হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ কীভাবে প্রস্তুত করা হয়?

হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজহাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপজাত। এর কাঁচামালের প্রাচুর্য, নবায়নযোগ্যতা, জৈব-বিয়োজনযোগ্যতা, অ-বিষাক্ততা, উত্তম জৈব-সামঞ্জস্যতা এবং উচ্চ ফলনের মতো সুবিধার কারণে এর গবেষণা ও প্রয়োগ ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। সান্দ্রতার মান হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কার্যকারিতা সূচক। এই গবেষণাপত্রে, ক্ষারীকরণ এবং ইথারিফিকেশন নামক দ্বি-ধাপ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তরল-দশা সংশ্লেষণ পদ্ধতিতে ৫ × ১০⁴ mPa·s-এর বেশি সান্দ্রতার মান এবং ০.৩%-এর কম ভস্মের মানযুক্ত হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ প্রস্তুত করা হয়েছে।

ক্ষারীকরণ প্রক্রিয়া হলো ক্ষারীয় সেলুলোজ তৈরির প্রক্রিয়া। এই গবেষণাপত্রে দুটি ক্ষারীকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছে। প্রথম পদ্ধতিটি হলো অ্যাসিটোনকে দ্রাবক হিসেবে ব্যবহার করা। সেলুলোজ কাঁচামালকে একটি নির্দিষ্ট ঘনত্বের সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড জলীয় দ্রবণে সরাসরি ক্ষারীয় করা হয়। ক্ষারীয়করণ বিক্রিয়া সম্পন্ন হওয়ার পর, একটি ইথারিফাইং এজেন্ট যোগ করে সরাসরি ইথারিফিকেশন বিক্রিয়া ঘটানো হয়। দ্বিতীয় পদ্ধতিটি হলো, সেলুলোজ কাঁচামালকে সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড ও ইউরিয়ার জলীয় দ্রবণে ক্ষারীয় করা হয় এবং এই পদ্ধতিতে প্রস্তুত ক্ষারীয় সেলুলোজকে ইথারিফিকেশন বিক্রিয়ার আগে অতিরিক্ত ক্ষার অপসারণের জন্য অবশ্যই নিংড়ে নিতে হয়। বিভিন্ন পদ্ধতিতে প্রস্তুত ক্ষারীয় সেলুলোজকে ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন দ্বারা বিশ্লেষণ করা হয়েছে। ইথারিফিকেশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রস্তুতকৃত উৎপাদগুলোর বৈশিষ্ট্য অনুসারে, নির্বাচন পদ্ধতিটি নির্ধারণ করা হয়েছে।

সর্বোত্তম ইথারিফিকেশন সংশ্লেষণ প্রক্রিয়া নির্ধারণের জন্য, প্রথমে ইথারিফিকেশন বিক্রিয়ায় অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট, লাই এবং গ্লেসিয়াল অ্যাসিটিক অ্যাসিডের বিক্রিয়া কৌশল বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। তারপর একক ফ্যাক্টর বিক্রিয়ার পরীক্ষামূলক কর্মসূচি প্রণয়ন করা হয়, প্রস্তুতকৃত হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের কার্যকারিতার উপর সবচেয়ে বেশি প্রভাব ফেলে এমন ফ্যাক্টরগুলো নির্ধারণ করা হয় এবং উৎপাদিত পণ্যের ২% জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতাকে একটি নির্দেশক সূচক হিসেবে ব্যবহার করা হয়। পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, নির্বাচিত ডাইলুয়েন্টের পরিমাণ, যোগ করা ইথিলিন অক্সাইডের পরিমাণ, অ্যালকালাইজেশন সময়, প্রথম বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ও সময় এবং দ্বিতীয় বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ও সময়ের মতো ফ্যাক্টরগুলো পণ্যের কার্যকারিতার উপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে। সাতটি ফ্যাক্টর এবং তিনটি স্তর সহ একটি অর্থোগোনাল পরীক্ষামূলক পরিকল্পনা তৈরি করা হয়েছিল এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে অঙ্কিত প্রভাব বক্ররেখার মাধ্যমে প্রাথমিক ও গৌণ ফ্যাক্টরগুলো এবং প্রতিটি ফ্যাক্টরের প্রভাবের প্রবণতা দৃশ্যত বিশ্লেষণ করা সম্ভব হয়েছিল। উচ্চতর সান্দ্রতার মানসম্পন্ন পণ্য প্রস্তুত করার জন্য একটি অপ্টিমাইজড পরীক্ষামূলক পরিকল্পনা প্রণয়ন করা হয় এবং পরীক্ষামূলক ফলাফলের মাধ্যমে অবশেষে হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ প্রস্তুতের জন্য সর্বোত্তম পরিকল্পনাটি নির্ধারণ করা হয়।

