Hydroxyethylcelulóza (HEC) je neiontový, ve vodě rozpustný polymer odvozený z celulózy, přírodního polymeru nacházejícího se v buněčných stěnách rostlin. Je široce používán v různých průmyslových odvětvích, včetně farmacie, kosmetiky, barev a lepidel, díky svým vynikajícím zahušťovacím, filmotvorným a reologickým vlastnostem. Příprava hydroxyethylcelulózy zahrnuje etherifikaci celulózy ethylenoxidem za alkalických podmínek. Tento proces lze rozdělit do několika klíčových kroků: čištění celulózy, alkalizace, etherifikace, neutralizace, praní a sušení.
1. Čištění celulózy
Prvním krokem při přípravě hydroxyethylcelulózy je čištění celulózy, typicky získávané z buničiny nebo bavlny. Surová celulóza obsahuje nečistoty, jako je lignin, hemicelulóza a další extrakční látky, které musí být odstraněny, aby se získala vysoce čistá celulóza vhodná pro chemickou modifikaci.
Potřebné kroky:
Mechanické zpracování: Surová celulóza je mechanicky zpracována, aby se zmenšila její velikost a zvětšil její povrch, což usnadňuje následné chemické úpravy.
Chemické ošetření: Celulóza je ošetřena chemikáliemi, jako je hydroxid sodný (NaOH) a siřičitan sodný (Na2SO3), aby se rozložil lignin a hemicelulóza, následuje praní a bělení, aby se odstranily zbytky nečistot a získala se bílá vláknitá celulóza.
2. Alkalizace
Vyčištěná celulóza se poté alkalizuje, aby se aktivovala pro etherifikační reakci. To zahrnuje ošetření celulózy vodným roztokem hydroxidu sodného.
Reakce:
Celulóza+NaOH→Alkalická celulóza
Postup:
Celulosa se suspenduje ve vodě a přidá se roztok hydroxidu sodného. Koncentrace NaOH se typicky pohybuje od 10-30 % a reakce se provádí při teplotách mezi 20-40 °C.
Směs se míchá, aby se zajistila rovnoměrná absorpce alkálie, což vede k tvorbě alkalické celulózy. Tento meziprodukt je reaktivnější vůči ethylenoxidu, což usnadňuje proces etherifikace.
3. Etherifikace
Klíčovým krokem při přípravě hydroxyethylcelulózy je etherifikace alkalické celulózy ethylenoxidem. Tato reakce zavádí hydroxyethylové skupiny (-CH2CH2OH) do celulózového hlavního řetězce, čímž se stává rozpustným ve vodě.
Reakce:
Alkalická celulóza+Ethylenoxid→Hydroxyethylcelulóza+NaOH
Postup:
Ethylenoxid se přidává k alkalické celulóze buď vsádkovým nebo kontinuálním způsobem. Reakce se typicky provádí v autoklávu nebo tlakovém reaktoru.
Reakční podmínky, včetně teploty (50-100 °C) a tlaku (1-5 atm), jsou pečlivě kontrolovány, aby byla zajištěna optimální substituce hydroxyethylových skupin. Stupeň substituce (DS) a molární substituce (MS) jsou kritické parametry, které ovlivňují vlastnosti konečného produktu.
4. Neutralizace
Po etherifikační reakci obsahuje směs hydroxyethylcelulózu a zbytkový hydroxid sodný. Dalším krokem je neutralizace, kde se přebytek alkálie neutralizuje pomocí kyseliny, typicky kyseliny octové (CH3COOH) nebo kyseliny chlorovodíkové (HCl).
Reakce:NaOH+HCl→NaCl+H2O
Postup:
Kyselina se pomalu přidává do reakční směsi za kontrolovaných podmínek, aby se zabránilo nadměrnému teplu a zabránilo se degradaci hydroxyethylcelulózy.
Neutralizovaná směs se pak podrobí úpravě pH, aby se zajistilo, že je v požadovaném rozmezí, typicky kolem neutrálního pH (6-8).
5. Praní
Po neutralizaci je nutné produkt omýt, aby se odstranily soli a další vedlejší produkty. Tento krok je rozhodující pro získání čisté hydroxyethylcelulózy.
Postup:
Reakční směs se zředí vodou a hydroxyethylcelulóza se oddělí filtrací nebo odstředěním.
Oddělená hydroxyethylcelulóza se opakovaně promyje deionizovanou vodou, aby se odstranily zbytkové soli a nečistoty. Proces mytí pokračuje, dokud mycí voda nedosáhne stanovené vodivosti, což znamená odstranění rozpustných nečistot.
6. Sušení
Posledním krokem při přípravě hydroxyethylcelulózy je sušení. Tento krok odstraňuje přebytečnou vodu, čímž se získá suchý práškový produkt vhodný pro různé aplikace.
Postup:
Promytá hydroxyethylcelulóza se rozprostírá na sušících podnosech nebo se vede sušícím tunelem. Teplota sušení je pečlivě kontrolována, aby se zabránilo tepelné degradaci, typicky v rozmezí 50-80 °C.
Alternativně lze pro rychlé a účinné sušení použít sušení rozprašováním. Při sušení rozprašováním se vodný roztok hydroxyethylcelulózy rozprašuje na jemné kapičky a suší se v proudu horkého vzduchu, čímž se získá jemný prášek.
Vysušený produkt se potom mele na požadovanou velikost částic a balí se pro skladování a distribuci.
Kontrola kvality a aplikace
Během procesu přípravy jsou zavedena přísná opatření kontroly kvality, aby byla zajištěna konzistence a kvalita hydroxyethylcelulózy. Klíčové parametry, jako je viskozita, stupeň substituce, obsah vlhkosti a velikost částic, jsou pravidelně sledovány.
Aplikace:
Léčiva: Používá se jako zahušťovadlo, pojivo a stabilizátor ve formulacích, jako jsou tablety, suspenze a masti.
Kosmetika: Poskytuje viskozitu a texturu produktům, jako jsou krémy, pleťové vody a šampony.
Barvy a nátěry: Působí jako zahušťovadlo a modifikátor reologie, zlepšuje aplikační vlastnosti a stabilitu barev.
Potravinářský průmysl: Funguje jako zahušťovadlo, stabilizátor a emulgátor v různých potravinářských výrobcích.
Příprava hydroxyethylcelulózy zahrnuje řadu dobře definovaných chemických a mechanických procesů zaměřených na modifikaci celulózy za účelem zavedení hydroxyethylových skupin. Každý krok, od čištění celulózy až po sušení, je rozhodující pro určení kvality a funkčnosti konečného produktu. Univerzální vlastnosti hydroxyethylcelulózy z ní činí neocenitelnou složku v mnoha průmyslových odvětvích, což zdůrazňuje důležitost přesných výrobních postupů pro splnění specifických požadavků různých aplikací.
Čas odeslání: 28. května 2024