Отримання карбоксиметилцелюлози

Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ)це універсальний водорозчинний полімер, отриманий з целюлози, яка є природним полісахаридом, що міститься в клітинних стінках рослин. КМЦ знаходить широке застосування в різних галузях промисловості, включаючи харчову, фармацевтичну, косметичну, текстильну, паперову та багато інших завдяки своїм унікальним властивостям, таким як загущення, стабілізація, зв’язування, плівкоутворення та утримання води. Підготовка CMC включає кілька етапів, починаючи з екстракції целюлози з природних джерел з подальшою її модифікацією для введення карбоксиметильних груп.

1. Добування целюлози:
Першим кроком у приготуванні CMC є екстракція целюлози з природних джерел, таких як деревна маса, бавовняний лінт або інші рослинні волокна. Зазвичай целюлозу отримують за допомогою серії процесів, включаючи виготовлення целюлози, відбілювання та очищення. Наприклад, деревну масу можна отримати шляхом механічного або хімічного виробництва целюлози з подальшим відбілюванням хлором або перекисом водню для видалення домішок і лігніну.

2. Активація целюлози:
Після екстракції целюлози її необхідно активувати, щоб полегшити введення карбоксиметильних груп. Активація зазвичай досягається обробкою целюлози лугом, таким як гідроксид натрію (NaOH) або карбонат натрію (Na2CO3) у контрольованих умовах температури та тиску. Обробка лугом набухає целюлозні волокна та підвищує їх реакційну здатність шляхом розриву внутрішньо- та міжмолекулярних водневих зв’язків.

3. Реакція карбоксиметилювання:
Потім активована целюлоза піддається реакції карбоксиметилювання, де карбоксиметильні групи (-CH2COOH) вводяться на гідроксильні групи целюлозних ланцюгів. Ця реакція зазвичай здійснюється шляхом взаємодії активованої целюлози з монохлорацетатом натрію (SMCA) у присутності лужного каталізатора, такого як гідроксид натрію (NaOH). Реакцію можна представити так:

Целюлоза + хлороцтова кислота → карбоксиметилцелюлоза + NaCl

Умови реакції, включаючи температуру, час реакції, концентрацію реагентів і pH, ретельно контролюються, щоб забезпечити високий вихід і бажаний ступінь заміщення (DS), який відноситься до середньої кількості карбоксиметильних груп, введених на одиницю глюкози целюлозного ланцюга.

4. Нейтралізація та промивання:
Після реакції карбоксиметилювання отриману карбоксиметилцелюлозу нейтралізують для видалення надлишку лугу та хлороцтової кислоти, що не прореагувала. Зазвичай це досягається шляхом промивання продукту водою або розведеним розчином кислоти з подальшим фільтруванням для відділення твердої CMC від реакційної суміші.

5. Очищення:
Потім очищену CMC промивають водою кілька разів для видалення домішок, таких як солі, реагенти, що не прореагували, і побічні продукти. Для відділення очищеної CMC від промивної води можна використовувати фільтрування або центрифугування.

6. Сушка:
Нарешті, очищену карбоксиметилцелюлозу сушать для видалення залишкової вологи та отримання бажаного продукту у формі сухого порошку або гранул. Сушіння може бути здійснено за допомогою різних методів, таких як сушіння повітрям, сушіння у вакуумі або сушіння розпиленням, залежно від бажаних характеристик кінцевого продукту.

7. Характеристика та контроль якості:
СушеніCMCпродукт піддається різним методам визначення характеристик, таким як інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є (FTIR), ядерний магнітний резонанс (ЯМР) і вимірювання в’язкості, щоб підтвердити його хімічну структуру, ступінь заміщення, молекулярну масу та чистоту. Також проводяться випробування контролю якості, щоб переконатися, що продукт відповідає необхідним специфікаціям для запланованого застосування.

приготування карбоксиметилцелюлози включає кілька етапів, включаючи екстракцію целюлози з природних джерел, активацію, реакцію карбоксиметилювання, нейтралізацію, очищення, висушування та визначення характеристик. Кожен етап вимагає ретельного контролю умов і параметрів реакції для досягнення високого виходу, бажаного ступеня заміщення та якості кінцевого продукту. КМЦ є широко використовуваним полімером із різноманітним застосуванням завдяки своїм унікальним властивостям і універсальності.