Priprava karboksimetil celuloze

Karboksimetil celuloza (CMC)je vsestranski vodotopni polimer, pridobljen iz celuloze, ki je naravni polisaharid, ki ga najdemo v rastlinskih celičnih stenah. CMC najde obsežne aplikacije v različnih panogah, vključno s hrano, farmacevtsko opremo, kozmetiko, tekstilom, papirjem in številnimi drugimi zaradi svojih edinstvenih lastnosti, kot so zgostitev, stabilizacija, vezava, oblikovanje filmov in zadrževanje vode. Priprava CMC vključuje več korakov, ki se začnejo od ekstrakcije celuloze iz naravnih virov, ki jim sledi njegova sprememba za uvedbo karboksimetil skupine.

1. Ekstrakcija celuloze:
Prvi korak pri pripravi CMC je ekstrakcija celuloze iz naravnih virov, kot so lesna celuloza, bombažni linterji ali druga rastlinska vlakna. Celuloza običajno dobimo z vrsto procesov, vključno s celulozo, beljenjem in čiščenjem. Na primer, lesna kaša lahko dobimo z mehanskimi ali kemičnimi procesi celuloze, ki jim sledi beljenje s klorom ali vodikovim peroksidom, da se odstrani nečistoče in lignin.

2. Aktivacija celuloze:
Ko se celuloza ekstrahira, jo je treba aktivirati, da se olajša uvedba karboksimetilnih skupin. Aktivacija običajno dosežemo z obdelavo celuloze z alkalijem, kot sta natrijev hidroksid (NaOH) ali natrijev karbonat (Na2CO3) v nadzorovanih pogojih temperature in tlaka. Alkalno zdravljenje nabrekne celulozna vlakna in poveča njihovo reaktivnost z lomljenjem intra in medmolekulskih vodikovih vezi.

3. Reakcija karboksimetilacije:
Aktivirana celuloza se nato podvrže reakciji karboksimetilacije, kjer se na hidroksilne skupine celuloznih verig vnesejo karboksimetil skupine (-ch2Cooh). Ta reakcija se običajno izvede z reakcijo aktivirane celuloze z natrijevim monokloroacetatom (SMCA) v prisotnosti alkalnega katalizatorja, kot je natrijev hidroksid (NaOH). Reakcija je lahko predstavljena 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 želeno stopnjo nadomestitve (DS), ki se nanaša na povprečno število karboksimetilnih skupin, uvedenih na enoto glukoze v celulozni verigi.

4. Nevtralizacija in pranje:
Po reakciji karboksimetilacije nastala karboksimetil celuloza nevtraliziramo, da odstranimo odvečno alkalijsko in nereagirano kloroocetno kislino. To običajno dosežemo s pranjem izdelka z vodo ali raztopino razredčene kisline, ki ji sledi filtracija, da ločite trdno CMC od reakcijske mešanice.

5. Čiščenje:
Prečiščeni CMC nato večkrat izperemo z vodo, da odstranimo nečistoče, kot so soli, nereagirani reagenti in stranski proizvodi. Za ločitev očiščenega CMC od pralne vode se lahko uporabi filtracija ali centrifugiranje.

6. sušenje:
Končno se očistina karboksimetil celuloza posuši, da odstranimo preostalo vlago in dobimo želeni izdelek v obliki suhega prahu ali zrnc. Sušenje je mogoče izvesti z različnimi metodami, kot so sušenje zraka, vakuumsko sušenje ali sušenje razpršila, odvisno od želenih lastnosti končnega izdelka.

7. Karakterizacija in nadzor kakovosti:
PosušeniCMCIzdelek je podvržen različnim tehnikam karakterizacije, kot so Fourierjeva transformacijska infrardeča spektroskopija (FTIR), jedrska magnetna resonanca (NMR) in meritve viskoznosti za potrditev njegove kemijske strukture, stopnje substitucije, molekulske mase in čistosti. Izvedeni so tudi testi nadzora kakovosti, da se izdelek izpolnjuje z zahtevanimi specifikacijami za predvidene aplikacije.

Priprava karboksimetil celuloze vključuje več korakov, vključno z ekstrakcijo celuloze iz naravnih virov, aktivacijo, reakcijo karboksimetilacije, nevtralizacijo, čiščenjem, sušenjem in karakterizacijo. Vsak korak zahteva skrbni nadzor reakcijskih pogojev in parametrov za doseganje visokega donosa, želene stopnje nadomestitve in kakovosti končnega izdelka. CMC je široko uporabljen polimer z raznolikimi aplikacijami zaradi svojih edinstvenih lastnosti in vsestranskosti.