કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝની તૈયારી

કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ (CMC)સેલ્યુલોઝમાંથી મેળવેલ એક બહુમુખી પાણીમાં દ્રાવ્ય પોલિમર છે, જે છોડની કોષ દિવાલોમાં જોવા મળતું કુદરતી પોલિસેકરાઇડ છે. CMC તેના જાડાપણું, સ્થિરીકરણ, બંધન, ફિલ્મ-રચના અને પાણી જાળવી રાખવા જેવા અનન્ય ગુણધર્મોને કારણે ખોરાક, ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, સૌંદર્ય પ્રસાધનો, કાપડ, કાગળ અને અન્ય ઘણા ઉદ્યોગોમાં વ્યાપક ઉપયોગો શોધે છે. CMC ની તૈયારીમાં કુદરતી સ્ત્રોતોમાંથી સેલ્યુલોઝના નિષ્કર્ષણથી શરૂ કરીને કાર્બોક્સિમિથાઇલ જૂથો રજૂ કરવા માટે તેના ફેરફારથી શરૂ થતા ઘણા પગલાંનો સમાવેશ થાય છે.

1. સેલ્યુલોઝનું નિષ્કર્ષણ:
CMC ની તૈયારીમાં પહેલું પગલું લાકડાના પલ્પ, કપાસના લિન્ટર્સ અથવા અન્ય છોડના તંતુઓ જેવા કુદરતી સ્ત્રોતોમાંથી સેલ્યુલોઝનું નિષ્કર્ષણ છે. સેલ્યુલોઝ સામાન્ય રીતે પલ્પિંગ, બ્લીચિંગ અને શુદ્ધિકરણ સહિતની પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લાકડાના પલ્પને યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક પલ્પિંગ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા મેળવી શકાય છે, ત્યારબાદ ક્લોરિન અથવા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ સાથે બ્લીચિંગ કરીને અશુદ્ધિઓ અને લિગ્નિન દૂર કરવામાં આવે છે.

2. સેલ્યુલોઝનું સક્રિયકરણ:
એકવાર સેલ્યુલોઝ કાઢવામાં આવે પછી, કાર્બોક્સિમિથાઈલ જૂથોના પરિચયને સરળ બનાવવા માટે તેને સક્રિય કરવાની જરૂર છે. સક્રિયકરણ સામાન્ય રીતે તાપમાન અને દબાણની નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) અથવા સોડિયમ કાર્બોનેટ (Na2CO3) જેવા ક્ષાર સાથે સેલ્યુલોઝની સારવાર દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. ક્ષારયુક્ત સારવાર સેલ્યુલોઝ તંતુઓને ફૂલી જાય છે અને આંતર-પરમાણુ હાઇડ્રોજન બંધ તોડીને તેમની પ્રતિક્રિયાશીલતા વધારે છે.

3. કાર્બોક્સિમિથિલેશન પ્રતિક્રિયા:
ત્યારબાદ સક્રિય સેલ્યુલોઝ કાર્બોક્સિમિથિલેશન પ્રતિક્રિયાને આધિન થાય છે જ્યાં કાર્બોક્સિમિથિલ જૂથો (-CH2COOH) સેલ્યુલોઝ સાંકળોના હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો પર દાખલ કરવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) જેવા આલ્કલાઇન ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં સક્રિય સેલ્યુલોઝને સોડિયમ મોનોક્લોરોએસેટેટ (SMCA) સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને કરવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા નીચે મુજબ રજૂ કરી શકાય છે:

સેલ્યુલોઝ + ક્લોરોએસેટિક એસિડ → કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ + NaCl

તાપમાન, પ્રતિક્રિયા સમય, રીએજન્ટ્સની સાંદ્રતા અને pH સહિતની પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓને કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે જેથી ઉચ્ચ ઉપજ અને ઇચ્છિત ડિગ્રી ઓફ રિપ્લેસમેન્ટ (DS) સુનિશ્ચિત થાય જે સેલ્યુલોઝ ચેઇનના ગ્લુકોઝ યુનિટ દીઠ રજૂ કરાયેલા કાર્બોક્સિમિથાઇલ જૂથોની સરેરાશ સંખ્યાનો સંદર્ભ આપે છે.

