हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजची तयारी

हायड्रोक्सिथिल सेल्युलोज (HEC) हा एक नॉन-आयोनिक, पाण्यात विरघळणारा पॉलिमर आहे जो सेल्युलोजपासून बनलेला आहे, एक नैसर्गिक पॉलिमर आहे जो वनस्पतींच्या सेल भिंतींमध्ये आढळतो. औषधी, सौंदर्यप्रसाधने, पेंट्स आणि ॲडेसिव्हसह विविध उद्योगांमध्ये त्याचा उत्कृष्ट घट्टपणा, फिल्म-फॉर्मिंग आणि रिओलॉजिकल गुणधर्मांमुळे मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजच्या तयारीमध्ये अल्कधर्मी परिस्थितीत इथिलीन ऑक्साईडसह सेल्युलोजचे इथरिफिकेशन समाविष्ट असते. ही प्रक्रिया अनेक मुख्य चरणांमध्ये विभागली जाऊ शकते: सेल्युलोज शुद्धीकरण, क्षारीकरण, इथरिफिकेशन, तटस्थीकरण, धुणे आणि कोरडे करणे.

1. सेल्युलोज शुद्धीकरण
हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्याची पहिली पायरी म्हणजे सेल्युलोजचे शुद्धीकरण, सामान्यत: लाकडाच्या लगद्यापासून किंवा कापसाच्या लिंटरमधून मिळवले जाते. कच्च्या सेल्युलोजमध्ये लिग्निन, हेमिसेल्युलोज आणि इतर अर्क यासारख्या अशुद्धता असतात ज्या रासायनिक बदलासाठी योग्य उच्च-शुद्धता सेल्युलोज मिळविण्यासाठी काढून टाकल्या पाहिजेत.

गुंतलेली पावले:

यांत्रिक प्रक्रिया: कच्च्या सेल्युलोजचा आकार कमी करण्यासाठी आणि पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवण्यासाठी यांत्रिक पद्धतीने प्रक्रिया केली जाते, त्यानंतरच्या रासायनिक उपचारांची सोय होते.
रासायनिक उपचार: सेल्युलोजवर लिग्निन आणि हेमिसेल्युलोज तोडण्यासाठी सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) आणि सोडियम सल्फाइट (Na2SO3) सारख्या रसायनांनी प्रक्रिया केली जाते, त्यानंतर अवशिष्ट अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी आणि पांढरा, तंतुमय सेल्युलोज मिळविण्यासाठी धुणे आणि ब्लीचिंग केले जाते.

2. क्षारीकरण
शुद्ध केलेले सेल्युलोज नंतर इथरिफिकेशन अभिक्रियासाठी सक्रिय करण्यासाठी क्षारीय केले जाते. यामध्ये सोडियम हायड्रॉक्साईडच्या जलीय द्रावणाने सेल्युलोजवर उपचार करणे समाविष्ट आहे.

प्रतिक्रिया:
सेल्युलोज+NaOH→अल्कली सेल्युलोज

प्रक्रिया:

सेल्युलोज पाण्यात निलंबित केले जाते आणि सोडियम हायड्रॉक्साईड द्रावण जोडले जाते. NaOH ची एकाग्रता सामान्यत: 10-30% पर्यंत असते आणि प्रतिक्रिया 20-40°C दरम्यान तापमानात केली जाते.
क्षाराचे एकसमान शोषण सुनिश्चित करण्यासाठी मिश्रण ढवळले जाते, ज्यामुळे अल्कली सेल्युलोज तयार होते. हे मध्यवर्ती इथिलीन ऑक्साईडच्या दिशेने अधिक प्रतिक्रियाशील आहे, इथरिफिकेशन प्रक्रिया सुलभ करते.

3. इथरिफिकेशन
हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्याचा मुख्य टप्पा म्हणजे इथिलीन ऑक्साईडसह अल्कली सेल्युलोजचे इथरिफिकेशन. ही प्रतिक्रिया सेल्युलोज पाठीच्या कणामध्ये हायड्रॉक्सीथिल गट (-CH2CH2OH) आणते, ज्यामुळे ते पाण्यात विरघळते.

प्रतिक्रिया:
अल्कली सेल्युलोज+इथिलीन ऑक्साईड→हायड्रोक्सीथिल सेल्युलोज+NaOH

प्रक्रिया:

इथिलीन ऑक्साइड अल्कली सेल्युलोजमध्ये जोडला जातो, एकतर बॅचमध्ये किंवा सतत प्रक्रियेत. प्रतिक्रिया सामान्यत: ऑटोक्लेव्ह किंवा दाब अणुभट्टीमध्ये आयोजित केली जाते.
हायड्रॉक्सीथिल गटांच्या इष्टतम प्रतिस्थापनाची खात्री करण्यासाठी तापमान (50-100°C) आणि दाब (1-5 atm) यासह प्रतिक्रिया परिस्थिती काळजीपूर्वक नियंत्रित केल्या जातात. प्रतिस्थापन पदवी (DS) आणि मोलर प्रतिस्थापन (MS) हे गंभीर घटक आहेत जे अंतिम उत्पादनाच्या गुणधर्मांवर प्रभाव टाकतात.

