Framleiðsla á karboxýmetýl sellulósa

Karboxýmetýl sellulósa (CMC)er fjölhæf vatnsleysanleg fjölliða sem er unnin úr sellulósa, sem er náttúruleg fjölsykra sem finnast í plöntufrumuveggjum. CMC finnur víðtæka notkun í ýmsum atvinnugreinum, þar á meðal matvælum, lyfjum, snyrtivörum, vefnaðarvöru, pappír og mörgum öðrum vegna einstaka eiginleika þess eins og þykknun, stöðugleika, bindingu, filmumyndun og vökvasöfnun. Undirbúningur CMC felur í sér nokkur skref sem byrja á útdrætti sellulósa úr náttúrulegum uppsprettum fylgt eftir með breytingu þess til að setja inn karboxýmetýlhópa.

1. Útdráttur sellulósa:
Fyrsta skrefið í undirbúningi CMC er útdráttur sellulósa úr náttúrulegum uppsprettum eins og viðarkvoða, bómullarfóðri eða öðrum plöntutrefjum. Sellulósa er venjulega fengin með röð af ferlum, þar á meðal kvoða, bleikingu og hreinsun. Til dæmis er hægt að fá viðarmassa með vélrænni eða efnafræðilegri kvoðuvinnslu og síðan bleikingu með klór eða vetnisperoxíði til að fjarlægja óhreinindi og lignín.

2. Virkjun sellulósa:
Þegar sellulósa hefur verið dregið út þarf að virkja hann til að auðvelda innleiðingu karboxýmetýlhópa. Virkjun er venjulega náð með því að meðhöndla sellulósa með basa eins og natríumhýdroxíði (NaOH) eða natríumkarbónati (Na2CO3) við stjórnað hitastig og þrýsting. Alkalímeðferð bólgnar sellulósatrefjarnar og eykur hvarfgirni þeirra með því að rjúfa vetnistengi innan og milli sameinda.

3. Karboxýmetýlerunarhvarf:
Virkjaður sellulósi er síðan látinn fara í karboxýmetýlerunarviðbrögð þar sem karboxýmetýlhópar (-CH2COOH) eru settir inn á hýdroxýlhópa sellulósakeðjanna. Þetta hvarf er venjulega framkvæmt með því að hvarfa virkjaðan sellulósa við natríummónóklórasetat (SMCA) í viðurvist basísks hvata eins og natríumhýdroxíðs (NaOH). Viðbrögðin má tákna sem hér segir:

Sellulósi + klórediksýra → karboxýmetýl sellulósa + NaCl

Viðbragðsskilyrðunum, þar á meðal hitastigi, hvarftíma, styrk hvarfefna og pH, er vandlega stjórnað til að tryggja mikla afrakstur og æskilega skiptingarstig (DS) sem vísar til meðalfjölda karboxýmetýlhópa sem komið er fyrir á hverja glúkósaeiningu sellulósakeðjunnar.

4. Hlutleysing og þvottur:
Eftir karboxýmetýlerunarhvarfið er karboxýmetýlsellulósa sem myndast hlutlaus til að fjarlægja umfram basa og óhvarfað klórediksýru. Þetta er venjulega náð með því að þvo vöruna með vatni eða þynntri sýrulausn fylgt eftir með síun til að aðskilja fasta CMC frá hvarfblöndunni.

5. Hreinsun:
Hreinsað CMC er síðan þvegið með vatni mörgum sinnum til að fjarlægja óhreinindi eins og sölt, óhvarfað hvarfefni og aukaafurðir. Hægt er að nota síun eða skilvindu til að aðskilja hreinsaða CMC frá þvottavatninu.

6. Þurrkun:
Að lokum er hreinsaður karboxýmetýl sellulósa þurrkaður til að fjarlægja leifar af raka og fá þá vöru sem óskað er eftir í formi þurrs dufts eða korns. Þurrkun er hægt að framkvæma með því að nota ýmsar aðferðir eins og loftþurrkun, loftþurrkun, eða úðaþurrkun, allt eftir æskilegum eiginleikum lokaafurðarinnar.

7. Einkenni og gæðaeftirlit:
ÞurrkaðCMCVaran er látin gangast undir ýmsar lýsingaraðferðir eins og Fourier umbreytingu innrauða litrófsgreiningu (FTIR), kjarnasegulómun (NMR) og seigjumælingar til að staðfesta efnafræðilega uppbyggingu, útskiptastig, mólmassa og hreinleika. Gæðaeftirlitspróf eru einnig gerðar til að tryggja að varan uppfylli nauðsynlegar forskriftir fyrir fyrirhugaða notkun.

Framleiðsla á karboxýmetýl sellulósa felur í sér nokkur skref, þar á meðal útdrátt sellulósa úr náttúrulegum uppruna, virkjun, karboxýmetýlerunarviðbrögð, hlutleysingu, hreinsun, þurrkun og einkennisgreiningu. Hvert skref krefst nákvæmrar stjórnunar á hvarfskilyrðum og breytum til að ná háum ávöxtun, æskilegri skiptingu og gæðum lokaafurðarinnar. CMC er mikið notuð fjölliða með fjölbreytta notkun vegna einstakra eiginleika og fjölhæfni.