СМС АО - Производитель карбоксиметилцеллюлозы натриевой соли

КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗА

cmc

Целлюлоза представляет собой природный полимер, состоящий из молекул D-глюкозы связанных (1,4) -β-гликозидными связями. Целлюлоза присутствует в тканях растений, как их базовый строительный материал. Молекулярная масса целлюлозных материалов  имеет существенное влияние на физические свойства целлюлозы, а также вторичных продуктов, и зависимости от источника происхождения и методов обработки материалов. Целлюлоза есть наиболее применяемая в бумажной промышленности, а также  в производстве искусственных волокон и взрывных веществ. Среди вторичных продуктов целлюлозы, имеющих высокое промышленное значение, следует назвать эфиры целлюлозы (рис. 1):

химическая формула

 

Подавляющее большинство эфиров целлюлозы являются растворимыми в воде, а также в нескольких типах органических растворителей, полимерами.
Эфиры целлюлозы являются вторичными продуктами целлюлозы, в которых гидроксильные группы являются частично или полностью замещены заместителями эфира. Каждая единица β-D-ангидроглюкозы, повторяющейся единицы в целлюлозе, доступна для эфирных групп в положениях С-2, С-3, С-6. Эфирные заместители, как правило, это алкоксильные группы с низким молекулярным весом, содержащими от 1 до 4 атомов углерода, которые могут быть замещены следующими функциональными группами, такими как карбоксильная, гидроксильная или аминогруппа.
Степень этерификации дается  для каждого из заместителей отдельно, как т.н. степень взаимозаменяемости (degree of substitution). Степень взаимозаменяемости принимает качества от 0 до 3, и есть равносильна средней этерификации  гидроксильных групп в единице ангидроглюкозы, например, если в единицы ангидроглюкозы одна гидроксильная группа будет замещена эфирной группой, то степень взаимозаменяемости (DS) для этой молекулы равна 0,5; если две гидроксильные группы будут замещены, то степень взаимозаменяемости (DS) равна 1 и т.д.

Этерификация целлюлозы осуществляется в щелочных условиях, как правило, с использованием гидроксида натрия. Целлюлозу сначала обрабатывают раствором NaOH, давая алкалицелюлозу, которая вступает в реакцию с этерифицирующим реагентом. Одним из основных методов получения эфиров есть реакция Уильямсона (схема 1)

В промышленности в качестве этерифицирующих агентов RX используют: хлористый метил, хлористый этил и хлоруксусный натрий. В этой реакции используют стехиометрическое количество гидроксида натрия.
Другими способами получения эфиров являются реакции присоединения целлюлозы к:

  • кислотно-катализируемому эпоксидному кольцу, где R = H, Me или Et,
  • активной двойной связи в щелочной среде (в этой реакции, при двойной связи, к углероду присоединен заместитель, сильно притягивающий электроны, такие как CN, CONH2, или SO3Na).

Этапы промышленного производства эфиров целлюлозы:

  • Измельчение
  • Активация (подщелачивание) водным раствором NaOH,
  • Гетерогенная реакция с этерифицирующим реагентом
  • Нейтрализация
  • Изоляция  неочищенного эфира целлюлозы
  • Очистка путем экстракции солей и побочных продуктов
  • Сушка
  • Упаковка

Активация — измельченную целлюлозу замачивают в ванне с 18% до 30% раствором гидроксида натрия, а затем через несколько часов наступает созревания  целлюлозы, во время которого происходит процесс формирования натриевого целлюлозана, а также сокращение длины полимерной цепи м. пр. под воздействием кислорода, содержащегося между волокнами целлюлозы.

В современных процессах 30-70% -ный раствор NaOH, распыляется непосредственно в роторной трубке на сухую порошковую целлюлозу. Альтернативно, порошок целлюлозы может быть завешен в органическом растворителе, затем добавляют гидроксид натрия. В случае проведения процесса этерификации с помощью метода Уильямсона, количество гидроксида зависит от ожидаемой ценности степени взаимозаменяемости (DS) продукта, она не должен быть больше, чем 1,5 моль
избыточного NaOH на ангидроглюкозную единицу, так как это снижает эффективность реакции в результате гидролиза субстратов.

Этерификация и нейтрализация — в случае алкилхлоридов с низкими молекулярным весом или эпоксидов, как этерифицирующих агентов, реакцию обычно проводят в автоклавах из нержавеющей стали под давлением 3 МПа при повышенной температуре (50-100 С).

Время реакция находится в диапазоне от 0,5 — 116 часов. После завершения реакции содержимое реактора охлаждается и нейтрализует кислотой (обычно соляной, азотной или уксусной).

Выделение — растворимые эфиры в органических растворителях или проходящих термическую коагуляцию очищаются путем промывки горячей водой. Большинство гидроксиалкиловых или карбоксиалкиловых походящих растворимы в горячей воде. Соли затем удаляются из сырого продукта периодически или непрерывным методом. Очищенный продукт выделяется фильтрацией или центрифугированием. Часто для того, чтобы улучшить свойства продукта, добавляется сшивающий агент.

Карбоксиметилцеллюлоза

Производство карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) является более простым, чем синтез других эфиров целлюлозы потому что:

  • все реактивы являются твердыми или жидкими,
  • все этапы производства могут быть осуществлены при атмосферном давлении,
  • этерификационные реактивы — хлоруксусная кислота или хлоруксусный натрий – легко доступны,
  • этерификационные реактивы являются очень эффективными в действии.

По этим причинам, а также из-за хороших свойств в качестве загустителя, защитный коллоид или влагоудерживающий агент, карбоксиметилцеллюлоза широко используется в промышленности. Большие количества КМЦ используются для производства стиральных порошков, косметики и бумажной промышленности. КМЦ высокой чистоты используется  в пищевой промышленности.