بهینه‌سازی متغیرهای فرآیندی تولید کربوکسی متیل سلولز از آلفاسلولز حاصله از لینتر پنبه با استفاده از روش پاسخ سطح

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 استاد گروه صنایع خمیروکاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. دانشکده مهندسی چوب و کاغذ- گروه صنایع خمیروکاغذ

3 گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

                                                                                                DOR:98.1000/1735-0913.1397.33.579.65.4.1576.1581
کربوکسی‌متیل سلولز (CMC) یکی از مهم‌ترین مشتقات سلولزی است که به‌طور گسترده در صنعت به‌عنوان امولسیون کننده، تثبیت کننده، عامل پراکنده ساز، تغلیض‌کننده و عامل ژل‌ساز استفاده می‌شود. ماده خام اصلی برای تولید مشتقات سلولزی، از سلولز موجود در چوب و لینتر پنبه حاصل می‌گردد. در این تحقیق، آلفاسلولز حاصله از لینتر پنبه برای تولید CMC استفاده گردیده است. فرآیند قلیایی کردن با هیدروکسید سدیم برای استخراج سلولز از آلفاسلولز لینتر پنبه بکار گرفته شد و در ادامه CMC از سلولز تولید گردید. بهینه سازی شرایط واکنش با استفاده از روش پاسخ سطح (RSM) مورد مطالعه قرار گرفت. طرح آزمایش روش باکس بنکن بود که شامل 3 فاکتور (زمان واکنش، غلظت هیدروکسید سدیم و نسبت جرمی مونوکلرواستیک اسید (MCA) به سلولز در فرآیند اتری کردن) با سه سطح می‌باشد. بر اساس این طراحی، مقادیر بهینه‌ی متغیرهای مستقل شامل زمان واکنش، غلظت هیدروکسید سدیم و نسبت جرمی MCA به سلولز به ترتیب 23/54 دقیقه، 25/41 % و 44/1 بدست آمد که در این حالت مقادیر DS و ویسکوزیته نیز بترتیب برابر 656/0 و cP 76/6634 بود. برای تعیین مشخصات آلفاسلولز لینتر پنبه و محصولات تولیدی، تبدیل فوریه زیر قرمز (FTIR) نمونه‌های منتخب CMC به‌کار گرفته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Almlof, A.H., Schenzel, K. and Germgard, U., 2013. Carboxymethyl produced at different mercerization conditions and characterized by NIR FT Raman spectroscopy in combination with multivariate analytical methods. Bioresources, 8(2): 1918-1932.

Appaw, C., 2004. Rheology and Microstructure of Cellulose Acetate in Mixed Solvent Systems. North Carolina State University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy, 14-16pp.

Barba, C., Montané, D., Rinaudo, M. and Farriol1, X., 2002. Synthesis and characterization of (CMC) from non-wood fibers I. Accessibility of cellulose fibers and CMC synthesis. Cellulose, 9: 319–326.

Biswal, D.R. and Singh, R.P., 2004. Characterization of carboxymethyl cellulose and polyacrylamide graft copolymer. Carbohydrate Polymers, 57: 379-387.

Bono, A., Ying, P.H., Yan, F.Y., Muei, C.L., Sarbatly, R. and Krishnaiah, D., 2009. Synthesis and characterization of carboxymethyl cellulose from palm kernel cake. Advances in Natural and Applied Sciences, 3(1): 5-11.

Browning, B.L., 1967. Methods of Wood Chemistry. Vol. II. Wiley & Sons, Inter science publishers, New York/London, pp. 490-493.

Fengel, D. and Wegener, G., 1989. Wood – Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Walter de Gruyter, Berlin and New York, 613p.

Hivechi, A., Bahrami, H., Arami, M. and Karimi, A., 2015. Alpha Cellulose, carboxymethyl cellulose from cotton waste. First National Conference on Wood and Lignocellulose Products, Gonbad Kavoos, 15 may: 2-10.

Hong, T. L., Borrmeister, B., Dautzenberg, H. and Phillip, B., 1978. Zur Ermittlung des Sustituionsgrases losicher Carboxymethylc cellulose durch polyelektrolyttitration. Nc state university Zellst, 2(4): 207-210.

