বিক্রিয়াশীল তরল পদার্থের সংশ্লেষণ—(মুক্ত-মূলক ইউভি-নিরাময়যোগ্য তরল পদার্থ)

অ্যাক্রিলেট রিঅ্যাক্টিভ ডাইলুয়েন্ট সংশ্লেষণের পদ্ধতিগুলোর মধ্যে প্রধানত রয়েছে ডাইরেক্ট এস্টারিফিকেশন, ট্রান্সএস্টারিফিকেশন, অ্যাসিড ক্লোরাইড পদ্ধতি, ফেজ-ট্রান্সফার ক্যাটালিসিস এবং অ্যাডিশন এস্টারিফিকেশন। তবে, অধিকাংশই ডাইরেক্ট এস্টারিফিকেশন পদ্ধতির মাধ্যমে উৎপাদিত হয়।

(1) সরাসরি এস্টারিফিকেশন

CH₂=CHCOOH + ROH -অনুঘটক→ CH₂=CHCOOR + H₂O

  সরাসরি এস্টারিফিকেশনের জন্য সাধারণত ব্যবহৃত অনুঘটকগুলোর মধ্যে রয়েছে গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড, পি-টলুইনসালফোনিক অ্যাসিড এবং মিথেনসালফোনিক অ্যাসিড। এস্টারিফিকেশন অনুঘটক হিসেবে গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড ব্যবহার করলে প্রায়শই বিক্রিয়কগুলোর ডিহাইড্রেশন, অক্সিডেশন এবং সেলফ-এস্টারিফিকেশনের মতো পার্শ্ব-বিক্রিয়া ঘটে। এর ফলে বিভিন্ন উপজাত তৈরি হয়, উৎপাদ পরিশোধন ও কাঁচামাল পুনরুদ্ধার জটিল হয়ে পড়ে, পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণ ব্যাহত হয় এবং যন্ত্রপাতির ক্ষয়ের পাশাপাশি উৎপাদের গুণমানও নষ্ট হয়। ফলস্বরূপ, এর বিভিন্ন সুবিধার কারণে বর্তমান শিল্প উৎপাদনে প্রধানত পিটিএসএ (PTSA) ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে রয়েছে স্বল্প মাত্রার প্রয়োজনীয়তা, কম বিক্রিয়া তাপমাত্রা, উচ্চ রূপান্তর হার এবং উন্নত উৎপাদ গুণমান। বিক্রিয়া সম্পন্ন হওয়ার পর, অনুঘটকটিকে উৎপাদ থেকে সহজেই আলাদা করা যায়, যা প্রক্রিয়া কার্যপ্রবাহকে সরল করে তোলে। এস্টারিফিকেশন বিক্রিয়ার সময় উৎপন্ন পানি একটি অ্যাজিওট্রোপিক এনট্রেইনার (ডিহাইড্রেটিং এজেন্ট) ব্যবহার করে অপসারণ করা হয়। সাধারণ এনট্রেইনারগুলোর মধ্যে রয়েছে বেনজিন, টলুইন, জাইলিন, সাইক্লোহেক্সেন এবং এন-হেপ্টেন, যেগুলো বিক্রিয়ার পানির সাথে অ্যাজিওট্রোপ গঠন করে তাকে বহন করে নিয়ে যায়। অ্যালকেনগুলো ব্যয়বহুল এবং অত্যন্ত উদ্বায়ী; জাইলিনের স্ফুটনাঙ্ক উচ্চ; বেনজিনের স্ফুটনাঙ্ক তুলনামূলকভাবে কম এবং উদ্বায়িতা বেশি, যার ফলে এর পুনরুদ্ধার কঠিন হয়ে পড়ে এবং এটি উচ্চ বিষাক্ততা প্রদর্শন করে। তাই, এনট্রেইনার হিসেবে সাধারণত টলুইনকেই বেশি পছন্দ করা হয়। টলুইনের স্ফুটনাঙ্ক ১১০°C এবং পানি-টলুইন অ্যাজিওট্রোপিক স্ফুটনাঙ্ক ৮৪°C; এটি ভ্যাকুয়াম ডিস্টিলেশন সলভেন্ট স্ট্রিপিংয়ের সময় সহজেই ঘনীভূত হয়, যা উচ্চ পুনরুদ্ধার হার, বেনজিনের চেয়ে কম বিষাক্ততা এবং তুলনামূলকভাবে সাশ্রয়ী খরচ নিশ্চিত করে। তবে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে কোটিং, কালি এবং আঠায় বেনজিন-শ্রেণির দ্রাবকের উপর নিয়ন্ত্রক বিধিনিষেধের কারণে অনেক নির্মাতাই টলুইনের ব্যবহার পর্যায়ক্রমে বন্ধ করে দিয়ে অ্যালকেন-ভিত্তিক এন্ট্রেইনার ব্যবহার শুরু করেছে। অ্যাক্রাইলিক অ্যাসিড মনোমারের অকাল পলিমারাইজেশন এবং এর ফলে উৎপন্ন অ্যাক্রিলেট উৎপাদ প্রতিরোধ করার জন্য এস্টারিফিকেশন প্রক্রিয়ার সময় পলিমারাইজেশন ইনহিবিটর প্রয়োগ করতে হয়। সাধারণত ব্যবহৃত ইনহিবিটরগুলোর মধ্যে রয়েছে ফেনোলিক যৌগ (যেমন হাইড্রোকুইনোন [HQ] এবং টারশিয়ারি-বিউটাইলহাইড্রোকুইনোন [TBHQ]), অ্যামিন যৌগ (যেমন ফেনোথিয়াজিন এবং পি-ফেনাইলিনডায়ামিন), এবং কপার কোঅর্ডিনেশন কমপ্লেক্স (যেমন কপার ডাইমিথাইলডাইইথাইলডাইথিওকার্বামেট এবং কপার ডাইবিউটাইল ডাইথিওকার্বামেট), যেগুলো এককভাবে অথবা একটি মিশ্রিত ফর্মুলেশন হিসেবে প্রয়োগ করা হয়। উচ্চতর অ্যালকাইল অ্যাক্রিলেটের জন্য, মেল্ট এস্টারিফিকেশন পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিতে এন্ট্রেইনারের প্রয়োজন হয় না এবং অনুঘটক ও ইনহিবিটরের প্রয়োজনীয় মাত্রা হ্রাস পায়। ১১০–১২০°C তাপমাত্রায় রিফ্লাক্স বিক্রিয়ার পর ডিহাইড্রেশন করা হয় এবং সবশেষে ভ্যাকুয়াম ডিস্টিলেশনের মাধ্যমে অবিক্রিয় অ্যাক্রাইলিক অ্যাসিড ও অবশিষ্ট পানি অপসারণ করা হয়, যার ফলে উচ্চ বিশুদ্ধতা ও উচ্চ ফলনসহ উচ্চতর অ্যালকাইল অ্যাক্রিলেট পাওয়া যায়।

