Dobivanje karboksimetil celuloze

Karboksimetil celuloza (CMC)je svestrani polimer topiv u vodi dobiven iz celuloze, koja je prirodni polisaharid koji se nalazi u stjenkama biljnih stanica. CMC nalazi široku primjenu u raznim industrijama, uključujući prehrambenu, farmaceutsku, kozmetičku, tekstilnu, papirnu i mnoge druge zbog svojih jedinstvenih svojstava kao što su zgušnjavanje, stabilizacija, vezivanje, stvaranje filma i zadržavanje vode. Priprema CMC-a uključuje nekoliko koraka počevši od ekstrakcije celuloze iz prirodnih izvora nakon čega slijedi njezina modifikacija uvođenjem karboksimetilnih skupina.

1. Ekstrakcija celuloze:
Prvi korak u pripremi CMC-a je ekstrakcija celuloze iz prirodnih izvora kao što su drvna pulpa, linter pamuka ili druga biljna vlakna. Celuloza se tipično dobiva kroz niz postupaka uključujući izradu kaše, izbjeljivanje i pročišćavanje. Na primjer, drvna pulpa može se dobiti mehaničkim ili kemijskim postupcima izrade celuloze nakon čega slijedi izbjeljivanje klorom ili vodikovim peroksidom radi uklanjanja nečistoća i lignina.

2. Aktivacija celuloze:
Nakon što se celuloza ekstrahira, potrebno ju je aktivirati kako bi se olakšalo uvođenje karboksimetilnih skupina. Aktivacija se obično postiže tretiranjem celuloze s alkalijama kao što je natrijev hidroksid (NaOH) ili natrijev karbonat (Na2CO3) pod kontroliranim uvjetima temperature i tlaka. Alkalni tretman bubri celulozna vlakna i povećava njihovu reaktivnost kidanjem intra i međumolekularnih vodikovih veza.

3. Reakcija karboksimetilacije:
Aktivirana celuloza se zatim podvrgava reakciji karboksimetilacije gdje se karboksimetilne skupine (-CH2COOH) uvode na hidroksilne skupine celuloznih lanaca. Ova se reakcija obično provodi reakcijom aktivirane celuloze s natrijevim monokloroacetatom (SMCA) u prisutnosti alkalnog katalizatora kao što je natrijev hidroksid (NaOH). Reakcija se može prikazati na sljedeći način:

Celuloza + kloroctena kiselina → karboksimetil celuloza + NaCl

Uvjeti reakcije uključujući temperaturu, vrijeme reakcije, koncentraciju reagensa i pH pažljivo se kontroliraju kako bi se osigurao visok prinos i željeni stupanj supstitucije (DS) koji se odnosi na prosječan broj karboksimetilnih skupina uvedenih po glukoznoj jedinici celuloznog lanca.

4. Neutralizacija i pranje:
Nakon reakcije karboksimetilacije, nastala karboksimetil celuloza se neutralizira kako bi se uklonio višak lužine i neizreagirane klorooctene kiseline. To se tipično postiže ispiranjem proizvoda vodom ili razrijeđenom kiselom otopinom nakon čega slijedi filtracija kako bi se čvrsti CMC odvojio od reakcijske smjese.

5. Pročišćavanje:
Pročišćeni CMC se zatim više puta ispere vodom kako bi se uklonile nečistoće poput soli, neizreagiranih reagensa i nusproizvoda. Za odvajanje pročišćenog CMC-a od vode za pranje može se koristiti filtracija ili centrifugiranje.

6. Sušenje:
Na kraju, pročišćena karboksimetil celuloza se suši kako bi se uklonila zaostala vlaga i dobio željeni proizvod u obliku suhog praha ili granula. Sušenje se može postići različitim metodama kao što su sušenje na zraku, sušenje u vakuumu ili sušenje raspršivanjem, ovisno o željenim karakteristikama konačnog proizvoda.

7. Karakterizacija i kontrola kvalitete:
OsušeniCMCproizvod se podvrgava različitim tehnikama karakterizacije kao što su infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom (FTIR), nuklearna magnetska rezonancija (NMR) i mjerenja viskoznosti kako bi se potvrdila njegova kemijska struktura, stupanj supstitucije, molekularna težina i čistoća. Također se provode testovi kontrole kvalitete kako bi se osiguralo da proizvod zadovoljava potrebne specifikacije za namjeravanu primjenu.

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 uvjeta i parametara reakcije kako bi se postigao visok prinos, željeni stupanj supstitucije i kvaliteta konačnog proizvoda. CMC je široko korišten polimer s različitim primjenama zbog svojih jedinstvenih svojstava i svestranosti.