Karboksimetilcelulozes sagatavošana

Karboksimetilceluloze (CMC)ir daudzpusīgs ūdenī šķīstošs polimērs, kas iegūts no celulozes, kas ir dabisks polisaharīds, kas atrodams augu šūnu sienās. CMC atrod plašu pielietojumu dažādās nozarēs, ieskaitot pārtiku, farmaceitiskos līdzekļus, kosmētiku, tekstilizstrādājumus, papīru un daudzus citus, pateicoties tā unikālajām īpašībām, piemēram, sabiezēšanai, stabilizēšanai, saistīšanai, plēvēm veidošanai un ūdens aizturei. CMC sagatavošana ietver vairākas darbības, sākot no celulozes ekstrakcijas no dabiskiem avotiem, kam seko tā modifikācija, lai ieviestu karboksimetilgrupas.

1. Celulozes ekstrakcija:
Pirmais solis CMC sagatavošanā ir celulozes ekstrakcija no dabīgiem avotiem, piemēram, koka mīkstuma, kokvilnas oderēm vai citām augu šķiedrām. Celulozi parasti iegūst, izmantojot virkni procesu, ieskaitot celulozi, balināšanu un attīrīšanu. Piemēram, koka mīkstumu var iegūt ar mehāniskiem vai ķīmiskiem celulēšanas procesiem, kam seko balināšana ar hloru vai ūdeņraža peroksīdu, lai noņemtu piemaisījumus un lignīnu.

2. Celulozes aktivizēšana:
Kad celuloze ir ekstrahēta, tā ir jāaktivizē, lai atvieglotu karboksimetilgrupu ieviešanu. Aktivizāciju parasti panāk, ārstējot celulozi ar sārmiem, piemēram, nātrija hidroksīdu (NaOH) vai nātrija karbonātu (NA2CO3) kontrolētos temperatūras un spiediena apstākļos. Sārmu ārstēšana uzbriest celulozes šķiedras un palielina to reaktivitāti, salaužot iekšējo un starpmolekulāro ūdeņraža saiti.

3. Karboksimetilācijas reakcija:
Pēc tam aktivētā celuloze tiek pakļauta karboksimetilācijas reakcijai, kur celulozes ķēžu hidroksilgrupās ievada karboksimetilgrupas (-CH2COOO). Šo reakciju parasti veic, reaģējot aktivizēto celulozi ar nātrija monohloracetātu (SMCA) sārma katalizatora, piemēram, nātrija hidroksīda (NaOH), klātbūtnē. Reakciju var attēlot šādi:

Celuloze + hloretiķskābe → karboksimetil celuloze + NaCl

Reakcijas apstākļi, ieskaitot temperatūru, reakcijas laiku, reaģentu koncentrāciju un pH, tiek rūpīgi kontrolēti, lai nodrošinātu augstu ražu un vēlamo aizvietošanas pakāpi (DS), kas norāda uz vidējo karboksimetilgrupu skaitu, kas ieviests vienā celulozes ķēdes glikozes vienībā.

4. Neitralizācija un mazgāšana:
Pēc karboksimetilācijas reakcijas iegūtā karboksimetilceluloze tiek neitralizēta, lai noņemtu lieko sārmu un nereaģētu hloretiķskābi. Parasti to panāk, mazgājot produktu ar ūdeni vai atšķaidītu skābes šķīdumu, kam seko filtrēšana, lai atdalītu cieto CMC no reakcijas maisījuma.

5. attīrīšana:
Pēc tam attīrīto CMC vairākas reizes mazgā ar ūdeni, lai noņemtu piemaisījumus, piemēram, sāļus, nereaģētus reaģentus un blakusproduktus. Lai atdalītu attīrīto CMC no mazgāšanas ūdens, var izmantot filtrēšanu vai centrifugēšanu.

6. Žāvēšana:
Visbeidzot, attīrītu karboksimetilcelulozi žāvē, lai noņemtu mitrumu un iegūtu vēlamo produktu sausa pulvera vai granulu veidā. Žāvēšanu var veikt, izmantojot dažādas metodes, piemēram, žāvēšanu ar gaisu, vakuuma žāvēšanu vai žāvēšanu ar smidzināšanu, atkarībā no galaprodukta vēlamajām īpašībām.

7. Raksturojums un kvalitātes kontrole:
ŽāvētsCmcProdukts tiek pakļauts dažādām raksturošanas metodēm, piemēram, Furjē transformācijas infrasarkanā spektroskopija (FTIR), kodola magnētiskā rezonanse (NMR) un viskozitātes mērījumi, lai apstiprinātu tā ķīmisko struktūru, aizvietošanas pakāpi, molekulmasu un tīrību. Tiek veikti arī kvalitātes kontroles testi, lai pārliecinātos, ka produkts atbilst nepieciešamajām specifikācijām paredzētajām lietojumprogrammām.

Karboksimetilcelulozes sagatavošana ietver vairākus posmus, ieskaitot celulozes ekstrakciju no dabiskajiem avotiem, aktivizēšanu, karboksimetilācijas reakciju, neitralizāciju, attīrīšanu, žāvēšanu un raksturošanu. Katram solim nepieciešama rūpīga reakcijas apstākļu un parametru kontrole, lai sasniegtu augstu ražu, vēlamo aizstāšanas pakāpi un galaprodukta kvalitāti. CMC ir plaši izmantots polimērs ar dažādām lietojumprogrammām, pateicoties tā unikālajām īpašībām un daudzpusību.