(2) ট্রান্সএস্টারিফিকেশন

CH₂=CHCOOCH₃ + ROH → CH₂=CHCOOR + CH₃OH

  ট্রান্সএস্টারিফিকেশনের মাধ্যমে উচ্চতর অ্যালকাইল অ্যাক্রিলেট বা কার্যকরী অ্যাক্রিলেট প্রস্তুত করার সময়, নিম্নতর অ্যালকাইল এস্টারের প্রারম্ভিক উপাদান হিসেবে সাধারণত মিথাইল অ্যাক্রিলেট বেছে নেওয়া হয়। এর নিম্ন স্ফুটনাঙ্কের (৮০°সে.) কারণে, এস্টারিফিকেশন প্রক্রিয়াটি নিম্ন তাপমাত্রায় সম্পন্ন করতে হয়, যা বিক্রিয়ার সময়কে দীর্ঘায়িত করে। উপরন্তু, উপজাত মিথানল মিথাইল অ্যাক্রিলেটের (স্ফুটনাঙ্ক ৬২–৬৩°সে.) সাথে একটি অ্যাজিওট্রোপ গঠন করে, যা বিক্রিয়ক মিথাইল অ্যাক্রিলেটকে অপসারিত করে এবং ফলস্বরূপ কাঙ্ক্ষিত উচ্চতর এস্টারের উৎপাদন কমিয়ে দেয়। মিথাইল অ্যাক্রিলেট এবং উচ্চতর অ্যাক্রিলেটসমূহ কোপলিমারাইজেশন ও হোমোপলিমারাইজেশনের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল, যা উচ্চতর অ্যাক্রিলেটসমূহের উৎপাদন আরও কমিয়ে দেয়; ফলে, প্রায়শই ইনহিবিটরের বর্ধিত মাত্রা প্রয়োজন হয়। ব্যয় বিবেচনা এবং পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের জটিলতার কারণে, উচ্চতর অ্যালকাইল অ্যাক্রিলেট ও ​​কার্যকরী অ্যাক্রিলেট সংশ্লেষণের জন্য এই পদ্ধতিটি এখন আর বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত হয় না।

