הכנת תאית קרבוקסימטיל

תאית קרבוקסימטיל (CMC)הוא פולימר רב תכליתי מסיס במים המופק מתאית, שהוא פוליסכריד טבעי המצוי בדפנות תאי הצמח. CMC מוצאת יישומים נרחבים בתעשיות שונות כולל מזון, תרופות, קוסמטיקה, טקסטיל, נייר ועוד רבים אחרים בשל תכונותיה הייחודיות כגון עיבוי, ייצוב, קשירה, יצירת סרט ואגירת מים. הכנת CMC כוללת מספר שלבים החל מיצוי תאית ממקורות טבעיים ולאחר מכן שינוי שלה להכנסת קבוצות קרבוקסימיל.

1. מיצוי תאית:
השלב הראשון בהכנת CMC הוא הפקת תאית ממקורות טבעיים כגון עיסת עץ, כותנה או סיבים צמחיים אחרים. התאית מתקבלת בדרך כלל באמצעות סדרה של תהליכים כולל עיסת, הלבנה וטיהור. לדוגמה, עיסת עץ יכולה להתקבל על ידי תהליכי עיסת מכניים או כימיים ולאחר מכן הלבנה עם כלור או מי חמצן להסרת זיהומים וליגנין.

2. הפעלת תאית:
לאחר מיצוי תאית, יש להפעיל אותה כדי להקל על הכנסת קבוצות קרבוקסימטיל. ההפעלה מושגת בדרך כלל על ידי טיפול בתאית עם אלקלי כגון נתרן הידרוקסיד (NaOH) או נתרן קרבונט (Na2CO3) בתנאים מבוקרים של טמפרטורה ולחץ. טיפול באלקלי מנפח את סיבי התאית ומגביר את התגובתיות שלהם על ידי שבירת קשרי מימן תוך ובין מולקולריים.

3. תגובת קרבוקסימילציה:
התאית המופעלת נתונה לאחר מכן לתגובת הקרבוקסימטילציה שבה קבוצות קרבוקסימטיל (-CH2COOH) מוכנסות לקבוצות ההידרוקסיל של שרשראות התאית. תגובה זו מתבצעת בדרך כלל על ידי תגובה של התאית המופעלת עם נתרן מונוכלורואצטט (SMCA) בנוכחות זרז אלקליין כגון נתרן הידרוקסיד (NaOH). ניתן לייצג את התגובה באופן הבא:

תאית + חומצה כלורואצטית → Carboxymethyl תאית + NaCl

תנאי התגובה הכוללים טמפרטורה, זמן תגובה, ריכוז ריאגנטים ו-pH נשלטים בקפידה כדי להבטיח תשואה גבוהה ודרגת החלפה רצויה (DS) המתייחסת למספר הממוצע של קבוצות קרבוקסימטיל המוכנסות ליחידת גלוקוז של שרשרת התאית.

4. נטרול ושטיפה:
לאחר תגובת הקרבוקסימטילציה, תאית הקרבוקסימטיל שנוצרה מנוטרלת כדי להסיר עודפי אלקלי וחומצה כלורואצטית שלא הגיבה. זה מושג בדרך כלל על ידי שטיפת המוצר במים או בתמיסת חומצה מדוללת ולאחר מכן סינון כדי להפריד את ה-CMC המוצק מתערובת התגובה.

5. טיהור:
לאחר מכן ה-CMC המטוהר נשטף במים מספר פעמים כדי להסיר זיהומים כגון מלחים, ריאגנטים שלא הגיבו ותוצרי לוואי. ניתן להשתמש בסינון או בצנטריפוגה כדי להפריד את ה-CMC המטוהרים ממי השטיפה.

6. ייבוש:
לבסוף, תאית הקרבוקסימטיל המטוהרת מיובשת כדי להסיר שאריות לחות ולהשיג את המוצר הרצוי בצורה של אבקה יבשה או גרגירים. ייבוש יכול להתבצע בשיטות שונות כגון ייבוש באוויר, ייבוש בוואקום או ייבוש בהתזה בהתאם למאפיינים הרצויים של המוצר הסופי.

7. אפיון ובקרת איכות:
המיובשיםCMCהמוצר נתון לטכניקות אפיון שונות כמו ספקטרוסקופיה אינפרא אדום של פורייה (FTIR), תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ומדידות צמיגות כדי לאשר את המבנה הכימי שלו, דרגת ההחלפה, המשקל המולקולרי והטוהר שלו. כמו כן, מתבצעות בדיקות בקרת איכות על מנת לוודא שהמוצר עומד במפרטים הנדרשים ליישומים המיועדים לו.

הכנת תאית קרבוקסימתיל כוללת מספר שלבים כולל מיצוי תאית ממקורות טבעיים, הפעלה, תגובת קרבוקסימתילציה, ניטרול, טיהור, ייבוש ואפיון. כל שלב דורש בקרה קפדנית של תנאי התגובה והפרמטרים כדי להשיג תפוקה גבוהה, דרגת החלפה רצויה ואיכות המוצר הסופי. CMC הוא פולימר בשימוש נרחב עם יישומים מגוונים בשל תכונותיו הייחודיות והרבגוניות שלו.