Priprava karboksimetil celuloze

Karboksimetil celuloza (CMC)je vsestranski vodotopen polimer, pridobljen iz celuloze, ki je naravni polisaharid v celičnih stenah rastlin. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti, kot so zgoščevanje, stabilizacija, vezava, tvorjenje filma in zadrževanje vode, CMC najde široko uporabo v različnih industrijah, vključno s hrano, farmacijo, kozmetiko, tekstilom, papirjem in mnogimi drugimi. Priprava CMC vključuje več korakov, ki se začnejo z ekstrakcijo celuloze iz naravnih virov, ki ji sledi njena modifikacija za uvedbo karboksimetilnih skupin.

1. Ekstrakcija celuloze:
Prvi korak pri pripravi CMC je ekstrakcija celuloze iz naravnih virov, kot so lesna celuloza, bombažni linter ali druga rastlinska vlakna. Celuloza se običajno pridobiva z nizom postopkov, vključno z izdelavo celuloze, beljenjem in čiščenjem. Na primer, lesno celulozo je mogoče pridobiti z mehanskimi ali kemičnimi postopki pridobivanja celuloze, ki jim sledi beljenje s klorom ali vodikovim peroksidom, da se odstranijo nečistoče in lignin.

2. Aktivacija celuloze:
Ko je celuloza ekstrahirana, jo je treba aktivirati, da se olajša uvedba karboksimetilnih skupin. Aktivacijo običajno dosežemo z obdelavo celuloze z alkalijami, kot je natrijev hidroksid (NaOH) ali natrijev karbonat (Na2CO3), pod nadzorovanimi pogoji temperature in tlaka. Alkalna obdelava nabrekne celulozna vlakna in poveča njihovo reaktivnost s prekinitvijo intra- in medmolekularnih vodikovih vezi.

3. Reakcija karboksimetilacije:
Aktivirana celuloza je nato izpostavljena reakciji karboksimetilacije, kjer se karboksimetilne skupine (-CH2COOH) uvedejo na hidroksilne skupine celuloznih verig. Ta reakcija se običajno izvede z reakcijo aktivirane celuloze z natrijevim monokloroacetatom (SMCA) v prisotnosti alkalnega katalizatorja, kot je natrijev hidroksid (NaOH). Reakcijo lahko predstavimo na naslednji način:

Celuloza + kloroocetna kislina → karboksimetil celuloza + NaCl

Reakcijski pogoji, vključno s temperaturo, reakcijskim časom, koncentracijo reagentov in pH, so skrbno nadzorovani, da se zagotovi visok izkoristek in želena stopnja substitucije (DS), ki se nanaša na povprečno število karboksimetilnih skupin, uvedenih na glukozno enoto celulozne verige.

4. Nevtralizacija in pranje:
Po reakciji karboksimetilacije se nastala karboksimetil celuloza nevtralizira, da se odstrani odvečna alkalija in nezreagirana kloroocetna kislina. To običajno dosežemo z izpiranjem produkta z vodo ali razredčeno kislinsko raztopino, čemur sledi filtracija, da se trdni CMC loči od reakcijske zmesi.

5. Čiščenje:
Očiščeni CMC se nato večkrat spere z vodo, da se odstranijo nečistoče, kot so soli, nezreagirani reagenti in stranski produkti. Za ločevanje prečiščene CMC od vode za izpiranje se lahko uporabi filtracija ali centrifugiranje.

6. Sušenje:
Na koncu prečiščeno karboksimetil celulozo posušimo, da odstranimo preostalo vlago in dobimo želeni produkt v obliki suhega prahu ali granul. Sušenje se lahko izvede z različnimi metodami, kot so sušenje na zraku, vakuumsko sušenje ali sušenje z razprševanjem, odvisno od želenih lastnosti končnega izdelka.

7. Karakterizacija in kontrola kakovosti:
PosušeniCMCizdelek je podvržen različnim tehnikam karakterizacije, kot so infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo (FTIR), jedrska magnetna resonanca (NMR) in meritve viskoznosti, da se potrdi njegova kemijska struktura, stopnja substitucije, molekulska masa in čistost. Izvajajo se tudi preskusi nadzora kakovosti, da se zagotovi, da izdelek izpolnjuje zahtevane specifikacije za predvideno uporabo.

priprava karboksimetil celuloze vključuje več korakov, vključno z ekstrakcijo celuloze iz naravnih virov, aktivacijo, reakcijo karboksimetilacije, nevtralizacijo, čiščenjem, sušenjem in karakterizacijo. Vsaka stopnja zahteva skrbno kontrolo reakcijskih pogojev in parametrov za doseganje visokega izkoristka, želene stopnje substitucije in kakovosti končnega produkta. CMC je široko uporabljen polimer z različnimi aplikacijami zaradi svojih edinstvenih lastnosti in vsestranskosti.