(3) অ্যাসিড ক্লোরাইড পদ্ধতি

CH₂=CHCOOH + SOCl₂ → CH₂=CHCOCl + HCl + CO₂

CH₂=CHCOCl + ROH → CH₂=CHCOOR + HCl

  এই পদ্ধতিতে প্রথমে অ্যাক্রাইলিক অ্যাসিডের সাথে থায়োনিল ক্লোরাইডের বিক্রিয়া ঘটিয়ে অ্যাক্রিলয়ল ক্লোরাইড সংশ্লেষণ করা হয়, যা পরবর্তীতে একটি অ্যালকোহলের সাথে এস্টারিফিকেশন বিক্রিয়ায় অংশ নেয়। এতে কোনো অনুঘটক বা এনট্রেইনারের প্রয়োজন হয় না। যেহেতু বিক্রিয়াটি কম তাপমাত্রায় সম্পন্ন হয়, তাই পলিমারাইজেশন ইনহিবিটর যোগ করার প্রয়োজনও এড়ানো যায়। এস্টারিফিকেশন প্রক্রিয়াটি প্রায় পরিমাণগতভাবে সম্পন্ন হয় এবং এর ফলে উৎপাদিত পণ্যের বিশুদ্ধতা অসাধারণ হয়। তবে, এটি একটি দুই-ধাপের প্রক্রিয়া এবং এর উৎপাদন খরচ অনেক বেশি। এই বিক্রিয়ায় প্রচুর পরিমাণে HCl এবং SO₂ গ্যাস উৎপন্ন হয়, যার জন্য লঘু ক্ষারীয় দ্রবণ এবং শোষণের জন্য জলসহ বহু-স্তরীয় স্ক্রাবিং সিস্টেমের প্রয়োজন হয়।

(4) দশা-স্থানান্তর অনুঘটক (PTC)

2CH₂=CH₃|C-COOH + Na₂CO₃ → 2CH₂=CH₃|C-COONa + CO₂ + H₂O

CH₂=CH₃|C-COONa + ClCH₂-CH₂O → CH₂=CH₃|C-COOCH₂-CH₂O + NaCl

  সোডিয়াম মেথাক্রিলেট কঠিন অবস্থায় থাকে, অপরদিকে এপিক্লোরোহাইড্রিন একটি তরল পদার্থ। অনুঘটকের অনুপস্থিতিতে এদের মধ্যে বিক্রিয়া অত্যন্ত ধীরগতিসম্পন্ন হয়, যার জন্য একটি ফেজ-ট্রান্সফার ক্যাটালিস্ট (PTC) ব্যবহার করা আবশ্যক। উপযুক্ত ফেজ-ট্রান্সফার ক্যাটালিস্টগুলোর মধ্যে রয়েছে কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম সল্ট, কোয়াটারনারি ফসফোনিয়াম সল্ট এবং ক্রাউন ইথার। কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম সল্টগুলোই সবচেয়ে বেশি প্রচলিত, যেমন সেটিলট্রাইমিথাইলঅ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড (CTAC), বেনজাইলট্রাইমিথাইলঅ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড (BTMAC) এবং টেট্রামিথাইলঅ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড (TMAC)। বিক্রিয়া ব্যবস্থায় আর্দ্রতার উপস্থিতি পার্শ্ব-বিক্রিয়াকে উদ্দীপ্ত করে; তাই, সর্বোচ্চ ফলন নিশ্চিত করতে কাঁচামাল এবং বিক্রিয়া ব্যবস্থা উভয়কেই কঠোরভাবে অনার্দ্র ও শুষ্ক রাখতে হবে।

(5) সংযোজন এস্টারিফিকেশন

CH₂=R₁|C-COOH + CH₂-CH₂O-R₂ → CH₂=R₁|C-COO-CH₂-OH|CH₂-R₂

  অনুঘটকের উপস্থিতিতে (মিথ)অ্যাক্রাইলিক অ্যাসিডে সরাসরি ইথিলিন অক্সাইড বা প্রোপিলিন অক্সাইড যোগ করার মাধ্যমে একটি বলয়-উন্মোচন সংযোজন এস্টারিফিকেশন ঘটে, যার ফলে হাইড্রোক্সি (মিথ)অ্যাক্রিলেট (যেমন HEA, HEMA, HPA, বা HPMA) সংশ্লেষিত হয়।