ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കൽ

സസ്യങ്ങളുടെ കോശഭിത്തികളിൽ കാണപ്പെടുന്ന പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറായ സെല്ലുലോസിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ അയോണിക് അല്ലാത്തതും വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്നതുമായ ഒരു പോളിമറാണ് ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് (HEC). മികച്ച കട്ടിയാക്കൽ, ഫിലിം രൂപീകരണം, റിയോളജിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ കാരണം ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, സൗന്ദര്യവർദ്ധക വസ്തുക്കൾ, പെയിന്റുകൾ, പശകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ ക്ഷാര സാഹചര്യങ്ങളിൽ എഥിലീൻ ഓക്സൈഡുമായി സെല്ലുലോസിന്റെ ഈഥറിഫിക്കേഷൻ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയെ നിരവധി പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളായി തിരിക്കാം: സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം, ക്ഷാരീകരണം, ഈഥറിഫിക്കേഷൻ, ന്യൂട്രലൈസേഷൻ, കഴുകൽ, ഉണക്കൽ.

1. സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിലെ ആദ്യ ഘട്ടം സെല്ലുലോസിന്റെ ശുദ്ധീകരണമാണ്, സാധാരണയായി മരപ്പഴത്തിൽ നിന്നോ കോട്ടൺ ലിന്ററുകളിൽ നിന്നോ ഇത് ലഭിക്കും. അസംസ്കൃത സെല്ലുലോസിൽ ലിഗ്നിൻ, ഹെമിസെല്ലുലോസ്, മറ്റ് എക്സ്ട്രാക്റ്റീവുകൾ തുടങ്ങിയ മാലിന്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്, രാസമാറ്റത്തിന് അനുയോജ്യമായ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നതിന് അവ നീക്കം ചെയ്യണം.

ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘട്ടങ്ങൾ:

മെക്കാനിക്കൽ പ്രോസസ്സിംഗ്: അസംസ്കൃത സെല്ലുലോസ് അതിന്റെ വലിപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിനും ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുമായി യാന്ത്രികമായി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു, ഇത് തുടർന്നുള്ള രാസ ചികിത്സകൾക്ക് സൗകര്യമൊരുക്കുന്നു.
രാസ ചികിത്സ: ലിഗ്നിൻ, ഹെമിസെല്ലുലോസ് എന്നിവ വിഘടിപ്പിക്കാൻ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (NaOH), സോഡിയം സൾഫൈറ്റ് (Na2SO3) തുടങ്ങിയ രാസവസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിച്ച് സെല്ലുലോസ് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു, തുടർന്ന് കഴുകി ബ്ലീച്ചിംഗ് നടത്തി അവശിഷ്ടമായ മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്ത് വെളുത്ത, നാരുകളുള്ള സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നു.

2. ക്ഷാരീകരണം
ശുദ്ധീകരിച്ച സെല്ലുലോസിനെ പിന്നീട് ആൽക്കലൈസ് ചെയ്ത് ഈഥറിഫിക്കേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനായി സജീവമാക്കുന്നു. ഇതിൽ സെല്ലുലോസിനെ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡിന്റെ ജലീയ ലായനി ഉപയോഗിച്ച് ചികിത്സിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു.

പ്രതികരണം:
സെല്ലുലോസ്+NaOH→ആൽക്കലി സെല്ലുലോസ്

നടപടിക്രമം:

സെല്ലുലോസ് വെള്ളത്തിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്യുകയും സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ലായനി ചേർക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. NaOH ന്റെ സാന്ദ്രത സാധാരണയായി 10-30% വരെയാണ്, കൂടാതെ പ്രതിപ്രവർത്തനം 20-40°C നും ഇടയിലുള്ള താപനിലയിലാണ് നടക്കുന്നത്.
ആൽക്കലിയുടെ ഏകീകൃത ആഗിരണം ഉറപ്പാക്കാൻ മിശ്രിതം ഇളക്കുന്നു, ഇത് ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിന്റെ രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഈ ഇന്റർമീഡിയറ്റ് എഥിലീൻ ഓക്സൈഡിനോട് കൂടുതൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് എഥറിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയയെ സുഗമമാക്കുന്നു.

