Điều chế carboxymethyl cellulose

Carboxymetyl xenluloza (CMC)là một loại polymer hòa tan trong nước linh hoạt có nguồn gốc từ cellulose, một loại polysacarit tự nhiên được tìm thấy trong thành tế bào thực vật. CMC tìm thấy các ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau bao gồm thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt may, giấy và nhiều ngành khác do các đặc tính độc đáo của nó như làm dày, ổn định, liên kết, tạo màng và giữ nước. Việc điều chế CMC bao gồm một số bước bắt đầu từ việc chiết xuất cellulose từ các nguồn tự nhiên, sau đó là sửa đổi nó để đưa vào các nhóm carboxymethyl.

1. Chiết xuất Cellulose:
Bước đầu tiên trong quá trình điều chế CMC là chiết xuất cellulose từ các nguồn tự nhiên như bột gỗ, xơ bông hoặc các loại sợi thực vật khác. Xellulose thường thu được thông qua một loạt các quá trình bao gồm nghiền, tẩy trắng và tinh chế. Ví dụ, bột gỗ có thể thu được bằng quá trình nghiền cơ học hoặc hóa học, sau đó tẩy trắng bằng clo hoặc hydro peroxide để loại bỏ tạp chất và lignin.

2. Kích hoạt Cellulose:
Sau khi cellulose được chiết xuất, nó cần được kích hoạt để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đưa các nhóm carboxymethyl vào. Sự kích hoạt thường đạt được bằng cách xử lý cellulose bằng chất kiềm như natri hydroxit (NaOH) hoặc natri cacbonat (Na2CO3) trong điều kiện nhiệt độ và áp suất được kiểm soát. Xử lý bằng kiềm làm phồng các sợi cellulose và tăng khả năng phản ứng của chúng bằng cách phá vỡ các liên kết hydro nội và liên phân tử.

3. Phản ứng carboxymethyl hóa:
Sau đó, xenluloza được kích hoạt sẽ trải qua phản ứng carboxymethyl hóa trong đó các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) được đưa vào nhóm hydroxyl của chuỗi xenlulo. Phản ứng này thường được thực hiện bằng cách cho cellulose hoạt hóa phản ứng với natri monochloroacetate (SMCA) với sự có mặt của chất xúc tác kiềm như natri hydroxit (NaOH). Phản ứng có thể được biểu diễn như sau:

Xenlulo + Axit cloaxetic → Carboxymetyl xenlulo + NaCl

Các điều kiện phản ứng bao gồm nhiệt độ, thời gian phản ứng, nồng độ thuốc thử và pH được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo hiệu suất cao và mức độ thay thế (DS) mong muốn, tức là số lượng nhóm carboxymethyl trung bình được đưa vào trên mỗi đơn vị glucose của chuỗi cellulose.

4. Trung hòa và rửa:
Sau phản ứng carboxymethyl hóa, carboxymethyl cellulose thu được sẽ được trung hòa để loại bỏ lượng kiềm dư và axit chloroacetic không phản ứng. Điều này thường đạt được bằng cách rửa sản phẩm bằng nước hoặc dung dịch axit loãng sau đó lọc để tách CMC rắn khỏi hỗn hợp phản ứng.

5. Thanh lọc:
CMC tinh khiết sau đó được rửa bằng nước nhiều lần để loại bỏ các tạp chất như muối, thuốc thử không phản ứng và sản phẩm phụ. Có thể sử dụng phương pháp lọc hoặc ly tâm để tách CMC tinh khiết ra khỏi nước rửa.

6. Sấy khô:
Cuối cùng, carboxymethyl cellulose tinh khiết được sấy khô để loại bỏ độ ẩm còn sót lại và thu được sản phẩm mong muốn ở dạng bột hoặc hạt khô. Việc sấy khô có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như sấy không khí, sấy chân không hoặc sấy phun tùy thuộc vào đặc tính mong muốn của sản phẩm cuối cùng.

7. Đặc tính và kiểm soát chất lượng:
khôCMCSản phẩm phải trải qua các kỹ thuật mô tả đặc tính khác nhau như quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và đo độ nhớt để xác nhận cấu trúc hóa học, mức độ thay thế, trọng lượng phân tử và độ tinh khiết. Các thử nghiệm kiểm soát chất lượng cũng được thực hiện để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các thông số kỹ thuật cần thiết cho các ứng dụng dự kiến.

Việc điều chế carboxymethyl cellulose bao gồm một số bước bao gồm chiết xuất cellulose từ các nguồn tự nhiên, hoạt hóa, phản ứng carboxymethyl hóa, trung hòa, tinh chế, sấy khô và xác định đặc tính. Mỗi bước yêu cầu kiểm soát cẩn thận các điều kiện và thông số phản ứng để đạt được năng suất cao, mức độ thay thế mong muốn và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. CMC là một loại polymer được sử dụng rộng rãi với nhiều ứng dụng đa dạng do tính chất độc đáo và tính linh hoạt của nó.