تحضير هيدروكسي إيثيل السليلوز

الهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) هو بوليمر غير متكبر ، غير قابل للذوبان في الماء مشتق من السليلوز ، وهو بوليمر طبيعي موجود في جدران الخلية من النباتات. يستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات ، بما في ذلك الأدوية ومستحضرات التجميل والدهانات والمواد اللاصقة ، بسبب خصائصها الممتازة ، وتشكيل الأفلام ، والريولوجية. يتضمن تحضير السليلوز هيدروكسي إيثيل إثرى السليلوز مع أكسيد الإيثيلين في ظل الظروف القلوية. يمكن تقسيم هذه العملية إلى عدة خطوات رئيسية: تنقية السليلوز ، والقلوية ، والتأثير ، والتحييد ، والغسيل ، والتجفيف.

1. تنقية السليلوز
الخطوة الأولى في تحضير السليلوز هيدروكسي إيثيل هي تنقية السليلوز ، والتي عادة ما يتم الحصول عليها من لب الخشب أو المبيدات القطن. يحتوي السليلوز الخام على شوائب مثل اللجنين ، والهيميسيلولوز ، وغيرها من المستخلصات التي يجب إزالتها للحصول على السليلوز عالي النقاء مناسبة للتعديل الكيميائي.

الخطوات المعنية:

المعالجة الميكانيكية: تتم معالجة السليلوز الخام ميكانيكيا لتقليل حجمها وزيادة مساحة سطحها ، مما يسهل العلاجات الكيميائية اللاحقة.
المعالجة الكيميائية: يتم علاج السليلوز بالمواد الكيميائية مثل هيدروكسيد الصوديوم (NAOH) وكبريتيت الصوديوم (NA2SO3) لكسر اللجنين والهيميسيلوز ، يليه الغسيل والتبييض لإزالة الشوائب المتبقية والحصول على السليلوز الأبيض والليفي.

2. القلوية
ثم يتم تنقيح السليلوز المنقى لتنشيطه لتفاعل الأثير. وهذا ينطوي على علاج السليلوز بمحلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم.

رد فعل:
السليلوز+هيدروكسيد الصوديوم → القلوية السليلوز

إجراء:

يتم تعليق السليلوز في الماء ، ويتم إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم. يتراوح تركيز هيدروكسيد الصوديوم عادة بين 10-30 ٪ ، ويتم إجراء التفاعل في درجات حرارة تتراوح بين 20-40 درجة مئوية.
يتم تحريك الخليط لضمان امتصاص موحد للقلويات ، مما يؤدي إلى تكوين السليلوز القلوي. هذا الوسيط أكثر تفاعلًا مع أكسيد الإيثيلين ، مما يسهل عملية الأثير.

3. الأثير
الخطوة الرئيسية في تحضير السليلوز هيدروكسي إيثيل هي إدراج السليلوز القلوي مع أكسيد الإيثيلين. يقدم هذا التفاعل مجموعات الهيدروكسي إيثيلي (-Ch2Ch2OH) في العمود الفقري السليلوز ، مما يجعله قابلة للذوبان في الماء.

رد فعل:
السليلوز القلوي+أكسيد الإيثيلين → هيدروكسي إيثيل السليلوز+هيه.

إجراء:

يضاف أكسيد الإيثيلين إلى السليلوز القلوي ، إما في دفعة أو عملية مستمرة. يتم إجراء التفاعل عادة في مفاعل أوتوكفة أو ضغط.
يتم التحكم بعناية في ظروف التفاعل ، بما في ذلك درجة الحرارة (50-100 درجة مئوية) والضغط (1-5 ATM) ، لضمان الاستبدال الأمثل لمجموعات الهيدروكسي إيثيل. تعد درجة الاستبدال (DS) والاستبدال المولي (MS) معلمات مهمة تؤثر على خصائص المنتج النهائي.

4. تحييد
بعد تفاعل الأثير ، يحتوي الخليط على السليلوز هيدروكسي إيثيل وهائيات الصوديوم المتبقية. الخطوة التالية هي التحييد ، حيث يتم تحييد القلويات الزائدة باستخدام حمض ، وعادة ما يكون حمض الأسيتيك (CH3COOH) أو حمض الهيدروكلوريك (HCL).

