Karboksimetil selülozun hazırlanması

Karboksimetil selüloz (CMC)bitki hücre duvarlarında bulunan doğal bir polisakkarit olan selülozdan türetilmiş çok yönlü bir suda çözünür polimerdir. CMC, kalınlaşma, stabilize edici, bağlama, film oluşturma ve su tutma gibi benzersiz özellikleri nedeniyle gıda, ilaç, kozmetik, kozmetik, tekstil, kağıt ve diğerleri gibi çeşitli endüstrilerde kapsamlı uygulamalar bulur. CMC'nin hazırlanması, doğal kaynaklardan selülozun ekstraksiyonundan başlayarak ve ardından karboksimetil gruplarını tanıtmak için modifikasyonundan başlayarak birkaç adım içerir.

1. Selülozun çıkarılması:
CMC'nin hazırlanmasında ilk adım, selülozun ahşap hamur, pamuk linterleri veya diğer bitki lifleri gibi doğal kaynaklardan çıkarılmasıdır. Selüloz tipik olarak kağıt hamuru, ağartma ve saflaştırma gibi bir dizi işlemle elde edilir. Örneğin, ahşap hamuru mekanik veya kimyasal hamur işlemleri ile elde edilebilir, ardından kirleri ve lignini uzaklaştırmak için klor veya hidrojen peroksit ile ağartılabilir.

2. Selüloz aktivasyonu:
Selüloz çıkarıldıktan sonra, karboksimetil gruplarının piyasaya sürülmesini kolaylaştırmak için aktive edilmesi gerekir. Aktivasyon genellikle kontrollü sıcaklık ve basınç koşulları altında selülozun sodyum hidroksit (NaOH) veya sodyum karbonat (Na2CO3) gibi alkali ile muamele edilmesiyle elde edilir. Alkali tedavisi selüloz liflerini şişirir ve moleküller arası hidrojen bağlarını kırarak reaktivitelerini arttırır.

3. Karboksimetilasyon reaksiyonu:
Aktif selüloz daha sonra karboksimetilasyon reaksiyonuna tabi tutulur ve burada karboksimetil grupları (-Ch2COOH) selüloz zincirlerinin hidroksil gruplarına sokulur. Bu reaksiyon tipik olarak aktifleştirilmiş selülozun sodyum hidroksit (NaOH) gibi bir alkalin katalizör varlığında sodyum monokloroasetat (SMCA) ile reaksiyona sokulmasıyla gerçekleştirilir. Reaksiyon aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

Selüloz + kloroasetik asit → karboksimetil selüloz + NaCl

Sıcaklık, reaksiyon süresi, reaktiflerin konsantrasyonu ve pH gibi reaksiyon koşulları, yüksek verim ve istenen ikame derecesi (DS) sağlamak için dikkatli bir şekilde kontrol edilir ve bu da selüloz zinciri glikoz birimi başına sokulan ortalama karboksimetil grup sayısını ifade eder.

4. Nötralizasyon ve yıkama:
Karboksimetilasyon reaksiyonundan sonra, elde edilen karboksimetil selüloz, fazla alkali ve reaksiyona girmemiş kloroasetik asidi uzaklaştırmak için nötralize edilir. Bu tipik olarak ürünün su veya seyreltik asit çözeltisi ile yıkanması ve ardından katı CMC'yi reaksiyon karışımından ayırmak için filtrasyon ile elde edilir.

5. Saflaştırma:
Saflaştırılmış CMC daha sonra tuzlar, reaksiyona girmemiş reaktifler ve yan ürünler gibi safsızlıkları gidermek için su ile birçok kez yıkanır. Saflaştırılmış CMC'yi yıkama suyundan ayırmak için filtrasyon veya santrifüj kullanılabilir.

6. Kurutma:
Son olarak, saflaştırılmış karboksimetil selüloz, artık nemi uzaklaştırmak ve istenen ürünü bir kuru toz veya granül şeklinde elde etmek için kurutulur. Kurutma, nihai ürünün istenen özelliklerine bağlı olarak hava kurutma, vakum kurutma veya sprey kurutma gibi çeşitli yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir.

7. Karakterizasyon ve kalite kontrolü:
KurutulmuşCMCÜrün, kimyasal yapısını, ikame derecesini, moleküler ağırlığı ve saflığını doğrulamak için Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), nükleer manyetik rezonans (NMR) ve viskozite ölçümleri gibi çeşitli karakterizasyon tekniklerine tabi tutulur. Ürünün amaçlanan uygulamaları için gerekli özellikleri karşıladığından emin olmak için kalite kontrol testleri de yapılır.

Karboksimetil selülozun hazırlanması, doğal kaynaklardan selüloz ekstraksiyonu, aktivasyon, karboksimetilasyon reaksiyonu, nötralizasyon, saflaştırma, kurutma ve karakterizasyon gibi birkaç adım içerir. Her adım, yüksek verim, istenen ikame derecesi ve nihai ürünün kalitesi elde etmek için reaksiyon koşullarının ve parametrelerinin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir. CMC, benzersiz özellikleri ve çok yönlülüğü nedeniyle çeşitli uygulamalara sahip yaygın olarak kullanılan bir polimerdir.