Ismail, N.N., Bono, A., Valintinus, A.C.R., Nilus, S. and Chng, L.M., 2010. Optimization of reaction condition for preparing carboxymethyl cellulose. Journal of Applied Sciences, 10(12): 2530-2536.

Kamide, K. and Saito, M., 1984. Effect of total degree of substitution on molecular parameters of cellulose acetate. European Polymer Journal, 20(9): 903-914.

Khaled, B., and Abdelbaki, B., 2012. Rheological and electro kinetic properties of Carboxymethyl cellulose water dispersions in the presence of salts. International Journal of Physical Sciences. 7(11): 1790-1798.

Khullar, R., Varshney, V.K., Naithani, S., Heinze, T. and Soni, P.L., 2004. Carboxymethylation of cellulosic material (average degree of polymerization 2600) isolated from cotton (Gossypium) linters with respect to degree of substitution and rheological behavior. Journal of Applied Polymer Science, 96: 1477–1482.

Klemm, D., Philipp, B., Heinze, T., Heinze, U. and Wagwnknecht, W., 2001. Comprehensive Cellulose Chemistry, Volume 2: Functionalization of Cellulose. John Wiley &​ Sons, Inc. Germany, 406p.

Gutawa, K., Willy, A.T. and Nikita, G.R., 2015. Synthesis and characterization of sodium carboxymethyl cellulose from pod husk of Cacao (Theobroma cacao L.). International Journal of Food Science and Microbiology, 3(6): 98-103.

Adinugraha, M.P., Marseno, D.W. and Haryadi, 2005. Synthesis and characterization of sodium carboxymethylcellulose from Cavendish banana pseudo stem (Musa Cavendishii LAMBERT). Carbohydrate Polymers, 62(2): 164–169.

Mohanty, A.K., Misra, M. and Hinrichsen, G., 2000. Biofibres, biodegradable polymer and composites: an overview. Journal of Macromolecular Materials and Engineering, 276(277): 1–24.

Meenakshi, P., Noorjahan, S.E., Rajini, R., Venkatesvalu, U., Rose, C. and Sastry, T.P., 2002. Mechanical and microstructure study on the modification of CA film by blending with PS. Bulletin of Materials Science, 25(1): 25-29.

Nevell, T.P. and Zeronian, S.H., 1985. Cellulose Chemistry and its Applications, Eds., Halsted Press, John Wiley, New York, 552p.

Olaru, N., Olaru, L., Stoleriu, A. and Timpu, D., 1997. Carboxymethyl cellulose synthesis in organic media containing ethanol and or acetone. Journal of Applied Polymer Science, 67: 481-486.

Pecsok, R.L., Shields, L.D., 1976. Modern Methods of Chemical Analysis. 2nd edition, John Wiley & Sons Inc. New York, 592p.

Salmi, T.D., Valtakari, and Paatero, E., 1994. Kinetic study of the carboxymethylation of cellulose. Industrial & Engineering Chemistry Research, 33: 1454-1459.

Sharifi, H., Zabihzadeh, S. M., Ghorbani, M., 2018. The application of response surface methodology on the synthesis of conductive polyaniline/cellulosic fiber nanocomposites. Carbohydrate Polymers, 194: 384–394.

Shostrom, A., 2007. Principles of Chemistry Wood, Seyed Ahmad Mirshokraei Translation, Academic Publishing Center, Tehran, 100-170 p. (In Persian).

Tasaso, P., 2015. Optimization of reaction condition for synthesis of carboxymethyl cellulose oil palm fronds. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 6:101-104.

Ünlü, H.C., 2013. Carboxymethylcellulose from recycled newspaper in aqueous medium. Carbohydrate Polymers, 97: 159–164.

Varshney, V.K., Gupta P.K., Sanjay, N., Ritu K.H., Amit, B. and Soni, P.L., 2006. Carboxymethylation of α-Cellulose isolated from Lantana camara with respect to degree of substitution and rheological behavior. Carbohydrate Polymers, 63: 40–45.

Viera, R.G.P., Filho, G., Assunção, R., Meireles, C.D.S., Vieira, J.G. and Oliveira, G.S.D., 2007. Synthesis and characterization of methylcellulose from sugar cane bagasse cellulose. Carbohydrate Polymers, 67(2): 182–189.

Zohoorian Mehr, M.J., 2006. Cellulose and cellulose derivatives, Polymer Society of Iran, 38p. (In Persian).