હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારી

હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝ (એચઇસી) એ બિન-આયનીય, પાણીમાં દ્રાવ્ય પોલિમર છે જે સેલ્યુલોઝમાંથી મેળવે છે, એક કુદરતી પોલિમર જે છોડની કોષ દિવાલોમાં જોવા મળે છે. ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, સૌંદર્ય પ્રસાધનો, પેઇન્ટ્સ અને એડહેસિવ્સ સહિતના વિવિધ ઉદ્યોગોમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, તેના ઉત્તમ જાડું થવું, ફિલ્મ-રચના અને રિઓલોજિકલ ગુણધર્મોને કારણે. હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીમાં આલ્કલાઇન પરિસ્થિતિઓમાં ઇથિલિન ઓક્સાઇડ સાથે સેલ્યુલોઝનું ઇથરફિકેશન સામેલ છે. આ પ્રક્રિયાને ઘણા મુખ્ય પગલાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સેલ્યુલોઝ શુદ્ધિકરણ, આલ્કલાઈઝેશન, ઈથરીકરણ, તટસ્થતા, ધોવા અને સૂકવણી.

1. સેલ્યુલોઝ શુદ્ધિકરણ
હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીમાં પ્રથમ પગલું સેલ્યુલોઝનું શુદ્ધિકરણ છે, જે સામાન્ય રીતે લાકડાના પલ્પ અથવા કોટન લિન્ટર્સમાંથી મેળવવામાં આવે છે. કાચા સેલ્યુલોઝમાં લિગ્નીન, હેમીસેલ્યુલોઝ અને અન્ય એક્સટ્રેક્ટિવ જેવી અશુદ્ધિઓ હોય છે જે રાસાયણિક ફેરફાર માટે યોગ્ય ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સેલ્યુલોઝ મેળવવા માટે દૂર કરવી આવશ્યક છે.

સામેલ પગલાં:

યાંત્રિક પ્રક્રિયા: કાચો સેલ્યુલોઝ તેના કદને ઘટાડવા અને તેની સપાટીના વિસ્તારને વધારવા માટે યાંત્રિક રીતે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, જે અનુગામી રાસાયણિક સારવારની સુવિધા આપે છે.
રાસાયણિક સારવાર: સેલ્યુલોઝની સારવાર સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) અને સોડિયમ સલ્ફાઇટ (Na2SO3) જેવા રસાયણોથી કરવામાં આવે છે જેથી લિગ્નિન અને હેમીસેલ્યુલોઝને તોડી શકાય, ત્યારબાદ અવશેષ અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા અને સફેદ, તંતુમય સેલ્યુલોઝ મેળવવા માટે ધોવા અને બ્લીચિંગ કરવામાં આવે છે.

2. આલ્કલાઈઝેશન
શુદ્ધ કરેલ સેલ્યુલોઝ પછી તેને ઇથેરીફિકેશન પ્રતિક્રિયા માટે સક્રિય કરવા માટે આલ્કલાઈઝ કરવામાં આવે છે. આમાં સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના જલીય દ્રાવણ સાથે સેલ્યુલોઝની સારવારનો સમાવેશ થાય છે.

પ્રતિક્રિયા:
સેલ્યુલોઝ+NaOH→આલ્કલી સેલ્યુલોઝ

પ્રક્રિયા:

સેલ્યુલોઝ પાણીમાં સસ્પેન્ડ કરવામાં આવે છે, અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સોલ્યુશન ઉમેરવામાં આવે છે. NaOH ની સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે 10-30% સુધીની હોય છે, અને પ્રતિક્રિયા 20-40 °C વચ્ચેના તાપમાને કરવામાં આવે છે.
આલ્કલીનું એકસમાન શોષણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે મિશ્રણને હલાવવામાં આવે છે, જે આલ્કલી સેલ્યુલોઝની રચના તરફ દોરી જાય છે. આ મધ્યવર્તી એથિલિન ઓક્સાઇડ પ્રત્યે વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ છે, જે ઇથેરિફિકેશન પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે.

3. ઇથેરીફિકેશન
હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીમાં મુખ્ય પગલું એથિલિન ઓક્સાઇડ સાથે આલ્કલી સેલ્યુલોઝનું ઇથરીકરણ છે. આ પ્રતિક્રિયા સેલ્યુલોઝ બેકબોનમાં હાઇડ્રોક્સાઇથિલ જૂથો (-CH2CH2OH) દાખલ કરે છે, જે તેને પાણીમાં દ્રાવ્ય બનાવે છે.

પ્રતિક્રિયા:
આલ્કલી સેલ્યુલોઝ+ઇથિલીન ઓક્સાઇડ→હાઈડ્રોક્સિએથિલ સેલ્યુલોઝ+NaOH

પ્રક્રિયા:

ઇથિલીન ઓક્સાઇડ આલ્કલી સેલ્યુલોઝમાં ઉમેરવામાં આવે છે, કાં તો બેચ અથવા સતત પ્રક્રિયામાં. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે ઓટોક્લેવ અથવા દબાણ રિએક્ટરમાં કરવામાં આવે છે.
તાપમાન (50-100°C) અને દબાણ (1-5 atm) સહિતની પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિઓ હાઇડ્રોક્સાઇથિલ જૂથોની શ્રેષ્ઠ અવેજીની ખાતરી કરવા માટે કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. અવેજીકરણની ડિગ્રી (DS) અને દાઢ અવેજીકરણ (MS) એ નિર્ણાયક પરિમાણો છે જે અંતિમ ઉત્પાદનના ગુણધર્મોને પ્રભાવિત કરે છે.