૪. તટસ્થીકરણ અને ધોવાણ:
કાર્બોક્સિમિથિલેશન પ્રતિક્રિયા પછી, પરિણામી કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝને તટસ્થ કરવામાં આવે છે જેથી વધારાની ક્ષાર અને પ્રતિક્રિયા ન કરાયેલ ક્લોરોએસેટિક એસિડ દૂર થાય. આ સામાન્ય રીતે ઉત્પાદનને પાણી અથવા પાતળા એસિડ દ્રાવણથી ધોઈને પ્રાપ્ત થાય છે અને ત્યારબાદ પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાંથી ઘન CMC ને અલગ કરવા માટે ગાળણક્રિયા કરવામાં આવે છે.

5. શુદ્ધિકરણ:
ત્યારબાદ શુદ્ધ કરેલા CMC ને પાણીથી ઘણી વખત ધોવામાં આવે છે જેથી ક્ષાર, પ્રતિક્રિયા ન કરાયેલ રીએજન્ટ્સ અને ઉપ-ઉત્પાદનો જેવી અશુદ્ધિઓ દૂર થાય. શુદ્ધ કરેલા CMC ને ધોવાના પાણીથી અલગ કરવા માટે ગાળણક્રિયા અથવા સેન્ટ્રીફ્યુગેશનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

6. સૂકવણી:
છેલ્લે, શુદ્ધ કાર્બોક્સિમિથાઇલ સેલ્યુલોઝને સૂકવવામાં આવે છે જેથી બાકી રહેલ ભેજ દૂર થાય અને સૂકા પાવડર અથવા ગ્રાન્યુલ્સના રૂપમાં ઇચ્છિત ઉત્પાદન મળે. અંતિમ ઉત્પાદનની ઇચ્છિત લાક્ષણિકતાઓના આધારે હવામાં સૂકવણી, વેક્યુમ સૂકવણી અથવા સ્પ્રે સૂકવણી જેવી વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને સૂકવણી પૂર્ણ કરી શકાય છે.

7. લાક્ષણિકતા અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ:
સૂકવેલાસીએમસીઉત્પાદનની રાસાયણિક રચના, અવેજીની ડિગ્રી, પરમાણુ વજન અને શુદ્ધતાની પુષ્ટિ કરવા માટે, તેને ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (FTIR), ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) અને સ્નિગ્ધતા માપન જેવી વિવિધ લાક્ષણિકતા તકનીકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઉત્પાદન તેના હેતુપૂર્ણ ઉપયોગો માટે જરૂરી સ્પષ્ટીકરણોને પૂર્ણ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે ગુણવત્તા નિયંત્રણ પરીક્ષણો પણ કરવામાં આવે છે.

કાર્બોક્સિમિથાઇલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીમાં કુદરતી સ્ત્રોતોમાંથી સેલ્યુલોઝનું નિષ્કર્ષણ, સક્રિયકરણ, કાર્બોક્સિમિથાઇલેશન પ્રતિક્રિયા, તટસ્થીકરણ, શુદ્ધિકરણ, સૂકવણી અને લાક્ષણિકતા સહિત અનેક પગલાંનો સમાવેશ થાય છે. દરેક પગલામાં ઉચ્ચ ઉપજ, ઇચ્છિત અવેજીની ડિગ્રી અને અંતિમ ઉત્પાદનની ગુણવત્તા પ્રાપ્ત કરવા માટે પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ અને પરિમાણોનું કાળજીપૂર્વક નિયંત્રણ જરૂરી છે. CMC એ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું પોલિમર છે જે તેના અનન્ય ગુણધર્મો અને વૈવિધ્યતાને કારણે વિવિધ એપ્લિકેશનો ધરાવે છે.