প্রস্তুতকৃত উচ্চ-সান্দ্রতার বৈশিষ্ট্যহাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি, নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স, গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফি, এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন, থার্মোগ্রাভিমেট্রিক-ডিফারেনশিয়াল থার্মাল অ্যানালাইসিস এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্য নিরূপণ পদ্ধতির মাধ্যমে পণ্যের গঠন, প্রতিস্থাপকের সমরূপতা, মোলার প্রতিস্থাপন মাত্রা, স্ফটিকতা, তাপীয় স্থিতিশীলতা ইত্যাদি বিশ্লেষণ ও বৈশিষ্ট্যায়ন করা হয় এবং এর সান্দ্রতা, ছাইয়ের পরিমাণ, আলোক প্রবেশ্যতা, আর্দ্রতার পরিমাণ ইত্যাদি নির্ণয় করা হয়। পরীক্ষা পদ্ধতিগুলো ASTM মানকে অনুসরণ করে।

হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ, সেলুলোজ থেকে উদ্ভূত একটি গুরুত্বপূর্ণ যৌগ, এর প্রচুর কাঁচামালের উৎস, নবায়নযোগ্যতা, জৈব-বিয়োজনযোগ্যতা, বিষমুক্ততা, জৈব-সামঞ্জস্যতা এবং উচ্চ ফলনের কারণে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের সান্দ্রতা এর কার্যকারিতার একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সূচক। প্রস্তুতকৃত হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের সান্দ্রতা 5 × 10⁴ mPa·s-এর উপরে এবং এর ছাইয়ের পরিমাণ 0.3%-এর কম।

এই গবেষণাপত্রে, অ্যালকালাইজেশন এবং ইথারিফিকেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তরল-দশা সংশ্লেষণ পদ্ধতিতে উচ্চ-সান্দ্রতাযুক্ত হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ প্রস্তুত করা হয়েছে। অ্যালকালাইজেশন প্রক্রিয়াটি হলো অ্যালকালি সেলুলোজের প্রস্তুতি। দুটি অ্যালকালাইজেশন পদ্ধতির মধ্যে থেকে একটি বেছে নেওয়া হয়। একটি হলো, সেলুলোজ উপাদানটিকে সরাসরি জলীয় সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণে অ্যাসিটোনকে দ্রাবক হিসেবে ব্যবহার করে অ্যালকালাইজ করা হয় এবং তারপর একটি ইথারিফাইং এজেন্টের সাথে ইথারিফিকেশন বিক্রিয়া ঘটানো হয়। অন্যটি হলো, সেলুলোজ উপাদানটিকে জলীয় সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণ এবং ইউরিয়াতে অ্যালকালাইজ করা হয়। বিক্রিয়ার আগে অ্যালকালি সেলুলোজে থাকা অতিরিক্ত ক্ষার অবশ্যই অপসারণ করতে হবে। এই গবেষণাপত্রে, ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশনের মাধ্যমে বিভিন্ন অ্যালকালি সেলুলোজ নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। অবশেষে, ইথারিফিকেশন উৎপাদের বৈশিষ্ট্য অনুসারে দ্বিতীয় পদ্ধতিটি গ্রহণ করা হয়েছে।

ইথারিফিকেশনের প্রস্তুতির ধাপগুলো নির্ধারণ করার জন্য, খাওয়ার প্রক্রিয়ায় অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট, ক্ষার এবং গ্লেসিয়াল অ্যাসিটিক অ্যাসিডের বিক্রিয়া কৌশল নিয়ে গবেষণা করা হয়েছিল। একক ফ্যাক্টর পরীক্ষার মাধ্যমে হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজের প্রস্তুতিকে প্রভাবিতকারী উপাদানগুলো নির্ধারণ করা হয়েছিল। ২% জলীয় দ্রবণে উৎপাদিত পণ্যের সান্দ্রতার মানের উপর ভিত্তি করে এই সিদ্ধান্ত নেওয়া হয়। পরীক্ষার ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, ডাইলুয়েন্টের পরিমাণ, ইথিলিন অক্সাইডের পরিমাণ, ক্ষারায়নের সময় এবং প্রথম ও দ্বিতীয় পুনঃআর্দ্রকরণের তাপমাত্রা ও সময় পণ্যের কার্যকারিতার উপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে। সর্বোত্তম প্রস্তুতি পদ্ধতি নির্ধারণের জন্য সাতটি ফ্যাক্টর এবং তিনটি স্তরের পদ্ধতি অবলম্বন করা হয়েছিল।

আমরা প্রস্তুতকৃতের বৈশিষ্ট্যগুলো বিশ্লেষণ করিহাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজসান্দ্রতা, ভস্ম, আলোক প্রবেশ্যতা, আর্দ্রতা ইত্যাদি সহ কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য, প্রতিস্থাপকের সমসত্ত্বতা, প্রতিস্থাপন মোলারিটি, স্ফটিকতা এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা ইনফ্রারেড, নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স, গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফি, এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন, ডিএসসি এবং ডিএটি দ্বারা আলোচনা করা হয়েছে এবং পরীক্ষা পদ্ধতি হিসেবে এএসটিএম মান গ্রহণ করা হয়েছে।