4. તટસ્થતા
ઇથેરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા પછી, મિશ્રણમાં હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝ અને શેષ સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ હોય છે. આગળનું પગલું તટસ્થીકરણ છે, જ્યાં એસિડ, સામાન્ય રીતે એસિટિક એસિડ (CH3COOH) અથવા હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) નો ઉપયોગ કરીને વધારાની આલ્કલીને તટસ્થ કરવામાં આવે છે.

પ્રતિક્રિયા:NaOH+HCl→NaCl+H2O

પ્રક્રિયા:

અતિશય ગરમીને ટાળવા અને હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝના અધોગતિને રોકવા માટે નિયંત્રિત સ્થિતિમાં એસિડને ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા મિશ્રણમાં ઉમેરવામાં આવે છે.
તટસ્થ મિશ્રણ પછી તે ઇચ્છિત શ્રેણીમાં છે તેની ખાતરી કરવા માટે pH ગોઠવણને આધિન કરવામાં આવે છે, ખાસ કરીને તટસ્થ pH (6-8) ની આસપાસ.
5. ધોવા
નિષ્ક્રિયકરણ પછી, ક્ષાર અને અન્ય ઉપ-ઉત્પાદનોને દૂર કરવા માટે ઉત્પાદનને ધોવા જોઈએ. શુદ્ધ હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝ મેળવવા માટે આ પગલું નિર્ણાયક છે.

પ્રક્રિયા:

પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ પાણીથી ભળે છે, અને હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝને ગાળણ અથવા સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે.
શેષ ક્ષાર અને અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે વિભાજિત હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝને ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીથી વારંવાર ધોવામાં આવે છે. ધોવાની પ્રક્રિયા ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે જ્યાં સુધી ધોવાનું પાણી ચોક્કસ વાહકતા સુધી પહોંચે નહીં, જે દ્રાવ્ય અશુદ્ધિઓને દૂર કરવાનું સૂચવે છે.
6. સૂકવણી
હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીનું અંતિમ પગલું સૂકવણી છે. આ પગલું વધારાનું પાણી દૂર કરે છે, વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય સૂકું, પાવડર ઉત્પાદન આપે છે.

પ્રક્રિયા:

ધોયેલા હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝને સૂકવવાની ટ્રે પર ફેલાવવામાં આવે છે અથવા સૂકવણી ટનલ દ્વારા પહોંચાડવામાં આવે છે. થર્મલ ડિગ્રેડેશનને ટાળવા માટે સૂકવણીનું તાપમાન કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, સામાન્ય રીતે 50-80 ° સે.
વૈકલ્પિક રીતે, સ્પ્રે સૂકવણીનો ઉપયોગ ઝડપી અને કાર્યક્ષમ સૂકવણી માટે થઈ શકે છે. સ્પ્રે સૂકવણીમાં, જલીય હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝ દ્રાવણને ઝીણા ટીપાંમાં અણુકૃત કરવામાં આવે છે અને ગરમ હવાના પ્રવાહમાં સૂકવવામાં આવે છે, જેના પરિણામે દંડ પાવડર બને છે.
સૂકા ઉત્પાદનને પછી ઇચ્છિત કણોના કદમાં મિલ્ડ કરવામાં આવે છે અને સંગ્રહ અને વિતરણ માટે પેક કરવામાં આવે છે.
ગુણવત્તા નિયંત્રણ અને એપ્લિકેશન્સ
તૈયારીની સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન, હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની સુસંગતતા અને ગુણવત્તાને સુનિશ્ચિત કરવા માટે સખત ગુણવત્તા નિયંત્રણ પગલાં લાગુ કરવામાં આવે છે. મુખ્ય પરિમાણો જેમ કે સ્નિગ્ધતા, અવેજીની ડિગ્રી, ભેજનું પ્રમાણ અને કણોના કદનું નિયમિતપણે નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે.

એપ્લિકેશન્સ:

ફાર્માસ્યુટિકલ્સ: ગોળીઓ, સસ્પેન્શન અને મલમ જેવા ફોર્મ્યુલેશનમાં જાડું કરનાર એજન્ટ, બાઈન્ડર અને સ્ટેબિલાઈઝર તરીકે વપરાય છે.
સૌંદર્ય પ્રસાધનો: ક્રીમ, લોશન અને શેમ્પૂ જેવા ઉત્પાદનોને સ્નિગ્ધતા અને રચના પ્રદાન કરે છે.
પેઇન્ટ્સ અને કોટિંગ્સ: જાડું અને રેઓલોજી મોડિફાયર તરીકે કામ કરે છે, પેઇન્ટની એપ્લિકેશન ગુણધર્મો અને સ્થિરતામાં સુધારો કરે છે.
ખાદ્ય ઉદ્યોગ: વિવિધ ખાદ્ય ઉત્પાદનોમાં ઘટ્ટ, સ્ટેબિલાઇઝર અને ઇમલ્સિફાયર તરીકે કાર્ય કરે છે.

હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝની તૈયારીમાં હાઇડ્રોક્સાઇથિલ જૂથોને રજૂ કરવા માટે સેલ્યુલોઝને સંશોધિત કરવાનો હેતુ સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત રાસાયણિક અને યાંત્રિક પ્રક્રિયાઓની શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. સેલ્યુલોઝ શુદ્ધિકરણથી સૂકવવા સુધીનું દરેક પગલું, અંતિમ ઉત્પાદનની ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતા નક્કી કરવા માટે નિર્ણાયક છે. હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝના બહુમુખી ગુણધર્મો તેને અસંખ્ય ઉદ્યોગોમાં એક અમૂલ્ય ઘટક બનાવે છે, જે વિવિધ એપ્લિકેશનોની ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે ચોક્કસ ઉત્પાદન પદ્ધતિઓના મહત્વને પ્રકાશિત કરે છે.