Приготовление карбоксиметил целлюлозы

Карбоксиметил целлюлоза (CMC)является универсальным водорастворимым полимером, полученным из целлюлозы, который является естественным полисахаридом, обнаруженным в клеточных стенках растений. CMC находит обширное применение в различных отраслях, включая продукты питания, фармацевтические препараты, косметику, текстиль, бумагу и многие другие из-за его уникальных свойств, таких как утолщение, стабилизация, связывание, формирование пленки и задержка воды. Приготовление CMC включает в себя несколько этапов, начиная с экстракции целлюлозы из природных источников с последующей модификацией для введения карбоксиметильных групп.

1. Извлечение целлюлозы:
Первым шагом в приготовлении CMC является извлечение целлюлозы из природных источников, таких как деревянная пульпа, хлопковые линтер или другие растения. Целлюлоза обычно получается посредством ряда процессов, включая макулату, отбеливание и очистку. Например, деревянная пульпа может быть получена с помощью механических или химических процессов печенья с последующим отбеливанием с помощью хлора или перекиси водорода для удаления примесей и лигнина.

2. Активация целлюлозы:
После того, как целлюлоза извлечена, ее необходимо активировать, чтобы облегчить введение карбоксиметильных групп. Активация обычно достигается путем обработки целлюлозы щелочными, такими как гидроксид натрия (NAOH) или карбонат натрия (NA2CO3) в контролируемых условиях температуры и давления. Обработка щелочи набухает целлюлозные волокна и повышает их реакционную способность, разбивая внутри и межмолекулярные водородные связи.

3. Реакция карбоксиметилирования:
Затем активированная целлюлоза подвергается реакции карбоксиметилирования, где карбоксиметильные группы (-Ch2coOH) вводятся в гидроксильные группы целлюлозных цепей. Эта реакция обычно проводится путем реагирования активированной целлюлозы монохлорацетатом натрия (SMCA) в присутствии щелочного катализатора, такого как гидроксид натрия (NAOH). Реакция может быть представлена ​​следующим образом:

Целлюлоза + хлоруксусная кислота → карбоксиметилцеллюлоза + naCl

Условия реакции, включая температуру, время реакции, концентрацию реагентов и рН, тщательно контролируются, чтобы обеспечить высокий выход и желаемую степень замещения (DS), что относится к среднему количеству карбоксиметильных групп, введенных на единицу глюкозы целлюлозной цепи.

4. Нейтрализация и стирание:
После реакции карбоксиметилирования полученную карбоксиметил целлюлозу нейтрализуется для удаления избыточного щелочи и непрореагированной хлоруксусной кислоты. Обычно это достигается путем промывки продукта водой или раствором разбавленной кислоты с последующей фильтрацией, чтобы отделить твердый CMC от реакционной смеси.

5. Очищение:
Затем очищенный CMC промывается водой несколько раз для удаления примесей, таких как соли, непрореагировавшие реагенты и побочные продукты. Фильтрация или центрифугирование могут быть использованы для отделения очищенного CMC от промывочной воды.

6. Сушка:
Наконец, очищенная карбоксиметил целлюлоза сушат для удаления остаточной влаги и получения желаемого продукта в виде сухого порошка или гранул. Сушка может быть достигнута с использованием различных методов, таких как сушка воздуха, вакуумная сушка или сушка для распыления в зависимости от желаемых характеристик конечного продукта.

7. Характеристика и контроль качества:
ВысушенныеCMCПродукт подвергается различным методам характеристики, таким как инфракрасная спектроскопия преобразования Фурье (FTIR), измерения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и измерения вязкости для подтверждения ее химической структуры, степени замещения, молекулярной массы и чистоты. Тесты контроля качества также выполняются, чтобы гарантировать, что продукт соответствует необходимым спецификациям для своих предполагаемых приложений.

Приготовление карбоксиметил целлюлозы включает в себя несколько этапов, включая экстракцию целлюлозы из природных источников, активацию, реакцию карбоксиметилирования, нейтрализацию, очистку, сушки и характеристику. Каждый шаг требует тщательного контроля условий реакции и параметров для достижения высокого выхода, желаемой степени замещения и качества конечного продукта. CMC является широко используемым полимером с разнообразными приложениями из -за его уникальных свойств и универсальности.