Prepararea carboximetil celulozei

Carboximetil celuloză (CMC)este un polimer versatil solubil în apă derivat din celuloză, care este o polizaharidă naturală găsită în pereții celulelor plantelor. CMC își găsește aplicații extinse în diverse industrii, inclusiv în industria alimentară, farmaceutică, cosmetică, textile, hârtie și multe altele datorită proprietăților sale unice, cum ar fi îngroșarea, stabilizarea, legarea, formarea peliculei și reținerea apei. Prepararea CMC presupune mai multe etape pornind de la extracția celulozei din surse naturale urmată de modificarea acesteia pentru a introduce grupări carboximetil.

1. Extracția celulozei:
Primul pas în prepararea CMC este extracția celulozei din surse naturale, cum ar fi pulpa de lemn, linters de bumbac sau alte fibre vegetale. Celuloza este obținută în mod obișnuit printr-o serie de procese, inclusiv pulverizarea, albirea și purificarea. De exemplu, celuloza de lemn poate fi obținută prin procese mecanice sau chimice de prelucrare a pastei urmate de albire cu clor sau peroxid de hidrogen pentru a îndepărta impuritățile și lignina.

2. Activarea celulozei:
Odată extrasă celuloza, aceasta trebuie activată pentru a facilita introducerea grupărilor carboximetil. Activarea se realizează de obicei prin tratarea celulozei cu alcalii, cum ar fi hidroxid de sodiu (NaOH) sau carbonat de sodiu (Na2CO3), în condiții controlate de temperatură și presiune. Tratamentul cu alcalii umflă fibrele celulozice și le crește reactivitatea prin ruperea legăturilor de hidrogen intra și intermoleculare.

3. Reacția de carboximetilare:
Celuloza activată este apoi supusă reacției de carboximetilare în care grupările carboximetil (-CH2COOH) sunt introduse în grupările hidroxil ale lanțurilor de celuloză. Această reacție este efectuată de obicei prin reacția celulozei activate cu monocloracetat de sodiu (SMCA) în prezența unui catalizator alcalin, cum ar fi hidroxidul de sodiu (NaOH). Reacția poate fi reprezentată astfel:

Celuloză + Acid cloroacetic → Carboximetil celuloză + NaCl

Condițiile de reacție, inclusiv temperatura, timpul de reacție, concentrația de reactivi și pH-ul sunt controlate cu atenție pentru a asigura randament ridicat și gradul dorit de substituție (DS) care se referă la numărul mediu de grupări carboximetil introduse per unitate de glucoză a lanțului celulozic.

4. Neutralizare și spălare:
După reacția de carboximetilare, carboximetil celuloza rezultată este neutralizată pentru a îndepărta excesul de alcalii și acidul cloracetic nereacționat. Acest lucru se realizează de obicei prin spălarea produsului cu apă sau cu o soluție acidă diluată, urmată de filtrare pentru a separa CMC solid de amestecul de reacție.

5. Purificare:
CMC purificat este apoi spălat cu apă de mai multe ori pentru a îndepărta impuritățile cum ar fi sărurile, reactivii nereacționați și produsele secundare. Filtrarea sau centrifugarea pot fi folosite pentru a separa CMC purificat de apa de spălare.

6. Uscarea:
În cele din urmă, carboximetil celuloza purificată este uscată pentru a îndepărta umezeala reziduală și pentru a obține produsul dorit sub formă de pulbere uscată sau granule. Uscarea poate fi realizată folosind diferite metode, cum ar fi uscare cu aer, uscare în vid sau uscare prin pulverizare, în funcție de caracteristicile dorite ale produsului final.

7. Caracterizare și control al calității:
Cel uscatCMCprodusul este supus diferitelor tehnici de caracterizare, cum ar fi spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR), rezonanță magnetică nucleară (RMN) și măsurători de vâscozitate pentru a-și confirma structura chimică, gradul de substituție, greutatea moleculară și puritatea. De asemenea, se efectuează teste de control al calității pentru a se asigura că produsul îndeplinește specificațiile necesare pentru aplicațiile prevăzute.

prepararea carboximetil celulozei implică mai multe etape, inclusiv extracția celulozei din surse naturale, activare, reacție de carboximetilare, neutralizare, purificare, uscare și caracterizare. Fiecare etapă necesită un control atent al condițiilor și parametrilor de reacție pentru a obține un randament ridicat, gradul dorit de substituție și calitatea produsului final. CMC este un polimer utilizat pe scară largă, cu aplicații diverse datorită proprietăților și versatilității sale unice.