Priprema hidroksietil celuloze

Hidroksietil celuloza (HEC) je ne-jonski polimer koji raduje vodu izveden iz celuloze, prirodnog polimera koji se nalazi u ćelijskim zidovima biljaka. Široko se koristi u raznim industrijama, uključujući farmaceutske, kozmetike, boje i ljepila, zbog odličnog zadebljanja, formiranja filmova i reoloških svojstava. Priprema hidroksietil celuloze uključuje etiletiranje celuloze sa etilen oksidom pod alkalnim uvjetima. Ovaj se proces može razbiti u nekoliko ključnih koraka: celulozni pročišćavanje, alkalizacija, eterifikacija, neutralizacija, pranje i sušenje.

1. Celulozni pročišćavanje
Prvi korak u pripremi hidroksietil celuloze je pročišćavanje celuloze, obično se vrši iz drvene celuloze ili pamučne konterije. Sirova celuloza sadrži nečistoće poput lignina, hemiceluloze i drugih ekstraktiva koji se moraju ukloniti kako bi se dobila celuloza visoke čistoće pogodne za hemijsku modifikaciju.

Uključeni koraci:

Mehanička obrada: Sirova celuloza se mehanički obrađuje kako bi se smanjila veličina i povećala površinu, olakšavanje naknadnih hemijskih tretmana.
Hemijsko tretman: celuloza se tretira hemikalijama kao što su natrijum hidroksid (NAOH) i natrijum sulfite (NA2SO3) za razbijanje lignina i hemiceluloze, nakon čega slijedi pranje i izbjeljivanjem za uklanjanje ostataka i dobivanja bijele, vlaknastotne celuloze.

2. Alkalizacija
Pročišćena celuloza je zatim alkalizirana da bi ga aktivirala za reakciju eterifikacije. To uključuje tretiranje celuloze vodenim otopinom natrijum hidroksida.

Reakcija:
Celuloza + naoh → alkalni celuloza

Postupak:

Celuloza se suspendira u vodi, a natrijum hidroksidni otopin se dodaje. Koncentracija NaOH obično se kreće od 10-30%, a reakcija se vrši na temperaturama između 20-40 ° C.
Smjesa se miješa kako bi se osigurala ujednačena apsorpcija alkalije, što dovodi do formiranja alkalne celuloze. Ovaj posrednik je reaktivniji prema etilen oksidu, olakšavajući proces eterifikacije.

3. Etherifikacija
Ključni korak u pripremi hidroksietil celuloze je etifikacija alkalne celuloze sa etilen oksidom. Ova reakcija uvodi hidroksietil grupe (-ch2ch2oh) u celulozni okosnicu, čineći je topivom u vodi.

Reakcija:
Alkali celuloza + etilen oksid → hidroksietil celuloza + naoh

Postupak:

Etilen oksid se dodaje u celulozu Alkali, bilo u serijskom ili kontinuiranom procesu. Reakcija se obično vrši u autoklav ili reaktoru pritiska.
Uvjeti reakcija, uključujući temperaturu (50-100 ° C) i pritisak (1-5 bankomata), pažljivo se kontroliraju kako bi se osigurala optimalna zamjena hidroksil grupa. Stupanj zamjene (DS) i molarni supstitucija (MS) su kritični parametri koji utječu na svojstva konačnog proizvoda.

4. Neutralizacija
Nakon reakcije etiketiranja, smjesa sadrži hidroksietil celulozu i zaostali natrijum hidroksid. Sljedeći korak je neutralizacija, gdje se višak alkalija neutralizira pomoću kiseline, tipično sirtetne kiseline (CH3cooh) ili hloroklorone kiseline (HCL).

Reakcija: NAOH + HCL → NACL + H2O

Postupak:

Kiselina se polako dodaje u reakcijsku smjesu pod kontroliranim uvjetima kako bi se izbjeglo pretjerano toplina i spriječiti degradaciju hidroksilil celuloze.
Neutralizirana smjesa je potom podvrgnuta podešavanjem pH kako bi se osiguralo da je unutar željenog raspona, obično oko neutralnog pH (6-8).
5. Pranje
Nakon neutralizacije, proizvod se mora ispraniti za uklanjanje soli i drugih nusproizvoda. Ovaj korak je ključan za dobivanje čiste hidroksietil celuloze.

Postupak:

Reakcijska smjesa razblažena je vodom, a hidroksietil celuloza odvojena je filtracijom ili centrifugijom.
Odvojena hidroksietil celuloza više puta se pere s deioniziranom vodom za uklanjanje preostalih soli i nečistoća. Proces pranja se nastavlja sve dok voda za pranje ne dosegne određenu provodljivost, što ukazuje na uklanjanje topljivih nečistoća.
6. Sušenje
Završni korak u pripremi hidroksietil celuloze se suši. Ovaj korak uklanja višak vode, prinoseći suhu, u prahu u prahu pogodnom za razne aplikacije.

Postupak:

Opranu hidroksietil celulozu se širi za sušenje ladica ili prenose se kroz tunel za sušenje. Temperatura sušenja pažljivo se kontrolira kako bi se izbjegla termička degradacija, obično se u rasponu od 50-80 ° C.
Alternativno, sušenje prskanja može se koristiti za brzo i efikasno sušenje. U sušenju u spreju, otopina vodovodne hidroksietil celuloze je atomizirana u fine kapljice i sušena u toku vrućeg zraka, što rezultira finim prahom.
Osušeni proizvod se zatim mljeva u željenu veličinu čestica i pakira se za skladištenje i distribuciju.
Kontrola i aplikacije za kvalitet
Kroz proces pripreme implementiraju se stroge mjere kontrole kvalitete kako bi se osigurala dosljednost i kvalitet hidroksietil celuloze. Ključni parametri kao što su viskoznost, stepen zamjene, sadržaj vlage i veličine čestica se redovno prate.

Primjene:

Farmaceutici: Koristi se kao sredstvo za zgušnjavanje, vezivo i stabilizator u formulacijama poput tableta, suspenzija i masti.
Kozmetika: pruža viskoznost i teksturu proizvodima poput kreme, losiona i šampona.
Boje i premazi: djeluje kao modifikator zgušnjivača i reologije, poboljšavajući svojstva aplikacije i stabilnost boja.
Prehrambena industrija: Funkcije kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator u raznim prehrambenim proizvodima.

Priprema hidroksietil celuloze uključuje niz dobro definiranih hemijskih i mehaničkih procesa usmjerenih na izmjenu celuloze za uvođenje hidroksietil grupa. Svaki korak, od celulozne pročišćavanja na sušenje, ključan je u određivanju kvalitete i funkcionalnosti konačnog proizvoda. Svestrana svojstva hidroksietil celuloze čine neprocjenjivim sastojkom u brojnim industrijama, ističući važnost preciznih proizvodnih praksi kako bi se zadovoljile specifične zahtjeve različitih aplikacija.