3. ഈതറിഫിക്കേഷൻ
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിലെ പ്രധാന ഘട്ടം ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിനെ എഥിലീൻ ഓക്സൈഡുമായി ഈതറിഫിക്കേഷൻ ചെയ്യുന്നതാണ്. ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളെ (-CH2CH2OH) സെല്ലുലോസ് ബാക്ക്ബോണിലേക്ക് അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് അതിനെ വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്നതാക്കുന്നു.

പ്രതികരണം:
ആൽക്കലി സെല്ലുലോസ്+എഥിലീൻ ഓക്സൈഡ്→ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ്+NaOH

നടപടിക്രമം:

ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിൽ എത്തലീൻ ഓക്സൈഡ് ചേർക്കുന്നത് ഒരു ബാച്ച് അല്ലെങ്കിൽ തുടർച്ചയായ പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ്. പ്രതിപ്രവർത്തനം സാധാരണയായി ഒരു ഓട്ടോക്ലേവിലോ പ്രഷർ റിയാക്ടറിലോ ആണ് നടത്തുന്നത്.
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ഒപ്റ്റിമൽ സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ ഉറപ്പാക്കാൻ താപനില (50-100°C), മർദ്ദം (1-5 atm) എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു. ഡിഗ്രി ഓഫ് സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ (DS), മോളാർ സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ (MS) എന്നിവ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ ഗുണങ്ങളെ സ്വാധീനിക്കുന്ന നിർണായക പാരാമീറ്ററുകളാണ്.

4. ന്യൂട്രലൈസേഷൻ
ഈഥറിഫിക്കേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനുശേഷം, മിശ്രിതത്തിൽ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസും അവശിഷ്ട സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അടുത്ത ഘട്ടം ന്യൂട്രലൈസേഷനാണ്, അവിടെ അധിക ക്ഷാരം ഒരു ആസിഡ്, സാധാരണയായി അസറ്റിക് ആസിഡ് (CH3COOH) അല്ലെങ്കിൽ ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ് (HCl) ഉപയോഗിച്ച് നിർവീര്യമാക്കുന്നു.

പ്രതിപ്രവർത്തനം:NaOH+HCl→NaCl+H2O

നടപടിക്രമം:

അമിതമായ ചൂട് ഒഴിവാക്കുന്നതിനും ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസിന്റെ അപചയം തടയുന്നതിനും നിയന്ത്രിത സാഹചര്യങ്ങളിൽ ആസിഡ് പ്രതിപ്രവർത്തന മിശ്രിതത്തിലേക്ക് പതുക്കെ ചേർക്കുന്നു.
പിന്നീട് നിർവീര്യമാക്കിയ മിശ്രിതം ആവശ്യമുള്ള പരിധിക്കുള്ളിൽ, സാധാരണയായി ന്യൂട്രൽ pH (6-8) ന് ചുറ്റും ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ pH ക്രമീകരണത്തിന് വിധേയമാക്കുന്നു.
5. കഴുകൽ
ന്യൂട്രലൈസേഷനുശേഷം, ലവണങ്ങളും മറ്റ് ഉപോൽപ്പന്നങ്ങളും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഉൽപ്പന്നം കഴുകണം. ശുദ്ധമായ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നതിന് ഈ ഘട്ടം നിർണായകമാണ്.

നടപടിക്രമം:

പ്രതിപ്രവർത്തന മിശ്രിതം വെള്ളത്തിൽ ലയിപ്പിച്ച ശേഷം, ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസിനെ ഫിൽട്രേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ സെൻട്രിഫ്യൂഗേഷൻ വഴി വേർതിരിക്കുന്നു.
വേർതിരിച്ച ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ്, അവശിഷ്ട ലവണങ്ങളും മാലിന്യങ്ങളും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളത്തിൽ ആവർത്തിച്ച് കഴുകുന്നു. കഴുകുന്ന വെള്ളം ഒരു നിശ്ചിത ചാലകതയിൽ എത്തുന്നതുവരെ കഴുകൽ പ്രക്രിയ തുടരുന്നു, ഇത് ലയിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
6. ഉണക്കൽ
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിലെ അവസാന ഘട്ടം ഉണക്കലാണ്. ഈ ഘട്ടം അധിക ജലം നീക്കം ചെയ്ത്, വിവിധ പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമായ ഒരു ഉണങ്ങിയ, പൊടിച്ച ഉൽപ്പന്നം നൽകുന്നു.

