कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज तयार करणे

कार्बोक्सिमथिल सेल्युलोज (CMC)सेल्युलोजपासून बनविलेले एक बहुमुखी पाण्यात विरघळणारे पॉलिमर आहे, जे वनस्पतींच्या पेशींच्या भिंतींमध्ये आढळणारे नैसर्गिक पॉलिसेकेराइड आहे. CMC ला अन्न, फार्मास्युटिकल्स, सौंदर्यप्रसाधने, कापड, कागद आणि इतर बऱ्याच उद्योगांमध्ये त्याच्या विशिष्ट गुणधर्मांमुळे जसे की घट्ट करणे, स्थिर करणे, बंधनकारक करणे, फिल्म तयार करणे आणि पाणी धरून ठेवणे यासह विविध उद्योगांमध्ये व्यापक अनुप्रयोग आढळतात. सीएमसीच्या तयारीमध्ये नैसर्गिक स्रोतांमधून सेल्युलोज काढण्यापासून सुरू होणारे अनेक टप्पे समाविष्ट आहेत आणि त्यानंतर कार्बोक्झिमिथाइल गट सादर करण्यासाठी त्यात बदल करणे.

1. सेल्युलोज काढणे:
CMC तयार करण्याची पहिली पायरी म्हणजे लाकडाचा लगदा, कापूस लिंटर किंवा इतर वनस्पती तंतूंसारख्या नैसर्गिक स्रोतांपासून सेल्युलोज काढणे. सेल्युलोज सामान्यत: पल्पिंग, ब्लीचिंग आणि शुध्दीकरण यासह प्रक्रियांच्या मालिकेद्वारे प्राप्त केले जाते. उदाहरणार्थ, लाकडाचा लगदा यांत्रिक किंवा रासायनिक पल्पिंग प्रक्रियेद्वारे मिळवता येतो आणि त्यानंतर अशुद्धता आणि लिग्निन काढून टाकण्यासाठी क्लोरीन किंवा हायड्रोजन पेरॉक्साइडने ब्लीचिंग केले जाते.

2. सेल्युलोज सक्रिय करणे:
एकदा सेल्युलोज काढले की, कार्बोक्झिमिथाइल गटांच्या प्रवेशाच्या सोयीसाठी ते सक्रिय करणे आवश्यक आहे. सक्रियता सामान्यतः तापमान आणि दाब यांच्या नियंत्रित परिस्थितीत सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) किंवा सोडियम कार्बोनेट (Na2CO3) सारख्या अल्कलीसह सेल्युलोजवर उपचार करून प्राप्त होते. अल्कली उपचार सेल्युलोज तंतू फुगतात आणि इंट्रा आणि इंटरमॉलिक्युलर हायड्रोजन बंध तोडून त्यांची प्रतिक्रिया वाढवते.

3. कार्बोक्सीमेथिलेशन प्रतिक्रिया:
सक्रिय सेल्युलोज नंतर कार्बोक्झिमेथिलेशन अभिक्रियाच्या अधीन केले जाते जेथे कार्बोक्झिमेथिल गट (-CH2COOH) सेल्युलोज साखळींच्या हायड्रॉक्सिल गटांवर सादर केले जातात. ही प्रतिक्रिया सामान्यत: सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) सारख्या अल्कधर्मी उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत सोडियम मोनोक्लोरोएसीटेट (SMCA) सह सक्रिय सेल्युलोजवर प्रतिक्रिया देऊन केली जाते. प्रतिक्रिया खालीलप्रमाणे दर्शविली जाऊ शकते:

सेल्युलोज + क्लोरोएसिटिक ऍसिड → कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज + NaCl

तापमान, प्रतिक्रियेची वेळ, अभिकर्मकांची एकाग्रता आणि pH यासह प्रतिक्रिया परिस्थिती उच्च उत्पन्न आणि प्रतिस्थापनाची इच्छित डिग्री (DS) सुनिश्चित करण्यासाठी काळजीपूर्वक नियंत्रित केली जाते जी सेल्युलोज साखळीच्या प्रति ग्लुकोज युनिटमध्ये सादर केलेल्या कार्बोक्झिमेथिल गटांच्या सरासरी संख्येचा संदर्भ देते.

4. तटस्थीकरण आणि धुणे:
कार्बोक्झिमेथिलेशन अभिक्रियानंतर, परिणामी कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज अतिरिक्त अल्कली आणि प्रतिक्रिया न केलेले क्लोरोएसिटिक ऍसिड काढून टाकण्यासाठी तटस्थ केले जाते. हे सामान्यत: उत्पादनास पाण्याने किंवा पातळ ऍसिडच्या द्रावणाने धुवून प्राप्त केले जाते आणि त्यानंतर प्रतिक्रियेच्या मिश्रणापासून घन CMC वेगळे करण्यासाठी फिल्टरेशन केले जाते.

5. शुद्धीकरण:
क्षार, प्रतिक्रिया न केलेले अभिकर्मक आणि उप-उत्पादने यासारख्या अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी शुद्ध केलेले CMC नंतर अनेक वेळा पाण्याने धुतले जाते. शुद्धीकरण केलेल्या सीएमसीला धुण्याच्या पाण्यापासून वेगळे करण्यासाठी गाळण्याची प्रक्रिया किंवा सेंट्रीफ्यूगेशन वापरले जाऊ शकते.

6. वाळवणे:
शेवटी, शुद्ध केलेले कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज अवशिष्ट ओलावा काढून टाकण्यासाठी आणि कोरड्या पावडर किंवा ग्रॅन्यूलच्या स्वरूपात इच्छित उत्पादन मिळविण्यासाठी वाळवले जाते. अंतिम उत्पादनाच्या इच्छित वैशिष्ट्यांनुसार हवा कोरडे करणे, व्हॅक्यूम कोरडे करणे किंवा स्प्रे कोरडे करणे यासारख्या विविध पद्धती वापरून वाळवणे पूर्ण केले जाऊ शकते.

7. वैशिष्ट्यीकरण आणि गुणवत्ता नियंत्रण:
वाळलेल्याCMCउत्पादनाची रासायनिक रचना, प्रतिस्थापनाची डिग्री, आण्विक वजन आणि शुद्धता याची पुष्टी करण्यासाठी फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स (NMR) आणि व्हिस्कोसिटी मोजमाप यांसारख्या विविध वैशिष्ट्यपूर्ण तंत्रांच्या अधीन आहे. उत्पादन त्याच्या इच्छित अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक वैशिष्ट्यांची पूर्तता करते हे सुनिश्चित करण्यासाठी गुणवत्ता नियंत्रण चाचण्या देखील केल्या जातात.

कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोजच्या तयारीमध्ये नैसर्गिक स्रोतांमधून सेल्युलोज काढणे, सक्रिय करणे, कार्बोक्झिमेथिलेशन प्रतिक्रिया, तटस्थीकरण, शुद्धीकरण, कोरडे करणे आणि वैशिष्ट्यीकरण यासह अनेक चरणांचा समावेश होतो. प्रत्येक पायरीला उच्च उत्पन्न, इच्छित प्रमाणात प्रतिस्थापन आणि अंतिम उत्पादनाची गुणवत्ता प्राप्त करण्यासाठी प्रतिक्रिया परिस्थिती आणि पॅरामीटर्सचे काळजीपूर्वक नियंत्रण आवश्यक आहे. CMC हे त्याच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे आणि बहुमुखीपणामुळे विविध अनुप्रयोगांसह मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे पॉलिमर आहे.