Herstellung von CMCs aus nicht-konventionellen Vorläufermaterialien

Neben konventionellen pflanzlichen cellulosischen Vorläufern stehen auch einige Abfallmaterialien der Textilindustrie (z. B. Strickreste, Baumwoll-Linters) sowie regelmäßig verwendete Haushalts- und Büroprodukte (z. B. Büroaltpapier, Papierbrei, Textilabfälle usw.) fast kostenlos zur Verfügung, die für die Synthese von CMCs genutzt werden können. Die Herstellung von CMC und seinen verschiedenen Verbundwerkstoffen für zahlreiche Anwendungen aus diesen Abfallmaterialien reduziert die Produktionskosten und spielt eine wichtige Rolle bei der Verhinderung von Umweltverschmutzung.

Baumwoll-Linters sind beispielsweise ein Abfallprodukt von Baumwollreinigungsfabriken. Im Jahr 1954 stellten Ott et al. fest, dass fast 3–5 % der Baumwollfasern als Baumwoll-Linters verloren gehen, die in ihrem Rohzustand einen hohen Zelluloseanteil (d. h. etwa 90 %) enthalten. Daher können sie verschiedene Qualitäten von CMC-Produkten für zahlreiche Anwendungen synthetisieren. Vor einigen Jahren berichteten Jahan et al. (2007) über eine einfache Synthese von wasserlöslichem CMC aus Baumwoll-Linters, die einen beachtlichen DS-Wert mit hoher Viskosität aufwies. In einer anderen Studie berichteten Hivechi et al. (2015) über ein kostengünstiges, umweltfreundliches Verfahren zur Synthese von CMC aus Baumwoll-Linters unter Verwendung von Ultraschall- und Mikrowellenstrahlung, das den konventionellen Ansatz (d. h. Alkylierung-Veretherung) der CMC-Produktion erleichterte.

Fakrul Alam und Mondal (2012) synthetisierten Carboxymethylcellulose aus Strickresten, einem gängigen Abfallmaterial fast aller Textilindustrien, das einen hohen Anteil an α-Cellulose (z. B. 95–98 %) enthält. Um den Einfluss mehrerer Carboxymethylierungsschritte auf die Qualität und Güte der CMC zu untersuchen, führten die Autoren sieben aufeinanderfolgende Carboxymethylierungsschritte unter den gleichen experimentellen Bedingungen und mit den gleichen Chemikalien durch, die in den ergänzenden Materialien (Tabelle S2) aufgeführt sind. Mehrere Carboxymethylierungsschritte der Rohzellulose zeigten eine hohe Ausbeute (%) an CMC, DS, Molekulargewicht und Wasserlöslichkeit. Genauer gesagt, bei der ersten Carboxymethylierung lagen der DS-Wert und die Ausbeute an erhaltenem CMC nur bei 0,91 bzw. 360 %. Im Gegensatz dazu erreichten diese Werte nach siebenmaliger Wiederholung des Verfahrens bis zu 2,84 bzw. 1494 %.

Kürzlich synthetisierten Li et al. (2020) CMC aus Büroaltpapier, um einen umweltfreundlichen, kostengünstigen Staubbindemittel herzustellen. Einige Jahre zuvor zeigten Joshi und seine Mitarbeiter (2015) jedoch die Machbarkeit der CMC-Synthese aus gemischtem Büroaltpapier nach dessen Deinking und Aufschlämmung. Es ist erwähnenswert, dass Deinking ein altes Verfahren zur Wiederverwendung von Altpapier ist. Die Tintenpartikel werden von den Faseroberflächen entweder durch chemische Behandlungsverfahren wie alkalische Kochung entfernt. Die dispergierten Tintenpartikel werden durch Flotation aus den Faserschwebungen entfernt]. Daher können täglich tausende Tonnen Altpapier aus verschiedenen Büros und Industrien als reichhaltiger Vorläufer für CMC genutzt werden. Tabelle S2 in den ergänzenden Materialien fasst einige der vielversprechendsten Forschungsarbeiten zur Synthese von CMCs aus solchen zellulosehaltigen Abfallmaterialien zusammen. Wir haben ihre wesentlichen Erkenntnisse kurz zusammengefasst.