalijama poput natrijevog hidroksida (NaOH) ili natrijevog karbonata (Na2CO3) u kontroliranim uvjetima temperature i tlaka. Alkalno liječenje nabuja celulozna vlakna i povećava njihovu reaktivnost razbijajući unutarnje i intermolekularne vodikove veze.

3. Reakcija karboksimetilacije:
Aktivirana celuloza se zatim podliježe reakciji karboksimetilacije gdje se karboksimetil skupine (-CH2COOH) unose u hidroksilne skupine lanca celuloze. Ova se reakcija obično provodi reagiranjem aktivirane celuloze s natrijevim monokloroacetatom (SMCA) u prisutnosti alkalnog katalizatora poput natrijevog hidroksida (NaOH). Reakcija se može predstaviti na sljedeći način:

Celuloza + klorooctena kiselina → karboksimetil celuloza + NaCl

Reakcijski uvjeti, uključujući temperaturu, vrijeme reakcije, koncentraciju reagensa i pH, pažljivo se kontroliraju kako bi se osigurao visoki prinos i željeni stupanj supstitucije (DS) koji se odnosi na prosječni broj karboksimetilnih skupina uvedenih po jedinici glukoze u lancu celuloze.

4. Neutralizacija i pranje:
Nakon reakcije karboksimetilacije, rezultirajuća karboksimetil celuloza se neutralizira radi uklanjanja viška alkalije i nereagirane klorooctene kiseline. To se obično postiže ispiranjem proizvoda vodom ili otopinom razrijeđene kiseline nakon čega slijedi filtracija za odvajanje čvrstog CMC -a od reakcijske smjese.

5. Pročišćavanje:
Pročišćeni CMC se zatim više puta ispire vodom kako bi se uklonili nečistoće poput soli, nereagiranih reagensa i nusproizvoda. Filtracija ili centrifugiranje mogu se upotrijebiti za odvajanje pročišćenog CMC od vode za pranje.

6. Sušenje:
Konačno, pročišćena karboksimetil celuloza se suši kako bi se uklonila zaostala vlaga i dobila željeni proizvod u obliku suhog praha ili granula. Sušenje se može izvršiti pomoću različitih metoda kao što su sušenje zraka, sušenje vakuuma ili sušenje raspršivanjem, ovisno o željenim karakteristikama konačnog proizvoda.

7. Karakterizacija i kontrola kvalitete:
OsušenCMCProizvod je podvrgnut različitim tehnikama karakterizacije kao što su Fourierova transformacijska infracrvena spektroskopija (FTIR), nuklearna magnetska rezonanca (NMR) i mjerenja viskoznosti kako bi se potvrdila njegova kemijska struktura, stupanj supstitucije, molekularne težine i čistoće. Također se provode testovi kontrole kvalitete kako bi se osiguralo da proizvod ispunjava potrebne specifikacije za svoje namjeravane aplikacije.

Priprema karboksimetil celuloze uključuje nekoliko koraka, uključujući ekstrakciju celuloze iz prirodnih izvora, aktivaciju, reakciju karboksimetilacije, neutralizaciju, pročišćavanje, sušenje i karakterizaciju. Svaki korak zahtijeva pažljivu kontrolu reakcijskih uvjeta i parametara kako bi se postigao visoki prinos, željeni stupanj zamjene i kvaliteta konačnog proizvoda. CMC je široko korišteni polimer s različitim aplikacijama zbog svojih jedinstvenih svojstava i svestranosti.