رد الفعل: NaOH+HCl → NaCl+H2O

إجراء:

يضاف الحمض ببطء إلى خليط التفاعل في ظل الظروف التي يتم التحكم فيها لتجنب الحرارة المفرطة ومنع تدهور السليلوز هيدروكسي إيثيل.
ثم يتعرض الخليط المحيط لتعديل الأس الهيدروجيني للتأكد من أنه داخل النطاق المطلوب ، وعادة ما يكون حول درجة الحموضة المحايدة (6-8).
5. الغسيل
بعد التحييد ، يجب غسل المنتج لإزالة الأملاح وغيرها من المنتجات الثانوية. هذه الخطوة أمر بالغ الأهمية للحصول على السليلوز الهيدروكسي إيثيل النقي.

إجراء:

يتم تخفيف خليط التفاعل بالماء ، ويتم فصل السليلوز الهيدروكسي إيثيل عن طريق الترشيح أو الطرد المركزي.
يتم غسل السليلوز الهيدروكسي إيثيل المنفصل مرارًا وتكرارًا بالماء منزوع الأيونات لإزالة الأملاح المتبقية والشوائب. تستمر عملية الغسيل حتى تصل ماء الغسيل إلى توصيل محدد ، مما يشير إلى إزالة الشوائب القابلة للذوبان.
6. التجفيف
الخطوة الأخيرة في تحضير السليلوز هيدروكسي إيثيل هي تجفيف. هذه الخطوة تزيل المياه الزائدة ، مما يؤدي إلى منتج جاف ومسحوق مناسب للتطبيقات المختلفة.

إجراء:

ينتشر السليلوز الهيدروكسي إيثيل المغسول على صواني التجفيف أو نقلها من خلال نفق تجفيف. يتم التحكم في درجة حرارة التجفيف بعناية لتجنب التدهور الحراري ، والتي تتراوح عادة من 50 إلى 80 درجة مئوية.
بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام تجفيف الرش للتجفيف السريع والفعال. في تجفيف الرش ، يتم ذرية محلول السليلوز الهيدروكسي إيثيل المائي في قطرات دقيقة وتجفيفها في مجرى الهواء الساخن ، مما يؤدي إلى مسحوق ناعم.
ثم يتم طحن المنتج المجفف إلى حجم الجسيمات المطلوب ومعبأة للتخزين والتوزيع.
مراقبة الجودة والتطبيقات
خلال عملية التحضير ، يتم تنفيذ تدابير صارمة لمراقبة الجودة لضمان اتساق وجودة السليلوز هيدروكسي إيثيل. تتم مراقبة المعلمات الرئيسية مثل اللزوجة ودرجة الاستبدال ومحتوى الرطوبة وحجم الجسيمات بانتظام.

التطبيقات:

المستحضرات الصيدلانية: تستخدم كعامل سماكة ، موثق ، ومثبت في تركيبات مثل الأجهزة اللوحية والتعليق والمراهم.
مستحضرات التجميل: يوفر اللزوجة والملمس لمنتجات مثل الكريمات والمستحضرات والشامبو.
الدهانات والطلاء: يعمل كمعدل مثخن وعلم الريولوجيا ، مما يحسن خصائص التطبيق واستقرار الدهانات.
صناعة المواد الغذائية: تعمل كمثخن ، مثبت ، ومستحلب في مختلف المنتجات الغذائية.

يتضمن إعداد السليلوز الهيدروكسي إيثيلز سلسلة من العمليات الكيميائية والميكانيكية المحددة جيدًا التي تهدف إلى تعديل السليلوز لإدخال مجموعات الهيدروكسي إيثيلي. كل خطوة ، من تنقية السليلوز إلى التجفيف ، أمر بالغ الأهمية في تحديد جودة ووظائف المنتج النهائي. خصائص هيدروكسي إيثيل السليلوز متعددة الاستخدامات تجعلها مكونًا لا يقدر بثمن في العديد من الصناعات ، مما يبرز أهمية ممارسات التصنيع الدقيقة لتلبية المتطلبات المحددة لتطبيقات مختلفة.