Produkcja CMC z niekonwencjonalnych materiałów prekursorowych

Oprócz konwencjonalnych celulozowych prekursorów pochodzenia roślinnego, dostępne są niemalże bezpłatnie niektóre odpady przemysłu tekstylnego (np. ścinki dzianin, linters bawełniany) oraz powszechnie używane produkty domowe i biurowe (np. makulatura biurowa, osady papiernicze, odpady tekstylne itp.), które mogą być wykorzystane do syntezy CMC. Produkcja CMC i jej różnych kompozytów do licznych zastosowań z tych odpadów obniża koszty produkcji i odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu zanieczyszczeniu środowiska.

Na przykład linters bawełniany jest produktem odpadowym z fabryk czyszczenia bawełny. W 1954 roku Ott i in. stwierdzili, że około 3-5% włókien bawełnianych jest tracone jako linters bawełniany, który w stanie surowym zawiera wysoki procent celulozy (tj. około 90%). W związku z tym można z niego syntetyzować różne gatunki produktów CMC do licznych zastosowań. Kilka lat temu Jahan i in. (2007) donieśli o łatwej syntezie CMC rozpuszczalnej w wodzie z lintersu bawełnianego, która wykazała znaczącą wartość DS przy wysokiej lepkości. W innym badaniu Hivechi i in. (2015) opisali opłacalny, przyjazny dla środowiska proces syntezy CMC z lintersu bawełnianego przy użyciu promieniowania ultradźwiękowego i mikrofalowego, które ułatwiło konwencjonalne podejście (tj. alkilowanie-eterowanie) do produkcji CMC.

Fakrul Alam i Mondal (2012) zsyntetyzowali karboksymetylowaną celulozę ze ścinek dzianin, które są powszechnym materiałem odpadowym z niemal wszystkich przemysłów tekstylnych i zawierają wysoki procent α-celulozy (np. 95-98%). Aby zbadać wpływ wielokrotnych etapów karboksymetylacji na jakość i gatunek CMC, autorzy przeprowadzili kolejno siedem etapów karboksymetylacji przy użyciu tych samych warunków eksperymentalnych i chemikaliów wymienionych w materiałach uzupełniających (Tabela S2). Wielokrotne etapy karboksymetylacji surowej celulozy wykazały wysoką wydajność (%) CMC, DS, masę cząsteczkową i rozpuszczalność w wodzie. Bardziej szczegółowo, w pierwszej karboksymetylacji, wartość DS i wydajność uzyskanej CMC wynosiły odpowiednio tylko 0,91 i 360%. Natomiast po siedmiokrotnym powtórzeniu procesu wartości te osiągnęły odpowiednio 2,84 i 1494%.

Niedawno Li i in. (2020) zsyntetyzowali CMC z makulatury biurowej w celu wytworzenia przyjaznego dla środowiska, taniego środka tłumiącego pył skorupowy. Jednak kilka lat wcześniej Joshi i jego współpracownicy (2015) wykazali możliwość syntezy CMC z mieszanej makulatury biurowej po jej odbarwieniu i przetworzeniu na masę celulozową. Warto wspomnieć, że odbarwianie jest starożytnym procesem ponownego wykorzystania makulatury. Cząsteczki tuszu są usuwane z powierzchni włókien albo za pomocą metod chemicznych, takich jak gotowanie w roztworze alkalicznym. Rozproszone cząsteczki tuszu są usuwane z zawiesin włókien metodą flotacji]. W związku z tym tysiące ton makulatury codziennie pozyskiwane z różnych biur i przemysłów mogą być wykorzystane jako obfity prekursor CMC. Tabela S2 w materiałach uzupełniających zawiera zestawienie niektórych z najbardziej obiecujących prac badawczych opartych na syntezie CMC z takich odpadów celulozowych. Podsumowaliśmy ich główne wnioski w skrócie.