카르복시메틸 셀룰로오스의 제조

카르복시메틸셀룰로오스(CMC)식물 세포벽에서 발견되는 천연 다당류인 셀룰로오스에서 추출한 다용도 수용성 고분자입니다. CMC는 농축, 안정화, 결합, 필름 형성 및 수분 유지와 같은 고유한 특성으로 인해 식품, 제약, 화장품, 섬유, 종이 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 응용됩니다. CMC의 제조에는 천연 자원에서 셀룰로오스를 추출하는 것부터 시작하여 카르복시메틸 그룹을 도입하도록 변형하는 여러 단계가 포함됩니다.

1. 셀룰로오스 추출:
CMC 제조의 첫 번째 단계는 목재 펄프, 면 린터 또는 기타 식물 섬유와 같은 천연 자원에서 셀룰로오스를 추출하는 것입니다. 셀룰로오스는 일반적으로 펄프화, 표백, 정제 등 일련의 공정을 통해 얻어집니다. 예를 들어, 목재 펄프는 기계적 또는 화학적 펄프화 공정을 거쳐 염소나 과산화수소로 표백하여 불순물과 리그닌을 제거하여 얻을 수 있습니다.

2. 셀룰로오스의 활성화:
셀룰로오스가 추출되면 카르복시메틸 그룹의 도입을 촉진하기 위해 활성화되어야 합니다. 활성화는 일반적으로 제어된 온도와 압력 조건에서 수산화나트륨(NaOH) 또는 탄산나트륨(Na2CO3)과 같은 알칼리로 셀룰로오스를 처리하여 달성됩니다. 알칼리 처리는 셀룰로오스 섬유를 팽창시키고 분자 내 및 분자간 수소 결합을 끊어 반응성을 증가시킵니다.

3. 카르복시메틸화 반응:
활성화된 셀룰로오스는 카르복시메틸기(-CH2COOH)가 셀룰로오스 사슬의 수산기에 도입되는 카르복시메틸화 반응을 거칩니다. 이 반응은 일반적으로 수산화나트륨(NaOH)과 같은 알칼리성 촉매 존재 하에서 활성화된 셀룰로오스를 모노클로로아세트산나트륨(SMCA)과 반응시켜 수행됩니다. 반응은 다음과 같이 표현될 수 있다:

셀룰로오스 + 클로로아세트산 → 카르복시메틸셀룰로오스 + NaCl

온도, 반응 시간, 시약의 농도 및 pH를 포함한 반응 조건은 높은 수율과 원하는 치환도(DS)를 보장하기 위해 신중하게 제어됩니다. 치환도(DS)는 셀룰로오스 사슬의 포도당 단위당 도입된 카르복시메틸기의 평균 수를 나타냅니다.

4. 중화 및 세척:
카르복시메틸화 반응 후 생성된 카르복시메틸 셀룰로오스를 중화하여 과잉 알칼리와 미반응 클로로아세트산을 제거합니다. 이는 일반적으로 생성물을 물 또는 묽은 산 용액으로 세척한 후 여과하여 반응 혼합물로부터 고체 CMC를 분리함으로써 달성됩니다.

5. 정화:
정제된 CMC를 물로 여러 번 세척하여 염분, 미반응 시약, 부산물 등의 불순물을 제거합니다. 세척수로부터 정제된 CMC를 분리하기 위해 여과 또는 원심분리가 사용될 수 있습니다.

6. 건조:
마지막으로 정제된 카르복시메틸셀룰로오스를 건조하여 잔류 수분을 제거하고 건조분말 또는 과립형태의 원하는 생성물을 얻는다. 건조는 최종 제품의 원하는 특성에 따라 공기 건조, 진공 건조, 분무 건조 등 다양한 방법을 사용하여 수행할 수 있습니다.

7. 특성화 및 품질 관리:
말린 것CMC제품의 화학적 구조, 치환도, 분자량, 순도를 확인하기 위해 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR), 핵자기 공명(NMR), 점도 측정 등 다양한 특성 분석 기법을 사용합니다. 제품이 의도된 용도에 필요한 사양을 충족하는지 확인하기 위해 품질 관리 테스트도 수행됩니다.

카르복시메틸 셀룰로오스의 제조에는 천연 자원에서 셀룰로오스 추출, 활성화, 카르복시메틸화 반응, 중화, 정제, 건조 및 특성화를 포함한 여러 단계가 포함됩니다. 각 단계에서는 높은 수율, 원하는 치환도 및 최종 제품의 품질을 달성하기 위해 반응 조건 및 매개변수를 신중하게 제어해야 합니다. CMC는 독특한 특성과 다양성으로 인해 다양한 응용 분야에서 널리 사용되는 폴리머입니다.