हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजची तयारी

हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज (HEC) हा एक नॉन-आयनिक, पाण्यात विरघळणारा पॉलिमर आहे जो वनस्पतींच्या पेशींच्या भिंतींमध्ये आढळणाऱ्या सेल्युलोजपासून बनवला जातो. त्याच्या उत्कृष्ट जाडपणा, फिल्म-फॉर्मिंग आणि रिओलॉजिकल गुणधर्मांमुळे, औषधनिर्माण, सौंदर्यप्रसाधने, रंग आणि चिकटवता यासह विविध उद्योगांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्यात अल्कधर्मी परिस्थितीत इथिलीन ऑक्साईडसह सेल्युलोजचे इथरिफिकेशन समाविष्ट असते. ही प्रक्रिया अनेक प्रमुख चरणांमध्ये विभागली जाऊ शकते: सेल्युलोज शुद्धीकरण, क्षारीकरण, इथरिफिकेशन, तटस्थीकरण, धुणे आणि कोरडे करणे.

१. सेल्युलोज शुद्धीकरण
हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्याचे पहिले पाऊल म्हणजे सेल्युलोजचे शुद्धीकरण, जे सामान्यतः लाकडाच्या लगद्यापासून किंवा कापसाच्या लिंटरमधून मिळते. कच्च्या सेल्युलोजमध्ये लिग्निन, हेमिसेल्युलोज आणि इतर अर्क घटक असतात जे रासायनिक बदलासाठी योग्य उच्च-शुद्धता सेल्युलोज मिळविण्यासाठी काढून टाकणे आवश्यक आहे.

समाविष्ट असलेले टप्पे:

यांत्रिक प्रक्रिया: कच्च्या सेल्युलोजवर यांत्रिक प्रक्रिया करून त्याचा आकार कमी केला जातो आणि त्याचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवले ​​जाते, ज्यामुळे त्यानंतरच्या रासायनिक उपचारांना चालना मिळते.
रासायनिक प्रक्रिया: लिग्निन आणि हेमिसेल्युलोजचे विघटन करण्यासाठी सेल्युलोजवर सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) आणि सोडियम सल्फाइट (Na2SO3) सारख्या रसायनांचा वापर केला जातो, त्यानंतर धुऊन ब्लीचिंग करून उर्वरित अशुद्धता काढून टाकली जाते आणि पांढरा, तंतुमय सेल्युलोज मिळतो.

२. क्षारीकरण
शुद्ध केलेल्या सेल्युलोजचे नंतर इथरिफिकेशन अभिक्रियेसाठी सक्रिय करण्यासाठी क्षारीकरण केले जाते. यामध्ये सेल्युलोजवर सोडियम हायड्रॉक्साईडच्या जलीय द्रावणाने प्रक्रिया करणे समाविष्ट आहे.

प्रतिक्रिया:
सेल्युलोज+NaOH→अल्कली सेल्युलोज

प्रक्रिया:

सेल्युलोज पाण्यात लटकवले जाते आणि सोडियम हायड्रॉक्साईड द्रावण जोडले जाते. NaOH ची एकाग्रता सामान्यतः 10-30% पर्यंत असते आणि ही प्रतिक्रिया 20-40°C च्या तापमानात केली जाते.
अल्कलींचे एकसमान शोषण सुनिश्चित करण्यासाठी मिश्रण ढवळले जाते, ज्यामुळे अल्कली सेल्युलोज तयार होतो. हे मध्यवर्ती इथिलीन ऑक्साईडच्या दिशेने अधिक प्रतिक्रियाशील असते, ज्यामुळे इथरिफिकेशन प्रक्रिया सुलभ होते.

३. ईथरिफिकेशन
हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्याचा महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे अल्कली सेल्युलोजचे इथरिफिकेशन म्हणजे इथिलीन ऑक्साईड. ही अभिक्रिया सेल्युलोजच्या पाठीच्या कण्यामध्ये हायड्रॉक्सीथिल गट (-CH2CH2OH) आणते, ज्यामुळे ते पाण्यात विरघळते.

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

प्रक्रिया:

अल्कली सेल्युलोजमध्ये इथिलीन ऑक्साईड जोडला जातो, एकतर बॅच किंवा सतत प्रक्रियेत. ही प्रतिक्रिया सामान्यतः ऑटोक्लेव्ह किंवा प्रेशर रिअॅक्टरमध्ये केली जाते.
हायड्रॉक्सीथिल गटांचे इष्टतम प्रतिस्थापन सुनिश्चित करण्यासाठी तापमान (५०-१००°C) आणि दाब (१-५ atm) यासह प्रतिक्रिया परिस्थिती काळजीपूर्वक नियंत्रित केल्या जातात. प्रतिस्थापनाची डिग्री (DS) आणि मोलर प्रतिस्थापन (MS) हे अंतिम उत्पादनाच्या गुणधर्मांवर प्रभाव पाडणारे महत्त्वाचे मापदंड आहेत.

४. तटस्थीकरण
इथरिफिकेशन अभिक्रियेनंतर, मिश्रणात हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज आणि अवशिष्ट सोडियम हायड्रॉक्साइड असते. पुढची पायरी म्हणजे न्यूट्रलायझेशन, जिथे अतिरिक्त अल्कली आम्ल, सामान्यतः एसिटिक आम्ल (CH3COOH) किंवा हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) वापरून तटस्थ केली जाते.

