Herstellungsprozess von Natriumcarboxymethylcellulose

Der Herstellungsprozess von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) umfasst mehrere Schritte, darunter die Herstellung der Cellulose, die Veretherung, die Reinigung und die Trocknung. Hier ein Überblick über den typischen Herstellungsprozess:

1. Herstellung von Zellulose: Der Prozess beginnt mit der Herstellung von Zellulose, die typischerweise aus Holzzellstoff oder Baumwoll-Linters gewonnen wird. Die Zellulose wird zunächst gereinigt und raffiniert, um Verunreinigungen wie Lignin, Hemizellulose und andere Verunreinigungen zu entfernen. Diese gereinigte Cellulose dient als Ausgangsmaterial für die Herstellung von CMC.
2. Alkalisierung: Die gereinigte Cellulose wird anschließend mit einer alkalischen Lösung, üblicherweise Natriumhydroxid (NaOH), behandelt, um ihre Reaktivität zu erhöhen und die anschließende Veretherungsreaktion zu erleichtern. Die Alkalisierung trägt auch dazu bei, dass die Zellulosefasern aufquellen und sich öffnen, wodurch sie einer chemischen Modifikation zugänglicher werden.
3. Veretherungsreaktion: Die alkalisierte Cellulose wird mit Monochloressigsäure (MCA) oder ihrem Natriumsalz, Natriummonochloracetat (SMCA), in Gegenwart eines Katalysators unter kontrollierten Bedingungen umgesetzt. Bei dieser Veretherungsreaktion werden Hydroxylgruppen an den Celluloseketten durch Carboxymethylgruppen (-CH2COONa) ersetzt. Der Substitutionsgrad (DS), der die durchschnittliche Anzahl an Carboxymethylgruppen pro Glucoseeinheit der Cellulosekette darstellt, kann durch Anpassung von Reaktionsparametern wie Temperatur, Reaktionszeit und Reaktantenkonzentrationen gesteuert werden.
4. Neutralisierung: Nach der Veretherungsreaktion wird das resultierende Produkt neutralisiert, um alle verbleibenden sauren Gruppen in ihre Natriumsalzform (Carboxymethylcellulose-Natrium) umzuwandeln. Dies wird typischerweise durch Zugabe einer alkalischen Lösung wie Natriumhydroxid (NaOH) zur Reaktionsmischung erreicht. Die Neutralisierung trägt auch dazu bei, den pH-Wert der Lösung anzupassen und das CMC-Produkt zu stabilisieren.
5. Reinigung: Die rohe Natriumcarboxymethylcellulose wird dann gereinigt, um Verunreinigungen, nicht umgesetzte Reagenzien und Nebenprodukte aus der Reaktionsmischung zu entfernen. Zu den Reinigungsmethoden können Waschen, Filtrieren, Zentrifugieren und Trocknen gehören. Die gereinigte CMC wird typischerweise mit Wasser gewaschen, um restliches Alkali und Salze zu entfernen, gefolgt von einer Filtration oder Zentrifugation, um das feste CMC-Produkt von der flüssigen Phase zu trennen.
6. Trocknen: Die gereinigte Natriumcarboxymethylcellulose wird abschließend getrocknet, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen und den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt für die Lagerung und Weiterverarbeitung zu erhalten. Zu den Trocknungsmethoden können Lufttrocknung, Sprühtrocknung oder Trommeltrocknung gehören, abhängig von den gewünschten Produkteigenschaften und dem Herstellungsmaßstab.

Das resultierende Natriumcarboxymethylcelluloseprodukt ist ein weißes bis cremefarbenes Pulver oder Granulat mit ausgezeichneter Wasserlöslichkeit und rheologischen Eigenschaften. Es wird häufig als Verdickungsmittel, Stabilisator, Bindemittel und Rheologiemodifikator in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Lebensmittel, Pharmazeutika, Kosmetika, Textilien und industrielle Anwendungen.