കാർബോക്സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കൽ

കാർബോക്സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് (CMC)സെല്ലുലോസിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ ഒരു ബഹുമുഖ വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്ന പോളിമർ ആണ്, ഇത് സസ്യകോശ ഭിത്തികളിൽ കാണപ്പെടുന്ന പ്രകൃതിദത്ത പോളിസാക്കറൈഡാണ്. ഭക്ഷണം, ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, സൗന്ദര്യവർദ്ധകവസ്തുക്കൾ, തുണിത്തരങ്ങൾ, പേപ്പർ തുടങ്ങി നിരവധി വ്യവസായങ്ങളിൽ സിഎംസി അതിൻ്റെ തനതായ ഗുണങ്ങളായ കട്ടിയാക്കൽ, സുസ്ഥിരമാക്കൽ, ബൈൻഡിംഗ്, ഫിലിം രൂപീകരണം, വെള്ളം നിലനിർത്തൽ എന്നിവയാൽ വിപുലമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ കണ്ടെത്തുന്നു. പ്രകൃതിദത്ത സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്ന് സെല്ലുലോസ് വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നത് മുതൽ കാർബോക്സിമെതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള പരിഷ്ക്കരണങ്ങൾ മുതൽ നിരവധി ഘട്ടങ്ങൾ CMC തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

1. സെല്ലുലോസ് വേർതിരിച്ചെടുക്കൽ:
മരത്തിൻ്റെ പൾപ്പ്, കോട്ടൺ ലിൻ്ററുകൾ അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് സസ്യ നാരുകൾ പോലുള്ള പ്രകൃതിദത്ത സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്ന് സെല്ലുലോസ് വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നതാണ് CMC തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള ആദ്യ ഘട്ടം. പൾപ്പിംഗ്, ബ്ലീച്ചിംഗ്, ശുദ്ധീകരണം എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പ്രക്രിയകളുടെ ഒരു പരമ്പരയിലൂടെയാണ് സെല്ലുലോസ് സാധാരണയായി ലഭിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന്, മാലിന്യങ്ങളും ലിഗ്നിനും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ക്ലോറിൻ അല്ലെങ്കിൽ ഹൈഡ്രജൻ പെറോക്സൈഡ് ഉപയോഗിച്ച് ബ്ലീച്ച് ചെയ്തതിന് ശേഷം മെക്കാനിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ കെമിക്കൽ പൾപ്പിംഗ് പ്രക്രിയകളിലൂടെ മരം പൾപ്പ് ലഭിക്കും.

2. സെല്ലുലോസ് സജീവമാക്കൽ:
സെല്ലുലോസ് വേർതിരിച്ചെടുത്താൽ, കാർബോക്സിമെതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ആമുഖം സുഗമമാക്കുന്നതിന് അത് സജീവമാക്കേണ്ടതുണ്ട്. താപനിലയും മർദ്ദവും നിയന്ത്രിത സാഹചര്യങ്ങളിൽ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (NaOH) അല്ലെങ്കിൽ സോഡിയം കാർബണേറ്റ് (Na2CO3) പോലുള്ള ആൽക്കലി ഉപയോഗിച്ച് സെല്ലുലോസ് ചികിത്സിക്കുന്നതിലൂടെ സാധാരണയായി സജീവമാക്കൽ കൈവരിക്കാനാകും. ആൽക്കലി ചികിത്സ സെല്ലുലോസ് നാരുകളെ വീർക്കുകയും ഇൻട്രാ, ഇൻ്റർമോളിക്യുലാർ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ തകർക്കുന്നതിലൂടെ അവയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

3. കാർബോക്സിമെതൈലേഷൻ പ്രതികരണം:
സജീവമാക്കിയ സെല്ലുലോസ് പിന്നീട് കാർബോക്സിമെതൈലേഷൻ പ്രതികരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, അവിടെ സെല്ലുലോസ് ശൃംഖലകളിലെ ഹൈഡ്രോക്സൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളിലേക്ക് കാർബോക്സിമെതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ (-CH2COOH) അവതരിപ്പിക്കുന്നു. സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (NaOH) പോലുള്ള ആൽക്കലൈൻ കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സോഡിയം മോണോക്ലോറോഅസെറ്റേറ്റ് (SMCA) ഉപയോഗിച്ച് സജീവമാക്കിയ സെല്ലുലോസ് പ്രതിപ്രവർത്തിച്ചാണ് ഈ പ്രതികരണം സാധാരണയായി നടത്തുന്നത്. പ്രതികരണത്തെ ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ പ്രതിനിധീകരിക്കാം:

സെല്ലുലോസ് + ക്ലോറോഅസെറ്റിക് ആസിഡ് → കാർബോക്സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് + NaCl

സെല്ലുലോസ് ശൃംഖലയിലെ ഓരോ ഗ്ലൂക്കോസ് യൂണിറ്റിനും അവതരിപ്പിക്കുന്ന കാർബോക്സിമെതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ശരാശരി എണ്ണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്ന ഉയർന്ന വിളവും ആവശ്യമുള്ള അളവിലുള്ള സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷനും (DS) ഉറപ്പാക്കാൻ താപനില, പ്രതികരണ സമയം, റിയാക്ടറുകളുടെ സാന്ദ്രത, pH എന്നിവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു.