4. तटस्थीकरण
इथरिफिकेशन प्रतिक्रियेनंतर, मिश्रणात हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज आणि अवशिष्ट सोडियम हायड्रॉक्साईड असते. पुढील पायरी म्हणजे तटस्थीकरण, जिथे जास्तीचे अल्कली ऍसिड, विशेषत: ऍसिटिक ऍसिड (CH3COOH) किंवा हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl) वापरून तटस्थ केले जाते.

प्रतिक्रिया:NaOH+HCl→NaCl+H2O

प्रक्रिया:

जास्त उष्णता टाळण्यासाठी आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजचा ऱ्हास टाळण्यासाठी नियंत्रित परिस्थितींमध्ये प्रतिक्रिया मिश्रणात आम्ल हळूहळू जोडले जाते.
तटस्थ मिश्रण नंतर इच्छित श्रेणीमध्ये आहे याची खात्री करण्यासाठी pH समायोजन केले जाते, विशेषत: तटस्थ pH (6-8) च्या आसपास.
5. धुणे
तटस्थीकरणानंतर, क्षार आणि इतर उप-उत्पादने काढून टाकण्यासाठी उत्पादन धुणे आवश्यक आहे. शुद्ध हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज मिळविण्यासाठी ही पायरी महत्त्वाची आहे.

प्रक्रिया:

प्रतिक्रिया मिश्रण पाण्याने पातळ केले जाते आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज फिल्टरेशन किंवा सेंट्रीफ्यूगेशनद्वारे वेगळे केले जाते.
वेगळे केलेले हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज अवशिष्ट क्षार आणि अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी डीआयोनाइज्ड पाण्याने वारंवार धुतले जाते. वॉशिंगचे पाणी निर्दिष्ट चालकतेपर्यंत पोहोचेपर्यंत धुण्याची प्रक्रिया चालू राहते, जे विरघळणारी अशुद्धता काढून टाकण्याचे संकेत देते.
6. वाळवणे
हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्याचा अंतिम टप्पा कोरडे आहे. ही पायरी जास्तीचे पाणी काढून टाकते, विविध वापरासाठी योग्य कोरडे, चूर्ण उत्पादन देते.

प्रक्रिया:

धुतलेले हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज ड्रायिंग ट्रेवर पसरवले जाते किंवा कोरड्या बोगद्याद्वारे पोचवले जाते. थर्मल डिग्रेडेशन टाळण्यासाठी कोरडे तापमान काळजीपूर्वक नियंत्रित केले जाते, सामान्यत: 50-80 डिग्री सेल्सियस पर्यंत.
वैकल्पिकरित्या, जलद आणि कार्यक्षम कोरडे करण्यासाठी फवारणी सुकणे वापरली जाऊ शकते. स्प्रे कोरडे करताना, जलीय हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज द्रावण सूक्ष्म थेंबांमध्ये अणूकरण केले जाते आणि गरम हवेच्या प्रवाहात वाळवले जाते, परिणामी एक बारीक पावडर बनते.
वाळलेल्या उत्पादनाला इच्छित कण आकारात दळणे आणि साठवण आणि वितरणासाठी पॅक केले जाते.
गुणवत्ता नियंत्रण आणि अनुप्रयोग
संपूर्ण तयारी प्रक्रियेदरम्यान, हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजची सुसंगतता आणि गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी कठोर गुणवत्ता नियंत्रण उपाय लागू केले जातात. स्निग्धता, प्रतिस्थापनाची डिग्री, आर्द्रता सामग्री आणि कण आकार यासारख्या प्रमुख मापदंडांचे नियमितपणे परीक्षण केले जाते.

अर्ज:

फार्मास्युटिकल्स: गोळ्या, निलंबन आणि मलमांसारख्या फॉर्म्युलेशनमध्ये घट्ट करणारे एजंट, बाईंडर आणि स्टॅबिलायझर म्हणून वापरले जाते.
सौंदर्यप्रसाधने: क्रीम, लोशन आणि शैम्पू सारख्या उत्पादनांना चिकटपणा आणि पोत प्रदान करते.
पेंट्स आणि कोटिंग्स: जाडसर आणि रिओलॉजी मॉडिफायर म्हणून काम करते, पेंट्सचे ऍप्लिकेशन गुणधर्म आणि स्थिरता सुधारते.
अन्न उद्योग: विविध अन्न उत्पादनांमध्ये जाडसर, स्टेबलायझर आणि इमल्सीफायर म्हणून कार्य करते.

हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजच्या तयारीमध्ये हायड्रॉक्सीथिल गटांचा परिचय करून देण्यासाठी सेल्युलोजमध्ये बदल करण्याच्या उद्देशाने परिभाषित केलेल्या रासायनिक आणि यांत्रिक प्रक्रियेची मालिका समाविष्ट असते. सेल्युलोज शुद्धीकरणापासून ते कोरडे होण्यापर्यंतची प्रत्येक पायरी, अंतिम उत्पादनाची गुणवत्ता आणि कार्यक्षमता निश्चित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे. हायड्रोक्सिथिल सेल्युलोजचे बहुमुखी गुणधर्म हे असंख्य उद्योगांमध्ये एक अमूल्य घटक बनवतात, विविध अनुप्रयोगांच्या विशिष्ट आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी अचूक उत्पादन पद्धतींचे महत्त्व अधोरेखित करतात.