ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കൽ

സസ്യങ്ങളുടെ കോശഭിത്തിയിൽ കാണപ്പെടുന്ന പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറായ സെല്ലുലോസിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ അയോണിക് അല്ലാത്തതും വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്നതുമായ പോളിമറാണ് ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് (എച്ച്ഇസി). ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, സൗന്ദര്യവർദ്ധക വസ്തുക്കൾ, പെയിൻ്റുകൾ, പശകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു, അതിൻ്റെ മികച്ച കട്ടിയാക്കൽ, ഫിലിം രൂപീകരണം, റിയോളജിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ കാരണം. ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നത് ആൽക്കലൈൻ അവസ്ഥയിൽ എഥിലീൻ ഓക്സൈഡുമായി സെല്ലുലോസിൻ്റെ എതറിഫിക്കേഷൻ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയെ പല പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളായി വിഭജിക്കാം: സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം, ക്ഷാരവൽക്കരണം, ഈതറിഫിക്കേഷൻ, ന്യൂട്രലൈസേഷൻ, കഴുകൽ, ഉണക്കൽ.

1. സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള ആദ്യപടി സെല്ലുലോസിൻ്റെ ശുദ്ധീകരണമാണ്, സാധാരണയായി മരം പൾപ്പിൽ നിന്നോ കോട്ടൺ ലിൻ്ററുകളിൽ നിന്നോ ലഭിക്കുന്നതാണ്. അസംസ്‌കൃത സെല്ലുലോസിൽ ലിഗ്നിൻ, ഹെമിസെല്ലുലോസ്, മറ്റ് എക്‌സ്‌ട്രാക്റ്റീവുകൾ തുടങ്ങിയ മാലിന്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അവ രാസമാറ്റത്തിന് അനുയോജ്യമായ ഉയർന്ന ശുദ്ധമായ സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നതിന് നീക്കം ചെയ്യണം.

ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘട്ടങ്ങൾ:

മെക്കാനിക്കൽ പ്രോസസ്സിംഗ്: അസംസ്കൃത സെല്ലുലോസ് അതിൻ്റെ വലിപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിനും ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുമായി യാന്ത്രികമായി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു, തുടർന്നുള്ള രാസ ചികിത്സകൾ സുഗമമാക്കുന്നു.
രാസ ചികിത്സ: ലിഗ്നിൻ, ഹെമിസെല്ലുലോസ് എന്നിവയെ തകർക്കാൻ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (NaOH), സോഡിയം സൾഫൈറ്റ് (Na2SO3) തുടങ്ങിയ രാസവസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിച്ച് സെല്ലുലോസ് ചികിത്സിക്കുന്നു, തുടർന്ന് അവശിഷ്ടമായ മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനും വെളുത്തതും നാരുകളുള്ളതുമായ സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നതിന് കഴുകി ബ്ലീച്ചുചെയ്യുന്നു.

2. ക്ഷാരവൽക്കരണം
ശുദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ട സെല്ലുലോസ് പിന്നീട് എതറിഫിക്കേഷൻ പ്രതികരണത്തിനായി സജീവമാക്കുന്നതിന് ക്ഷാരമാക്കുന്നു. സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡിൻ്റെ ജലീയ ലായനി ഉപയോഗിച്ച് സെല്ലുലോസിനെ ചികിത്സിക്കുന്നത് ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

പ്രതികരണം:
സെല്ലുലോസ്+NaOH→ആൽക്കലി സെല്ലുലോസ്

നടപടിക്രമം:

സെല്ലുലോസ് വെള്ളത്തിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്യുകയും സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ലായനി ചേർക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. NaOH ൻ്റെ സാന്ദ്രത സാധാരണയായി 10-30% വരെയാണ്, 20-40 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനുമിടയിലുള്ള താപനിലയിലാണ് പ്രതികരണം നടക്കുന്നത്.
ക്ഷാരത്തിൻ്റെ ഏകീകൃത ആഗിരണം ഉറപ്പാക്കാൻ മിശ്രിതം ഇളക്കി, ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിൻ്റെ രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഈ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് എഥിലീൻ ഓക്‌സൈഡിനോട് കൂടുതൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കും, ഇത് ഈതറിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയയെ സുഗമമാക്കുന്നു.