4. ന്യൂട്രലൈസേഷനും കഴുകലും:
കാർബോക്സിമെതൈലേഷൻ പ്രതികരണത്തിന് ശേഷം, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന കാർബോക്സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് അധിക ക്ഷാരവും പ്രതികരിക്കാത്ത ക്ലോറോഅസെറ്റിക് ആസിഡും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി നിർവീര്യമാക്കുന്നു. ഇത് സാധാരണയായി വെള്ളം ഉപയോഗിച്ച് ഉൽപ്പന്നം കഴുകുകയോ നേർപ്പിച്ച ആസിഡ് ലായനിയോ ഉപയോഗിച്ച് സോളിഡ് സിഎംസിയെ പ്രതികരണ മിശ്രിതത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിക്കുന്നതിന് ഫിൽട്ടർ ചെയ്യുന്നതിലൂടെയാണ് നേടുന്നത്.

5. ശുദ്ധീകരണം:
ലവണങ്ങൾ, പ്രതികരിക്കാത്ത റിയാക്ടറുകൾ, ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ തുടങ്ങിയ മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ശുദ്ധീകരിച്ച സിഎംസി പലതവണ വെള്ളത്തിൽ കഴുകുന്നു. ശുദ്ധീകരിച്ച സിഎംസിയെ കഴുകുന്ന വെള്ളത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിക്കാൻ ഫിൽട്ടറേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ സെൻട്രിഫ്യൂഗേഷൻ ഉപയോഗിക്കാം.

6. ഉണക്കൽ:
അവസാനമായി, ശുദ്ധീകരിച്ച കാർബോക്‌സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് ഉണക്കി, അവശിഷ്ടമായ ഈർപ്പം നീക്കം ചെയ്യുകയും ഉണങ്ങിയ പൊടി അല്ലെങ്കിൽ തരികളുടെ രൂപത്തിൽ ആവശ്യമുള്ള ഉൽപ്പന്നം നേടുകയും ചെയ്യുന്നു. അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെ ആവശ്യമുള്ള സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ അനുസരിച്ച് എയർ ഡ്രൈയിംഗ്, വാക്വം ഡ്രൈയിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ സ്പ്രേ ഡ്രൈയിംഗ് തുടങ്ങിയ വിവിധ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉണക്കൽ പൂർത്തിയാക്കാം.

7. സ്വഭാവവും ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണവും:
ഉണക്കിയസി.എം.സിഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഇൻഫ്രാറെഡ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (എഫ്ടിഐആർ), ന്യൂക്ലിയർ മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് (എൻഎംആർ), വിസ്കോസിറ്റി അളവുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള വിവിധ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ഉൽപ്പന്നം അതിൻ്റെ രാസഘടന, പകരക്കാരൻ്റെ അളവ്, തന്മാത്രാ ഭാരം, പരിശുദ്ധി എന്നിവ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. ഉൽപ്പന്നം ഉദ്ദേശിച്ച ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ആവശ്യമായ സവിശേഷതകൾ പാലിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണ പരിശോധനകളും നടത്തുന്നു.

കാർബോക്സിമെതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ പ്രകൃതിദത്ത സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്ന് സെല്ലുലോസ് വേർതിരിച്ചെടുക്കൽ, സജീവമാക്കൽ, കാർബോക്സിമെതൈലേഷൻ പ്രതികരണം, ന്യൂട്രലൈസേഷൻ, ശുദ്ധീകരണം, ഉണക്കൽ, സ്വഭാവരൂപീകരണം എന്നിവ ഉൾപ്പെടെ നിരവധി ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഓരോ ഘട്ടത്തിനും ഉയർന്ന വിളവ്, ആവശ്യമുള്ള അളവിലുള്ള പകരക്കാരൻ, അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം എന്നിവ നേടുന്നതിന് പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങളുടെയും പാരാമീറ്ററുകളുടെയും സൂക്ഷ്മമായ നിയന്ത്രണം ആവശ്യമാണ്. തനതായ ഗുണങ്ങളും വൈദഗ്ധ്യവും കാരണം വൈവിധ്യമാർന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകളുള്ള വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പോളിമറാണ് CMC.