Príprava karboxymetylcelulózy

Karboxymetylcelulóza (CMC)je všestranný polymér rozpustný vo vode odvodenom z celulózy, čo je prírodný polysacharid nachádzajúci sa v stenách rastlinných buniek. CMC nachádza rozsiahle aplikácie v rôznych odvetviach vrátane potravín, farmaceutických výrobkov, kozmetiky, textilu, papiera a mnohých ďalších vďaka svojim jedinečným vlastnostiam, ako je zahusťovanie, stabilizácia, väzba, tvorba filmu a zadržiavanie vody. Príprava CMC zahŕňa niekoľko krokov začínajúcich extrakciou celulózy z prírodných zdrojov, po ktorých nasleduje jej modifikácia na zavedenie karboxymetylových skupín.

1. Extrakcia celulózy:
Prvým krokom pri príprave CMC je extrakcia celulózy z prírodných zdrojov, ako je drevená buničina, bavlnené linky alebo iné rastlinné vlákna. Celulóza sa zvyčajne získava prostredníctvom série procesov vrátane rozvinutia, bielenia a čistenia. Napríklad drevená dužina sa môže získať mechanickými alebo chemickými procesmi rozvinutia, po ktorých nasleduje bielenie chlórom alebo peroxidom vodíka, aby sa odstránili nečistoty a lignín.

2. Aktivácia celulózy:
Akonáhle je celulóza extrahovaná, musí sa aktivovať, aby sa uľahčilo zavedenie karboxymetylových skupín. Aktivácia sa zvyčajne dosahuje ošetrením celulózy alkáliou, ako je hydroxid sodný (NaOH) alebo uhličitan sodný (Na2CO3) za regulovaných podmienok teploty a tlaku. Alkalické ošetrenie napučiava celulózové vlákna a zvyšuje ich reaktivitu prerušením vnútroštátnych a intermolekulárnych vodíkových väzieb.

3. Karboxymetylačná reakcia:
Aktivovaná celulóza sa potom podrobí karboxymetylačnej reakcii, kde sa do hydroxylových skupín celulózových reťazcov zavádzajú karboxymetyl skupiny (-ch2COOH). Táto reakcia sa typicky vykonáva reagovaním aktivovanej celulózy s monochlóracetátom sodným (SMCA) v prítomnosti alkalického katalyzátora, ako je hydroxid sodný (NaOH). Reakcia môže byť reprezentovaná takto:

Celulóza + kyselina chlóroctová → karboxymetylcelulóza + NaCl

Reakčné podmienky vrátane teploty, reakčného času, koncentrácie činidiel a pH sa starostlivo kontrolujú, aby sa zabezpečilo vysoký výťažok a požadovaný stupeň substitúcie (DS), ktorý sa týka priemerného počtu karboxymetylových skupín zavedených na glukózovú jednotku celulózového reťazca.

4. Neutralizácia a pranie:
Po karboxymetylačnej reakcii sa výsledná karboxymetylcelulóza neutralizuje, aby sa odstránil nadbytočný alkalický a nezreagovanú kyselinu chlóroctovú. Toto sa zvyčajne dosahuje umývaním produktu vodou alebo roztokom zriedeného kyseliny, po ktorom nasleduje filtrácia na oddelenie tuhého CMC od reakčnej zmesi.

5. Čistenie:
Purifikovaný CMC sa potom viackrát premyje vodou, aby sa odstránili nečistoty, ako sú soli, nezreagované činidlá a vedľajšie produkty. Filtrácia alebo odstredivka sa môže použiť na oddelenie purifikovaného CMC od premytej vody.

6. Sušenie:
Nakoniec sa vyčistená karboxymetylcelulóza suší, aby sa odstránila zvyšková vlhkosť a získala požadovaný produkt vo forme suchého prášku alebo granúl. Sušenie je možné dosiahnuť pomocou rôznych metód, ako je sušenie vzduchu, vysušenie vákua alebo sušenie rozprašovania v závislosti od požadovaných charakteristík konečného produktu.

7. Charakterizácia a kontrola kvality:
SušenýCMCProdukt je podrobený rôznym charakterizačným technikám, ako je napríklad Fourierov transformácia infračervenej spektroskopie (FTIR), nukleárnou magnetickou rezonanciou (NMR) a meraniami viskozity na potvrdenie jej chemickej štruktúry, stupňa substitúcie, molekulárnej hmotnosti a čistoty. Uskutočňujú sa aj testy na kontrolu kvality, aby sa zabezpečilo, že produkt spĺňa požadované špecifikácie pre jeho zamýšľané aplikácie.

Príprava karboxymetylcelulózy zahŕňa niekoľko krokov vrátane extrakcie celulózy z prírodných zdrojov, aktivácie, karboxymetylačnej reakcie, neutralizácie, čistenia, sušenia a charakterizácie. Každý krok si vyžaduje starostlivú kontrolu reakčných podmienok a parametrov, aby sa dosiahol vysoký výťažok, požadovaný stupeň substitúcie a kvalitu konečného produktu. CMC je široko používaný polymér s rôznymi aplikáciami vďaka svojim jedinečným vlastnostiam a všestrannosti.