3. എതറിഫിക്കേഷൻ
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിലെ പ്രധാന ഘട്ടം എഥിലീൻ ഓക്സൈഡുമായി ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിൻ്റെ എതറിഫിക്കേഷനാണ്. ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനം സെല്ലുലോസ് നട്ടെല്ലിലേക്ക് ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളെ (-CH2CH2OH) അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്നതാക്കുന്നു.

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

നടപടിക്രമം:

ആൽക്കലി സെല്ലുലോസിലേക്ക് എഥിലീൻ ഓക്സൈഡ് ചേർക്കുന്നു, ഒന്നുകിൽ ഒരു ബാച്ച് അല്ലെങ്കിൽ തുടർച്ചയായ പ്രക്രിയ. പ്രതികരണം സാധാരണയായി ഓട്ടോക്ലേവ് അല്ലെങ്കിൽ പ്രഷർ റിയാക്ടറിൽ നടത്തുന്നു.
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ഒപ്റ്റിമൽ ബദൽ ഉറപ്പാക്കാൻ താപനില (50-100 ° C), മർദ്ദം (1-5 atm) എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു. അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെ ഗുണങ്ങളെ സ്വാധീനിക്കുന്ന നിർണായക പാരാമീറ്ററുകളാണ് സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ ബിരുദം (ഡിഎസ്), മോളാർ സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ (എംഎസ്).

4. ന്യൂട്രലൈസേഷൻ
ഈതറിഫിക്കേഷൻ പ്രതികരണത്തിന് ശേഷം, മിശ്രിതത്തിൽ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസും ശേഷിക്കുന്ന സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അടുത്ത ഘട്ടം ന്യൂട്രലൈസേഷനാണ്, അവിടെ അധിക ക്ഷാരത്തെ ഒരു ആസിഡ് ഉപയോഗിച്ച് നിർവീര്യമാക്കുന്നു, സാധാരണയായി അസറ്റിക് ആസിഡ് (CH3COOH) അല്ലെങ്കിൽ ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ് (HCl).

പ്രതികരണം:NaOH+HCl→NaCl+H2O

നടപടിക്രമം:

അമിതമായ ചൂട് ഒഴിവാക്കാനും ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസിൻ്റെ അപചയം തടയാനും നിയന്ത്രിത സാഹചര്യങ്ങളിൽ ആസിഡ് പ്രതിപ്രവർത്തന മിശ്രിതത്തിലേക്ക് പതുക്കെ ചേർക്കുന്നു.
ന്യൂട്രലൈസ് ചെയ്ത മിശ്രിതം ആവശ്യമുള്ള പരിധിക്കുള്ളിൽ, സാധാരണയായി ന്യൂട്രൽ pH (6-8) ഉള്ളതാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ pH ക്രമീകരണത്തിന് വിധേയമാക്കുന്നു.
5. കഴുകൽ
ന്യൂട്രലൈസേഷനുശേഷം, ലവണങ്ങളും മറ്റ് ഉപോൽപ്പന്നങ്ങളും നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉൽപ്പന്നം കഴുകണം. ശുദ്ധമായ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് ലഭിക്കുന്നതിന് ഈ ഘട്ടം നിർണായകമാണ്.

നടപടിക്രമം:

പ്രതികരണ മിശ്രിതം വെള്ളത്തിൽ ലയിപ്പിച്ചതാണ്, കൂടാതെ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് ഫിൽട്ടറേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ സെൻട്രിഫ്യൂഗേഷൻ വഴി വേർതിരിക്കുന്നു.
വേർപെടുത്തിയ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ്, അവശിഷ്ട ലവണങ്ങളും മാലിന്യങ്ങളും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളത്തിൽ ആവർത്തിച്ച് കഴുകുന്നു. കഴുകുന്ന വെള്ളം ഒരു നിർദ്ദിഷ്ട ചാലകതയിൽ എത്തുന്നതുവരെ കഴുകൽ പ്രക്രിയ തുടരുന്നു, ഇത് ലയിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
6. ഉണക്കൽ
ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള അവസാന ഘട്ടം ഉണക്കുകയാണ്. ഈ ഘട്ടം അധിക ജലം നീക്കം ചെയ്യുന്നു, വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അനുയോജ്യമായ ഉണങ്ങിയ, പൊടിച്ച ഉൽപ്പന്നം നൽകുന്നു.

