Karboksimetilcelulozes sagatavošana

Karboksimetilceluloze (CMC)ir daudzpusīgs ūdenī šķīstošs polimērs, kas iegūts no celulozes, kas ir dabisks polisaharīds, kas atrodams augu šūnu sieniņās. CMC atrod plašu pielietojumu dažādās nozarēs, tostarp pārtikas, farmācijas, kosmētikas, tekstilizstrādājumu, papīra un daudzās citās, pateicoties tā unikālajām īpašībām, piemēram, sabiezēšanai, stabilizēšanai, saistīšanai, plēves veidošanai un ūdens aizturei. CMC sagatavošana ietver vairākus posmus, sākot no celulozes ekstrakcijas no dabīgiem avotiem, kam seko tās modificēšana, lai ieviestu karboksimetilgrupas.

1. Celulozes ekstrakcija:
Pirmais solis CMC sagatavošanā ir celulozes ekstrakcija no dabīgiem avotiem, piemēram, koksnes masas, kokvilnas linteriem vai citām augu šķiedrām. Celulozi parasti iegūst, izmantojot virkni procesu, tostarp celulozes veidošanu, balināšanu un attīrīšanu. Piemēram, koksnes masu var iegūt mehāniskās vai ķīmiskās celulozes apstrādes procesos, 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 ievadīšanu. Aktivizāciju parasti panāk, apstrādājot celulozi ar sārmu, piemēram, nātrija hidroksīdu (NaOH) vai nātrija karbonātu (Na2CO3) kontrolētos temperatūras un spiediena apstākļos. Apstrāde ar sārmu uzbriest celulozes šķiedras un palielina to reaktivitāti, pārtraucot iekšējās un starpmolekulāras ūdeņraža saites.

3. Karboksimetilēšanas reakcija:
Pēc tam aktivētā celuloze tiek pakļauta karboksimetilēšanas reakcijai, kurā karboksimetilgrupas (-CH2COOH) tiek ievadītas celulozes ķēžu hidroksilgrupās. Šo reakciju parasti veic, reaģējot aktivētajai celulozei ar nātrija monohloracetātu (SMCA) sārmaina katalizatora, piemēram, nātrija hidroksīda (NaOH) klātbūtnē. Reakciju var attēlot šādi:

Celuloze + hloretiķskābe → karboksimetilceluloze + NaCl

Reakcijas apstākļi, tostarp temperatūra, reakcijas laiks, reaģentu koncentrācija un pH, tiek rūpīgi kontrolēti, lai nodrošinātu augstu iznākumu un vēlamo aizvietošanas pakāpi (DS), kas attiecas uz vidējo karboksimetilgrupu skaitu, kas ievadīts vienā celulozes ķēdes glikozes vienībā.

4. Neitralizācija un mazgāšana:
Pēc karboksimetilēšanas reakcijas iegūtā karboksimetilceluloze tiek neitralizēta, lai noņemtu lieko sārmu un nereaģējušo hloretiķskābi. To parasti 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, nereaģējušos reaģentus un blakusproduktus. Var izmantot filtrēšanu vai centrifugēšanu, lai atdalītu attīrīto CMC no mazgāšanas ūdens.

6. Žāvēšana:
Visbeidzot, attīrīto karboksimetilcelulozi žāvē, lai noņemtu atlikušo mitrumu un iegūtu vēlamo produktu sausa pulvera vai granulu veidā. Žāvēšanu var veikt, izmantojot dažādas metodes, piemēram, žāvēšanu gaisā, žāvēšanu vakuumā vai žāvēšanu ar izsmidzināšanu atkarībā no galaprodukta vēlamajām īpašībām.

7. Raksturojums un kvalitātes kontrole:
ŽāvētieCMCProdukts tiek pakļauts dažādām raksturošanas metodēm, piemēram, Furjē transformācijas infrasarkano staru spektroskopijai (FTIR), kodolmagnētiskajai rezonansei (NMR) un viskozitātes mērījumiem, lai apstiprinātu tā ķīmisko struktūru, aizvietošanas pakāpi, molekulmasu un tīrību. Tiek veikti arī kvalitātes kontroles testi, lai pārliecinātos, ka produkts atbilst nepieciešamajām specifikācijām paredzētajam lietojumam.

karboksimetilcelulozes sagatavošana ietver vairākus posmus, tostarp celulozes ekstrakciju no dabīgiem avotiem, aktivāciju, karboksimetilēšanas reakciju, neitralizāciju, attīrīšanu, žāvēšanu un raksturošanu. Katrs solis prasa rūpīgu reakcijas apstākļu un parametru kontroli, lai sasniegtu augstu iznākumu, vēlamo aizstāšanas pakāpi un gala produkta kvalitāti. CMC ir plaši izmantots polimērs ar dažādiem pielietojumiem, pateicoties tā unikālajām īpašībām un daudzpusībai.