Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի պատրաստում

Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզա (CMC)Բջջանյութից ստացված բազմակողմանի ջրում լուծվող պոլիմեր է, որը բնական պոլիսախարիդ է, որը գտնվում է բույսերի բջիջների պատերում: CMC-ն լայնածավալ կիրառություններ է գտնում տարբեր ոլորտներում, այդ թվում՝ սննդի, դեղագործության, կոսմետիկայի, տեքստիլի, թղթի և շատ այլ ոլորտներում՝ շնորհիվ իր յուրահատուկ հատկությունների, ինչպիսիք են խտացումը, կայունացումը, կապելը, թաղանթ ձևավորելը և ջրի պահպանումը: CMC-ի պատրաստումը ներառում է մի քանի քայլ՝ սկսած բնական աղբյուրներից ցելյուլոզայի արդյունահանումից, որին հաջորդում է դրա փոփոխությունը՝ կարբոքսիմեթիլ խմբերի ներմուծման համար:

1. Ցելյուլոզայի արդյունահանում.
CMC-ի պատրաստման առաջին քայլը ցելյուլոզայի արդյունահանումն է բնական աղբյուրներից, ինչպիսիք են փայտի ցելյուլոզը, բամբակի սալերը կամ այլ բուսական մանրաթելեր: Ցելյուլոզը սովորաբար ստացվում է մի շարք պրոցեսների միջոցով, ներառյալ pulping-ը, սպիտակեցումը և մաքրումը: Օրինակ, փայտի ցելյուլոզը կարելի է ձեռք բերել մեխանիկական կամ քիմիական pulping գործընթացների միջոցով, որին հաջորդում են սպիտակեցումը քլորով կամ ջրածնի պերօքսիդով, որպեսզի հեռացնեն կեղտերը և lignin-ը:

2. Ցելյուլոզայի ակտիվացում.
Ցելյուլոզը արդյունահանելուց հետո անհրաժեշտ է այն ակտիվացնել՝ կարբոքսիմեթիլ խմբերի ներմուծումը հեշտացնելու համար: Ակտիվացումը սովորաբար ձեռք է բերվում ցելյուլոզը մշակելով ալկալիներով, ինչպիսիք են նատրիումի հիդրօքսիդը (NaOH) կամ նատրիումի կարբոնատը (Na2CO3) ջերմաստիճանի և ճնշման վերահսկվող պայմաններում: Ալկալիների բուժումը ուռեցնում է ցելյուլոզային մանրաթելերը և մեծացնում դրանց ռեակտիվությունը՝ կոտրելով ներմոլեկուլային ջրածնային կապերը:

3. Կարբոքսիմեթիլացման ռեակցիա.
Այնուհետև ակտիվացված ցելյուլոզը ենթարկվում է կարբոքսիմեթիլացման ռեակցիայի, որտեղ կարբոքսիմեթիլ խմբերը (-CH2COOH) ներմուծվում են բջջանյութի շղթաների հիդրոքսիլ խմբերի վրա: Այս ռեակցիան սովորաբար իրականացվում է ակտիվացված ցելյուլոզը նատրիումի մոնոքլորացետատի (SMCA) հետ փոխազդելու միջոցով՝ ալկալային կատալիզատորի առկայությամբ, ինչպիսին է նատրիումի հիդրօքսիդը (NaOH): Ռեակցիան կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

Ցելյուլոզ + քլորաքացախաթթու → Կարբոքսիմեթիլ Ցելյուլոզ + NaCl

Ռեակցիայի պայմանները, ներառյալ ջերմաստիճանը, ռեակցիայի ժամանակը, ռեակտիվների կոնցենտրացիան և pH-ը մանրակրկիտ վերահսկվում են՝ ապահովելու բարձր ելքը և փոխարինման ցանկալի աստիճանը (DS), որը վերաբերում է ցելյուլոզային շղթայի մեկ գլյուկոզայի միավորի համար ներմուծված կարբոքսիմեթիլ խմբերի միջին քանակին:

4. Չեզոքացում և լվացում.
Կարբոքսիմեթիլացման ռեակցիայից հետո ստացված կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզը չեզոքացվում է՝ ավելորդ ալկալիները և քլորաքացախաթթուն չազդող թթուները հեռացնելու համար։ Սա սովորաբար ձեռք է բերվում արտադրանքը ջրով կամ նոսր թթվային լուծույթով լվանալով, որին հաջորդում է ֆիլտրացումը՝ պինդ CMC-ն ռեակցիայի խառնուրդից առանձնացնելու համար:

5. Մաքրում:
Մաքրված CMC-ն այնուհետև մի քանի անգամ լվանում է ջրով, որպեսզի հեռացնեն կեղտերը, ինչպիսիք են աղերը, չպատասխանված ռեակտիվները և կողմնակի արտադրանքները: Զտված CMC-ն լվացքի ջրից առանձնացնելու համար կարող է կիրառվել զտում կամ ցենտրիֆուգացիա:

6. Չորացում:
Ի վերջո, մաքրված կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզը չորանում է մնացորդային խոնավությունը հեռացնելու և ցանկալի արտադրանքը չոր փոշու կամ հատիկների տեսքով ստանալու համար: Չորացումը կարող է իրականացվել տարբեր մեթոդների կիրառմամբ, ինչպիսիք են օդով չորացումը, վակուումային չորացումը կամ չորացումը լակի վրա՝ կախված վերջնական արտադրանքի ցանկալի բնութագրերից:

7. Բնութագրում և որակի վերահսկում.
ՉորացրածCMCարտադրանքը ենթարկվում է տարբեր բնութագրման մեթոդների, ինչպիսիք են Ֆուրիեի փոխակերպման ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան (FTIR), միջուկային մագնիսական ռեզոնանսը (NMR) և մածուցիկության չափումները՝ հաստատելու համար դրա քիմիական կառուցվածքը, փոխարինման աստիճանը, մոլեկուլային քաշը և մաքրությունը: Կատարվում են նաև որակի վերահսկման թեստեր՝ համոզվելու համար, որ արտադրանքը համապատասխանում է իր նախատեսված կիրառությունների համար պահանջվող բնութագրերին:

Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի պատրաստումը ներառում է մի քանի փուլ, ներառյալ ցելյուլոզայի արդյունահանումը բնական աղբյուրներից, ակտիվացում, կարբոքսիմեթիլացման ռեակցիա, չեզոքացում, մաքրում, չորացում և բնութագրում: Յուրաքանչյուր քայլ պահանջում է ռեակցիայի պայմանների և պարամետրերի մանրակրկիտ հսկողություն՝ հասնելու բարձր եկամտաբերության, փոխարինման ցանկալի աստիճանի և վերջնական արտադրանքի որակի: CMC-ն լայնորեն օգտագործվող պոլիմեր է, որն ունի տարբեր կիրառություններ՝ շնորհիվ իր յուրահատուկ հատկությունների և բազմակողմանի: