Penyediaan karboksimetil selulosa

Karboksimetil selulosa (CMC)ialah polimer larut air serba boleh yang berasal daripada selulosa, iaitu polisakarida semulajadi yang terdapat dalam dinding sel tumbuhan. CMC menemui aplikasi yang meluas dalam pelbagai industri termasuk makanan, farmaseutikal, kosmetik, tekstil, kertas dan banyak lagi kerana sifat uniknya seperti menebal, menstabilkan, mengikat, membentuk filem dan pengekalan air. Penyediaan CMC melibatkan beberapa langkah bermula daripada pengekstrakan selulosa daripada sumber semula jadi diikuti dengan pengubahsuaiannya untuk memperkenalkan kumpulan karboksimetil.

1. Pengekstrakan Selulosa:
Langkah pertama dalam penyediaan CMC ialah pengekstrakan selulosa daripada sumber semula jadi seperti pulpa kayu, linter kapas, atau gentian tumbuhan lain. Selulosa biasanya diperoleh melalui satu siri proses termasuk pulping, pelunturan, dan penulenan. Sebagai contoh, pulpa kayu boleh diperolehi melalui proses pulpa mekanikal atau kimia diikuti dengan pelunturan dengan klorin atau hidrogen peroksida untuk menghilangkan kekotoran dan lignin.

2. Pengaktifan Selulosa:
Setelah selulosa diekstrak, ia perlu diaktifkan untuk memudahkan pengenalan kumpulan karboksimetil. Pengaktifan biasanya dicapai dengan merawat selulosa dengan alkali seperti natrium hidroksida (NaOH) atau natrium karbonat (Na2CO3) di bawah keadaan suhu dan tekanan yang terkawal. Rawatan alkali membengkak gentian selulosa dan meningkatkan kereaktifannya dengan memecahkan ikatan hidrogen intra dan antara molekul.

3. Tindak balas Carboxymethylation:
Selulosa yang diaktifkan kemudiannya tertakluk kepada tindak balas karboksimetilasi di mana kumpulan karboksimetil (-CH2COOH) dimasukkan ke dalam kumpulan hidroksil rantai selulosa. Tindak balas ini biasanya dilakukan dengan bertindak balas selulosa yang diaktifkan dengan natrium monokloroasetat (SMCA) dengan kehadiran mangkin beralkali seperti natrium hidroksida (NaOH). Reaksi boleh diwakili seperti berikut:

Selulosa + Asid Kloroasettik → Karboksimetil Selulosa + NaCl

Keadaan tindak balas termasuk suhu, masa tindak balas, kepekatan reagen, dan pH dikawal dengan teliti untuk memastikan hasil yang tinggi dan tahap penggantian yang dikehendaki (DS) yang merujuk kepada purata bilangan kumpulan karboksimetil yang diperkenalkan setiap unit glukosa rantai selulosa.

4. Peneutralan dan Pencucian:
Selepas tindak balas karboksimetilasi, selulosa karboksimetil yang terhasil dinetralkan untuk mengeluarkan alkali berlebihan dan asid kloroasettik yang tidak bertindak balas. Ini biasanya dicapai dengan membasuh produk dengan air atau larutan asid cair diikuti dengan penapisan untuk mengasingkan pepejal CMC daripada campuran tindak balas.

5. Pemurnian:
CMC yang telah disucikan kemudiannya dibasuh dengan air beberapa kali untuk membuang kekotoran seperti garam, reagen tidak bertindak balas dan produk sampingan. Penapisan atau sentrifugasi boleh digunakan untuk memisahkan CMC yang telah disucikan daripada air basuhan.

6. Pengeringan:
Akhir sekali, selulosa karboksimetil yang telah dimurnikan dikeringkan untuk membuang sisa lembapan dan mendapatkan produk yang diingini dalam bentuk serbuk kering atau butiran. Pengeringan boleh dilakukan dengan menggunakan pelbagai kaedah seperti pengeringan udara, pengeringan vakum, atau pengeringan semburan bergantung pada ciri-ciri produk akhir yang dikehendaki.

7. Pencirian dan Kawalan Kualiti:
Yang keringCMCproduk tertakluk kepada pelbagai teknik pencirian seperti spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), resonans magnetik nuklear (NMR), dan ukuran kelikatan untuk mengesahkan struktur kimia, tahap penggantian, berat molekul dan ketulenannya. Ujian kawalan kualiti juga dilakukan untuk memastikan produk memenuhi spesifikasi yang diperlukan untuk aplikasi yang dimaksudkan.

penyediaan selulosa karboksimetil melibatkan beberapa langkah termasuk pengekstrakan selulosa daripada sumber semula jadi, pengaktifan, tindak balas karboksimetilasi, peneutralan, penulenan, pengeringan, dan pencirian. Setiap langkah memerlukan kawalan berhati-hati terhadap keadaan dan parameter tindak balas untuk mencapai hasil yang tinggi, tahap penggantian yang diingini, dan kualiti produk akhir. CMC ialah polimer yang digunakan secara meluas dengan pelbagai aplikasi kerana sifat unik dan serba boleh.