कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोजची तयारी

कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज (CMC)हे सेल्युलोजपासून मिळवलेले एक बहुमुखी पाण्यात विरघळणारे पॉलिमर आहे, जे वनस्पतींच्या पेशींच्या भिंतींमध्ये आढळणारे एक नैसर्गिक पॉलिसेकेराइड आहे. CMC ला अन्न, औषधनिर्माण, सौंदर्यप्रसाधने, कापड, कागद आणि इतर अनेक उद्योगांमध्ये व्यापक उपयोग आढळतो कारण त्याच्या जाड होणे, स्थिरीकरण करणे, बंधनकारक करणे, फिल्म-फॉर्मिंग आणि पाणी धारणा यासारख्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे. CMC च्या तयारीमध्ये नैसर्गिक स्रोतांमधून सेल्युलोज काढण्यापासून ते त्यानंतर कार्बोक्झिमिथाइल गटांमध्ये बदल करण्यासाठी अनेक टप्पे समाविष्ट आहेत.

१. सेल्युलोज काढणे:
सीएमसी तयार करण्याचे पहिले पाऊल म्हणजे लाकडाचा लगदा, कापसाचे लिंटर किंवा इतर वनस्पती तंतू यासारख्या नैसर्गिक स्रोतांमधून सेल्युलोज काढणे. सेल्युलोज सामान्यत: लगदा, ब्लीचिंग आणि शुद्धीकरण यासारख्या प्रक्रियांच्या मालिकेद्वारे मिळवले जाते. उदाहरणार्थ, लाकडाचा लगदा यांत्रिक किंवा रासायनिक लगदा प्रक्रियांद्वारे मिळवता येतो आणि त्यानंतर क्लोरीन किंवा हायड्रोजन पेरोक्साइडने ब्लीचिंग करून अशुद्धता आणि लिग्निन काढून टाकले जाते.

२. सेल्युलोजचे सक्रियकरण:
एकदा सेल्युलोज काढला की, कार्बोक्झिमिथाइल गटांचा परिचय सुलभ करण्यासाठी ते सक्रिय करणे आवश्यक आहे. तापमान आणि दाबाच्या नियंत्रित परिस्थितीत सोडियम हायड्रॉक्साइड (NaOH) किंवा सोडियम कार्बोनेट (Na2CO3) सारख्या अल्कलीसह सेल्युलोजची प्रक्रिया करून सक्रियकरण सामान्यतः साध्य केले जाते. अल्कली उपचार सेल्युलोज तंतूंना फुगवतात आणि आंतर-आण्विक हायड्रोजन बंध तोडून त्यांची प्रतिक्रियाशीलता वाढवतात.

३. कार्बोक्झिमेथिलेशन अभिक्रिया:
सक्रिय सेल्युलोज नंतर कार्बोक्सीमिथिलेशन अभिक्रियेच्या अधीन होते जिथे कार्बोक्सीमिथिल गट (-CH2COOH) सेल्युलोज साखळीच्या हायड्रॉक्सिल गटांवर आणले जातात. ही अभिक्रिया सामान्यतः सोडियम हायड्रॉक्साइड (NaOH) सारख्या अल्कधर्मी उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत सक्रिय सेल्युलोजची सोडियम मोनोक्लोरोएसीटेट (SMCA) सह अभिक्रिया करून केली जाते. ही अभिक्रिया खालीलप्रमाणे दर्शविली जाऊ शकते:

सेल्युलोज + क्लोरोएसेटिक आम्ल → कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज + NaCl

तापमान, अभिक्रिया वेळ, अभिकर्मकांची एकाग्रता आणि pH यासारख्या अभिक्रिया परिस्थिती काळजीपूर्वक नियंत्रित केल्या जातात जेणेकरून उच्च उत्पादन आणि इच्छित प्रतिस्थापन डिग्री (DS) सुनिश्चित केली जाते जी सेल्युलोज साखळीच्या प्रत्येक ग्लुकोज युनिटमध्ये सादर केलेल्या कार्बोक्झिमिथाइल गटांची सरासरी संख्या दर्शवते.

४. तटस्थीकरण आणि धुणे:
कार्बोक्झिमिथिलेशन अभिक्रियेनंतर, परिणामी कार्बोक्झिमिथिल सेल्युलोजला निष्क्रिय केले जाते जेणेकरून जास्तीचे अल्कली आणि अभिक्रिया न केलेले क्लोरोएसेटिक आम्ल काढून टाकता येईल. हे सामान्यतः उत्पादन पाण्याने किंवा सौम्य आम्ल द्रावणाने धुवून आणि त्यानंतर घन CMC ला अभिक्रिया मिश्रणापासून वेगळे करण्यासाठी गाळून साध्य केले जाते.

५. शुद्धीकरण:
नंतर शुद्ध केलेले CMC पाण्याने अनेक वेळा धुतले जाते जेणेकरून त्यातील क्षार, अभिक्रिया न केलेले अभिकर्मक आणि उप-उत्पादने यासारख्या अशुद्धता काढून टाकता येतील. शुद्ध केलेले CMC वॉश वॉटरपासून वेगळे करण्यासाठी गाळण्याची प्रक्रिया किंवा सेंट्रीफ्यूगेशन वापरले जाऊ शकते.

६. वाळवणे:
शेवटी, शुद्ध केलेले कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज उरलेला ओलावा काढून टाकण्यासाठी वाळवले जाते आणि कोरड्या पावडर किंवा ग्रॅन्युलच्या स्वरूपात इच्छित उत्पादन मिळते. अंतिम उत्पादनाच्या इच्छित वैशिष्ट्यांनुसार हवा कोरडे करणे, व्हॅक्यूम कोरडे करणे किंवा स्प्रे कोरडे करणे यासारख्या विविध पद्धती वापरून वाळवणे शक्य आहे.

७. वैशिष्ट्यीकरण आणि गुणवत्ता नियंत्रण:
वाळलेलेसीएमसीउत्पादनाची रासायनिक रचना, प्रतिस्थापनाची डिग्री, आण्विक वजन आणि शुद्धता याची पुष्टी करण्यासाठी फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स (NMR) आणि स्निग्धता मापन यासारख्या विविध वैशिष्ट्यीकरण तंत्रांचा वापर केला जातो. उत्पादन त्याच्या इच्छित अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक असलेल्या वैशिष्ट्यांची पूर्तता करते याची खात्री करण्यासाठी गुणवत्ता नियंत्रण चाचण्या देखील केल्या जातात.

कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज तयार करण्यात अनेक टप्पे समाविष्ट असतात ज्यात नैसर्गिक स्रोतांमधून सेल्युलोज काढणे, सक्रियकरण, कार्बोक्झिमिथाइलेशन प्रतिक्रिया, तटस्थीकरण, शुद्धीकरण, कोरडे करणे आणि वैशिष्ट्यीकरण यांचा समावेश असतो. उच्च उत्पादन, इच्छित प्रतिस्थापनाची डिग्री आणि अंतिम उत्पादनाची गुणवत्ता प्राप्त करण्यासाठी प्रत्येक टप्प्यावर प्रतिक्रिया परिस्थिती आणि पॅरामीटर्सचे काळजीपूर्वक नियंत्रण आवश्यक असते. सीएमसी हा एक व्यापकपणे वापरला जाणारा पॉलिमर आहे जो त्याच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे आणि बहुमुखी प्रतिस्थापनामुळे विविध अनुप्रयोगांसह येतो.