अभिक्रिया: NaOH+HCl→NaCl+H2O

प्रक्रिया:

जास्त उष्णता टाळण्यासाठी आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजचे क्षय रोखण्यासाठी नियंत्रित परिस्थितीत अभिक्रिया मिश्रणात आम्ल हळूहळू जोडले जाते.
नंतर तटस्थ मिश्रणाचे pH समायोजन केले जाते जेणेकरून ते इच्छित श्रेणीत असेल, सामान्यतः तटस्थ pH (6-8) च्या आसपास.
५. धुणे
तटस्थीकरणानंतर, क्षार आणि इतर उप-उत्पादने काढून टाकण्यासाठी उत्पादन धुवावे लागते. शुद्ध हायड्रॉक्सीइथिल सेल्युलोज मिळविण्यासाठी ही पायरी महत्त्वाची आहे.

प्रक्रिया:

अभिक्रिया मिश्रण पाण्याने पातळ केले जाते आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज गाळण्याची प्रक्रिया किंवा केंद्रापसारक पद्धतीने वेगळे केले जाते.
वेगळे केलेले हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज वारंवार विआयनीकृत पाण्याने धुतले जाते जेणेकरून उर्वरित क्षार आणि अशुद्धता काढून टाकता येतील. धुण्याचे पाणी विशिष्ट चालकता गाठेपर्यंत धुण्याची प्रक्रिया चालू राहते, जी विरघळणाऱ्या अशुद्धता काढून टाकल्याचे दर्शवते.
६. वाळवणे
हायड्रॉक्सीइथिल सेल्युलोज तयार करण्याचा शेवटचा टप्पा म्हणजे वाळवणे. या पायरीमुळे जास्तीचे पाणी काढून टाकले जाते, ज्यामुळे विविध वापरासाठी योग्य कोरडे, पावडर उत्पादन मिळते.

प्रक्रिया:

धुतलेले हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज ड्रायिंग ट्रेवर पसरवले जाते किंवा ड्रायिंग बोगद्यातून वाहून नेले जाते. थर्मल डिग्रेडेशन टाळण्यासाठी वाळवण्याचे तापमान काळजीपूर्वक नियंत्रित केले जाते, सामान्यतः 50-80°C पर्यंत.
पर्यायीरित्या, जलद आणि कार्यक्षमतेने कोरडे करण्यासाठी स्प्रे ड्रायिंगचा वापर केला जाऊ शकतो. स्प्रे ड्रायिंगमध्ये, जलीय हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज द्रावणाचे सूक्ष्म थेंबांमध्ये अणूकरण केले जाते आणि गरम हवेच्या प्रवाहात वाळवले जाते, परिणामी बारीक पावडर तयार होते.
नंतर वाळलेल्या उत्पादनाला इच्छित कण आकारात दळले जाते आणि साठवणूक आणि वितरणासाठी पॅक केले जाते.
गुणवत्ता नियंत्रण आणि अनुप्रयोग
संपूर्ण तयारी प्रक्रियेदरम्यान, हायड्रॉक्सीइथिल सेल्युलोजची सुसंगतता आणि गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी कठोर गुणवत्ता नियंत्रण उपाय अंमलात आणले जातात. चिकटपणा, प्रतिस्थापनाची डिग्री, आर्द्रता आणि कण आकार यासारख्या प्रमुख पॅरामीटर्सचे नियमितपणे निरीक्षण केले जाते.

अर्ज:

औषधे: गोळ्या, सस्पेंशन आणि मलम यांसारख्या फॉर्म्युलेशनमध्ये जाडसर करणारे एजंट, बाईंडर आणि स्टेबलायझर म्हणून वापरले जाते.
सौंदर्यप्रसाधने: क्रीम, लोशन आणि शाम्पू सारख्या उत्पादनांना चिकटपणा आणि पोत प्रदान करते.
रंग आणि कोटिंग्ज: जाडसर आणि रिओलॉजी मॉडिफायर म्हणून काम करते, रंगांच्या अनुप्रयोग गुणधर्मांमध्ये आणि स्थिरतेमध्ये सुधारणा करते.
अन्न उद्योग: विविध अन्न उत्पादनांमध्ये जाडसर, स्थिरीकरणकर्ता आणि इमल्सीफायर म्हणून कार्य करते.

हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार करण्यामध्ये हायड्रॉक्सीथिल गट ओळखण्यासाठी सेल्युलोजमध्ये बदल करण्याच्या उद्देशाने सुस्पष्ट रासायनिक आणि यांत्रिक प्रक्रियांचा समावेश असतो. सेल्युलोज शुद्धीकरणापासून ते कोरडे होण्यापर्यंतचा प्रत्येक टप्पा अंतिम उत्पादनाची गुणवत्ता आणि कार्यक्षमता निश्चित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण असतो. हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजचे बहुमुखी गुणधर्म ते असंख्य उद्योगांमध्ये एक अमूल्य घटक बनवतात, विविध अनुप्रयोगांच्या विशिष्ट आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी अचूक उत्पादन पद्धतींचे महत्त्व अधोरेखित करतात.