Chuẩn bị cellulose cacboxymethyl cellulose

Carboxymethyl cellulose (CMC)là một polymer hòa tan trong nước đa năng có nguồn gốc từ cellulose, là một 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 loại khác do các đặc tính độc đáo của nó như làm dày, ổn định, ràng buộc, hình thành phim và giữ nước. Việc chuẩn bị CMC bao gồm một số bước bắt đầu từ việc chiết xuất cellulose từ các nguồn tự nhiên, sau đó là sửa đổi của nó để giới thiệu các nhóm carboxymethyl.

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

2. Kích hoạt cellulose:
Khi cellulose được chiết xuất, nó cần được kích hoạt để tạo điều kiện cho việc giới thiệu các nhóm carboxymethyl. Kích hoạt thường đạt được bằng cách điều trị cellulose bằng kiềm như natri hydroxit (NaOH) hoặc natri cacbonat (NA2CO3) trong điều kiện nhiệt độ và áp suất được kiểm soát. Điều trị kiềm làm sưng các sợi cellulose và tăng khả năng phản ứng của chúng bằng cách phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử và giữa các phân tử.

3. Phản ứng carboxymethylation:
Các cellulose được kích hoạt sau đó phải chịu phản ứng carboxymethylation trong đó các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) được đưa vào các nhóm hydroxyl của chuỗi cellulose. Phản ứng này thường được thực hiện bằng cách phản ứng cellulose được kích hoạt với natri monochloroacetate (SMCA) với sự hiện diện của chất xúc tác kiềm như natri hydroxit (NaOH). Phản ứng có thể được biểu diễn như sau:

Cellulose + axit cloroacetic → carboxymethyl cellulose + 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 năng suất cao và mức độ thay thế mong muốn (DS) trong đó đề cập đến số lượng trung bình của các nhóm carboxymethyl được giới thiệu trên mỗi đơn vị glucose của chuỗi cellulose.

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

5. Tinh chế:
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 các sản phẩm phụ. Lọc hoặc ly tâm có thể được sử dụng để tách CMC tinh khiết khỏi nước rửa.

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

7. Đặc tính và kiểm soát chất lượng:
Sấy khôCMCSản phẩm phải chịu các kỹ thuật đặc tính khác nhau như quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và các phép 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 định của nó.

Việc chuẩn bị carboxymethyl cellulose liên quan đến một số bước bao gồm chiết xuất cellulose từ các nguồn tự nhiên, kích hoạt, phản ứng carboxymethylation, trung hòa, tinh chế, sấy khô và 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 polymer được sử dụng rộng rãi với các ứng dụng đa dạng do tính chất độc đáo và tính linh hoạt của nó.