നടപടിക്രമം:

കഴുകിയ ഹൈഡ്രോക്സിഥൈൽ സെല്ലുലോസ് ഉണക്കൽ ട്രേകളിൽ വിതറുകയോ ഉണക്കൽ ടണലിലൂടെ എത്തിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു. സാധാരണയായി 50-80°C വരെയുള്ള താപ ശോഷണം ഒഴിവാക്കാൻ ഉണക്കൽ താപനില ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കുന്നു.
പകരമായി, വേഗത്തിലും കാര്യക്ഷമമായും ഉണക്കുന്നതിന് സ്പ്രേ ഡ്രൈയിംഗ് ഉപയോഗിക്കാം. സ്പ്രേ ഡ്രൈയിംഗിൽ, ജലീയ ഹൈഡ്രോക്സിഥൈൽ സെല്ലുലോസ് ലായനി സൂക്ഷ്മ തുള്ളികളാക്കി ആറ്റമാക്കുകയും ചൂടുള്ള വായു പ്രവാഹത്തിൽ ഉണക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഒരു സൂക്ഷ്മ പൊടി ഉണ്ടാക്കുന്നു.
ഉണക്കിയ ഉൽപ്പന്നം പിന്നീട് ആവശ്യമുള്ള കണികാ വലിപ്പത്തിൽ പൊടിച്ച് സംഭരണത്തിനും വിതരണത്തിനുമായി പായ്ക്ക് ചെയ്യുന്നു.
ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണവും ആപ്ലിക്കേഷനുകളും
തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയയിലുടനീളം, ഹൈഡ്രോക്സിഥൈൽ സെല്ലുലോസിന്റെ സ്ഥിരതയും ഗുണനിലവാരവും ഉറപ്പാക്കാൻ കർശനമായ ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണ നടപടികൾ നടപ്പിലാക്കുന്നു. വിസ്കോസിറ്റി, പകരക്കാരന്റെ അളവ്, ഈർപ്പത്തിന്റെ അളവ്, കണികകളുടെ വലിപ്പം തുടങ്ങിയ പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ പതിവായി നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു.

അപേക്ഷകൾ:

ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്: ടാബ്‌ലെറ്റുകൾ, സസ്‌പെൻഷനുകൾ, ഓയിന്റ്‌മെന്റുകൾ തുടങ്ങിയ ഫോർമുലേഷനുകളിൽ കട്ടിയാക്കൽ ഏജന്റ്, ബൈൻഡർ, സ്റ്റെബിലൈസർ എന്നിവയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സൗന്ദര്യവർദ്ധക വസ്തുക്കൾ: ക്രീമുകൾ, ലോഷനുകൾ, ഷാംപൂകൾ തുടങ്ങിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് വിസ്കോസിറ്റിയും ഘടനയും നൽകുന്നു.
പെയിന്റുകളും കോട്ടിംഗുകളും: ഒരു കട്ടിയാക്കൽ, റിയോളജി മോഡിഫയർ എന്നിവയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, പെയിന്റുകളുടെ പ്രയോഗ ഗുണങ്ങളും സ്ഥിരതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.
ഭക്ഷ്യ വ്യവസായം: വിവിധ ഭക്ഷ്യ ഉൽപന്നങ്ങളിൽ കട്ടിയാക്കൽ, സ്റ്റെബിലൈസർ, ഇമൽസിഫയർ എന്നീ നിലകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ, സെല്ലുലോസിനെ പരിഷ്കരിച്ച് ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ അവതരിപ്പിക്കുക എന്ന ലക്ഷ്യത്തോടെ, വ്യക്തമായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട നിരവധി രാസ, മെക്കാനിക്കൽ പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം മുതൽ ഉണക്കൽ വരെയുള്ള ഓരോ ഘട്ടവും അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ ഗുണനിലവാരവും പ്രവർത്തനക്ഷമതയും നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ നിർണായകമാണ്. ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസിന്റെ വൈവിധ്യമാർന്ന ഗുണങ്ങൾ നിരവധി വ്യവസായങ്ങളിൽ ഇതിനെ വിലമതിക്കാനാവാത്ത ഒരു ഘടകമാക്കി മാറ്റുന്നു, വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ പ്രത്യേക ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നതിനുള്ള കൃത്യമായ നിർമ്മാണ രീതികളുടെ പ്രാധാന്യം എടുത്തുകാണിക്കുന്നു.