عملية إنتاج وأداء هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)

أولا: المقدمة

هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) هو بوليمر غير أيوني قابل للذوبان في الماء، ويُستخدم على نطاق واسع في استخلاص النفط، والطلاء، والبناء، والمواد الكيميائية اليومية، وصناعة الورق، وغيرها من المجالات. يُحصل على HEC عن طريق التعديل الكيميائي للسليلوز، وتعتمد خصائصه واستخداماته بشكل رئيسي على بدائل هيدروكسي إيثيل في جزيئات السليلوز.

II. عملية الإنتاج

تشمل عملية إنتاج HEC بشكل رئيسي الخطوات التالية: إيثر السليلوز، والغسل، والتجفيف، والطحن. فيما يلي مقدمة مفصلة لكل خطوة:

إيثر السليلوز

يُعالَج السليلوز أولًا بالقلويات لتكوين السليلوز القلوي (السليلوز القلوي). تُجرى هذه العملية عادةً في مفاعل، باستخدام محلول هيدروكسيد الصوديوم لمعالجة السليلوز الطبيعي لتكوين السليلوز القلوي. يكون التفاعل الكيميائي كما يلي:

خلية-OH+NaOH←خلية-O-Na+H2Oخلية-OH+NaOH←خلية-O-Na+H2O

بعد ذلك، يتفاعل السليلوز القلوي مع أكسيد الإيثيلين لتكوين هيدروكسي إيثيل السليلوز. يُجرى التفاعل تحت ضغط عالٍ، عادةً ما بين 30 و100 درجة مئوية، ويكون التفاعل المحدد كما يلي:

خلية-O-Na+CH2CH2O → خلية-O-CH2CH2OHخلية-O-Na+CH 2CH 2O → خلية-O-CH 2CH 2OH

يتطلب هذا التفاعل التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط وكمية أكسيد الإيثيلين المضافة لضمان تجانس وجودة المنتج.

غسل

عادةً ما يحتوي هيدروكسيد الصوديوم الخام الناتج على قلويات غير متفاعلة، وأكسيد إيثيلين، ومنتجات ثانوية أخرى، والتي يجب إزالتها بغسلات مائية متعددة أو بمذيبات عضوية. تتطلب عملية الغسل بالماء كمية كبيرة من الماء، ويجب معالجة مياه الصرف الناتجة وتصريفها.

جفاف

يجب تجفيف HEC الرطب بعد الغسيل، عادةً عن طريق الترشيح بالتفريغ أو الفصل بالطرد المركزي لتقليل محتوى الرطوبة.

تجفيف

يُجفف كربونات الكالسيوم المجففة عادةً بالرش أو التجفيف السريع. يجب التحكم بدقة في درجة الحرارة والوقت أثناء عملية التجفيف لتجنب التحلل أو التكتل بسبب درجات الحرارة العالية.

طحن

يجب طحن كتلة HEC المجففة وغربلتها لتحقيق توزيع موحد لحجم الجسيمات، وأخيرًا تشكيل مسحوق أو منتج حبيبي.

ثالثًا. خصائص الأداء

الذوبان في الماء

يتميز مركب HEC بذوبان جيد في الماء، ويذوب بسرعة في الماء البارد والساخن، مكونًا محلولًا شفافًا أو شبه شفاف. هذه الخاصية الذوبانية تجعله يُستخدم على نطاق واسع كمكثف ومثبت في الطلاءات والمنتجات الكيميائية اليومية.

سماكة

يُظهر HEC تأثيرًا قويًا في التكثيف في المحاليل المائية، وتزداد لزوجته مع زيادة الوزن الجزيئي. تُمكّنه هذه الخاصية من التكثيف، والاحتفاظ بالماء، وتحسين أداء البناء في الطلاءات المائية وملاط البناء.

علم الروماتيزم

يتميز محلول HEC المائي بخصائص ريولوجية فريدة، وتتغير لزوجته بتغير معدل القص، مما يُظهر ترققًا أو شبه لدونة. تُمكّنه هذه الخاصية الريولوجية من تعديل السيولة والأداء البنائي في الطلاءات وسوائل حفر حقول النفط.

الاستحلاب والتعليق

يتميز HEC بخصائص استحلاب وتعليق ممتازة، مما يُثبّت الجسيمات أو القطرات العالقة في نظام التشتيت، مما يمنع التكتل والترسيب. لذلك، يُستخدم HEC بكثرة في منتجات مثل طلاءات المستحلبات ومعلقات الأدوية.

قابلية التحلل البيولوجي

HEC هو مشتق طبيعي من السليلوز يتمتع بقدرة جيدة على التحلل البيولوجي، ولا يسبب تلوثًا للبيئة، ويلبي متطلبات حماية البيئة الخضراء.

رابعًا: مجالات التطبيق

الطلاءات

في الطلاءات القائمة على الماء، يتم استخدام HEC كمكثف ومثبت لتحسين السيولة وأداء البناء وخصائص مقاومة الترهل للطلاءات.

بناء

في مواد البناء، يتم استخدام HEC في مسحوق الملاط والمعجون الأسمنتي لتحسين أداء البناء والاحتفاظ بالمياه.

المواد الكيميائية اليومية

في المنظفات والشامبو ومعجون الأسنان، يتم استخدام HEC كمكثف ومثبت لتحسين ملمس المنتج واستقراره. 

حقول النفط

في سوائل الحفر والتكسير في حقول النفط، يتم استخدام HEC لضبط خصائص الروماتيزم والتعليق لسوائل الحفر وتحسين كفاءة الحفر وسلامته.

صناعة الورق

في عملية صناعة الورق، يتم استخدام HEC للتحكم في سيولة اللب وتحسين تجانس وخصائص سطح الورق.

يُستخدم هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية بفضل قابليته الممتازة للذوبان في الماء، وكثافته، وخواصه الريولوجية، وخواصه الاستحلابية والتعليقية، بالإضافة إلى قابليته العالية للتحلل البيولوجي. عملية إنتاجه متطورة نسبيًا. ومن خلال خطوات إيثر السليلوز، والغسل، والتجفيف، والطحن، يمكن تحضير منتجات HEC ذات أداء مستقر وجودة عالية. ومع تحسين متطلبات حماية البيئة والتقدم التكنولوجي، ستتوسع آفاق استخدام HEC مستقبلًا.