നടപടിക്രമം:

കഴുകിയ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് ഡ്രൈയിംഗ് ട്രേകളിൽ പരത്തുകയോ ഉണക്കൽ തുരങ്കത്തിലൂടെ കൈമാറുകയോ ചെയ്യുന്നു. സാധാരണയായി 50-80 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെയുള്ള താപ ശോഷണം ഒഴിവാക്കാൻ ഉണക്കൽ താപനില ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു.
പകരമായി, വേഗത്തിലും കാര്യക്ഷമമായും ഉണക്കുന്നതിന് സ്പ്രേ ഡ്രൈയിംഗ് ഉപയോഗിക്കാം. സ്പ്രേ ഡ്രൈയിംഗിൽ, ജലീയ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസ് ലായനി സൂക്ഷ്മത്തുള്ളികളാക്കി ആറ്റോമൈസ് ചെയ്യുകയും ചൂടുള്ള വായു പ്രവാഹത്തിൽ ഉണക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് നല്ല പൊടിയായി മാറുന്നു.
ഉണക്കിയ ഉൽപന്നം ആവശ്യമുള്ള കണിക വലിപ്പത്തിൽ പൊടിച്ച് സംഭരണത്തിനും വിതരണത്തിനുമായി പായ്ക്ക് ചെയ്യുന്നു.
ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണവും ആപ്ലിക്കേഷനുകളും
തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയയിലുടനീളം, ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ സെല്ലുലോസിൻ്റെ സ്ഥിരതയും ഗുണനിലവാരവും ഉറപ്പാക്കാൻ കർശനമായ ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണ നടപടികൾ നടപ്പിലാക്കുന്നു. വിസ്കോസിറ്റി, സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ ഡിഗ്രി, ഈർപ്പത്തിൻ്റെ അളവ്, കണികാ വലിപ്പം തുടങ്ങിയ പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ പതിവായി നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു.

അപേക്ഷകൾ:

ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്: ടാബ്‌ലെറ്റുകൾ, സസ്പെൻഷനുകൾ, തൈലങ്ങൾ എന്നിവ പോലുള്ള ഫോർമുലേഷനുകളിൽ കട്ടിയാക്കൽ ഏജൻ്റ്, ബൈൻഡർ, സ്റ്റെബിലൈസർ എന്നിവയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സൗന്ദര്യവർദ്ധക വസ്തുക്കൾ: ക്രീമുകൾ, ലോഷനുകൾ, ഷാംപൂകൾ തുടങ്ങിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് വിസ്കോസിറ്റിയും ഘടനയും നൽകുന്നു.
പെയിൻ്റുകളും കോട്ടിംഗുകളും: ഒരു കട്ടിയാക്കലും റിയോളജി മോഡിഫയറായും പ്രവർത്തിക്കുന്നു, പെയിൻ്റുകളുടെ ആപ്ലിക്കേഷൻ ഗുണങ്ങളും സ്ഥിരതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.
ഭക്ഷ്യ വ്യവസായം: വിവിധ ഭക്ഷ്യ ഉൽപന്നങ്ങളിൽ കട്ടിയാക്കൽ, സ്റ്റെബിലൈസർ, എമൽസിഫയർ എന്നീ നിലകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

ഹൈഡ്രോക്സിഥൈൽ സെല്ലുലോസ് തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ ഹൈഡ്രോക്സിതൈൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നതിനായി സെല്ലുലോസ് പരിഷ്കരിക്കുന്നതിന് ലക്ഷ്യമിട്ടുള്ള നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട രാസ, മെക്കാനിക്കൽ പ്രക്രിയകളുടെ ഒരു പരമ്പര ഉൾപ്പെടുന്നു. സെല്ലുലോസ് ശുദ്ധീകരണം മുതൽ ഉണക്കൽ വരെയുള്ള ഓരോ ഘട്ടവും അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെ ഗുണനിലവാരവും പ്രവർത്തനക്ഷമതയും നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ നിർണായകമാണ്. ഹൈഡ്രോക്‌സിതൈൽ സെല്ലുലോസിൻ്റെ വൈവിധ്യമാർന്ന ഗുണങ്ങൾ അതിനെ നിരവധി വ്യവസായങ്ങളിലെ അമൂല്യമായ ഘടകമാക്കി മാറ്റുന്നു, വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നതിന് കൃത്യമായ നിർമ്മാണ രീതികളുടെ പ്രാധാന്യം എടുത്തുകാണിക്കുന്നു.