فرآیند تولید و عملکرد هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)

I. مقدمه

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) یک پلیمر غیر یونی محلول در آب است که به طور گسترده در استخراج نفت، پوشش‌ها، ساخت‌وساز، مواد شیمیایی روزانه، کاغذسازی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود. HEC با اصلاح شیمیایی سلولز به دست می آید و خواص و کاربردهای آن عمدتاً توسط جایگزین های هیدروکسی اتیل روی مولکول های سلولز تعیین می شود.

II. فرآیند تولید

فرآیند تولید HEC عمدتاً شامل مراحل زیر است: اتریفیکاسیون سلولزی، شستشو، آبگیری، خشک کردن و آسیاب کردن. در ادامه به معرفی دقیق هر مرحله می پردازیم:

اتریفیکاسیون سلولزی

سلولز ابتدا با قلیایی تصفیه می شود تا سلولز قلیایی (Cellulose Alkali) تشکیل شود. این فرآیند معمولاً در یک راکتور، با استفاده از محلول هیدروکسید سدیم برای تصفیه سلولز طبیعی برای تشکیل سلولز قلیایی انجام می شود. واکنش شیمیایی به شرح زیر است:

سلول-OH+NaOH→Cell-O-Na+H2OCسل-OH+NaOH→Cell-O-Na+H2O

سپس سلولز قلیایی با اکسید اتیلن واکنش داده و هیدروکسی اتیل سلولز تشکیل می دهد. واکنش تحت فشار بالا معمولاً 30-100 درجه سانتیگراد انجام می شود و واکنش ویژه به شرح زیر است:

سلول-O-Na+CH2CH2O→Cell-O-CH2CH2OHCell-O-Na+CH 2CH 2O→Cell-O-CH 2CH2OH

این واکنش مستلزم کنترل دقیق دما، فشار و مقدار اتیلن اکسید اضافه شده برای اطمینان از یکنواختی و کیفیت محصول است.

شستشو

HEC خام حاصل معمولاً حاوی قلیایی، اکسید اتیلن و سایر محصولات جانبی واکنش نشان نداده است که باید با شستشوی چندگانه آب یا شستشو با حلال آلی حذف شوند. در فرآیند شستشوی آب به مقدار زیادی آب نیاز است و فاضلاب پس از شستشو نیاز به تصفیه و تخلیه دارد.

کم آبی بدن

HEC مرطوب پس از شستشو باید آبگیری شود، معمولاً توسط فیلتراسیون خلاء یا جداسازی گریز از مرکز برای کاهش رطوبت.

خشک کردن

HEC خشک شده معمولاً با خشک کردن اسپری یا خشک کردن فلاش خشک می شود. دما و زمان باید در طول فرآیند خشک کردن به شدت کنترل شود تا از تخریب یا تجمع در دمای بالا جلوگیری شود.

سنگ زنی

بلوک HEC خشک شده برای دستیابی به توزیع اندازه ذرات یکنواخت باید آسیاب و الک شود و در نهایت یک محصول پودری یا دانه ای تشکیل شود.

III. ویژگی های عملکرد

حلالیت در آب

HEC حلالیت خوبی در آب دارد و می تواند به سرعت در آب سرد و گرم حل شود و یک محلول شفاف یا نیمه شفاف تشکیل دهد. این خاصیت حلالیت باعث می شود که به طور گسترده ای به عنوان یک قوام دهنده و تثبیت کننده در پوشش ها و محصولات شیمیایی روزانه استفاده شود.

ضخیم شدن

HEC یک اثر ضخیم کنندگی قوی در محلول آبی نشان می دهد و ویسکوزیته آن با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد. این خاصیت ضخیم شدن آن را قادر می سازد تا در ضخیم شدن، حفظ آب و بهبود عملکرد ساختمانی در پوشش های پایه آب و ملات های ساختمانی نقش داشته باشد.

رئولوژی

محلول آبی HEC دارای خواص رئولوژیکی منحصر به فردی است و ویسکوزیته آن با تغییر نرخ برش تغییر می کند و نازک شدن برشی یا شبه پلاستیسیته را نشان می دهد. این ویژگی رئولوژیکی آن را قادر می سازد سیالیت و عملکرد ساخت و ساز را در پوشش ها و سیالات حفاری میدان نفتی تنظیم کند.

امولسیون و سوسپانسیون

HEC دارای خواص امولسیون و تعلیق خوبی است که می تواند ذرات یا قطرات معلق را در سیستم پراکندگی تثبیت کند تا از لایه بندی و رسوب جلوگیری کند. بنابراین، HEC اغلب در محصولاتی مانند پوشش های امولسیونی و سوسپانسیون های دارویی استفاده می شود.

زیست تخریب پذیری

HEC یک مشتق سلولز طبیعی با قابلیت تجزیه زیستی خوب، بدون آلودگی برای محیط زیست است و الزامات حفاظت از محیط زیست سبز را برآورده می کند.

IV. فیلدهای کاربردی

پوشش ها

در پوشش های مبتنی بر آب، HEC به عنوان ضخیم کننده و تثبیت کننده برای بهبود سیالیت، عملکرد ساختمانی و خواص ضد افتادگی پوشش ها استفاده می شود.

ساخت و ساز

در مصالح ساختمانی، HEC در ملات بر پایه سیمان و پودر بتونه برای بهبود عملکرد ساخت و ساز و حفظ آب استفاده می شود.

مواد شیمیایی روزانه

در شوینده ها، شامپوها و خمیردندان ها از HEC به عنوان قوام دهنده و تثبیت کننده برای بهبود حس و ثبات محصول استفاده می شود. 

میادین نفتی

در سیالات حفاری و شکستگی میدان نفتی، از HEC برای تنظیم رئولوژی و خواص تعلیق سیالات حفاری و بهبود کارایی و ایمنی حفاری استفاده می شود.

کاغذ سازی

در فرآیند کاغذ سازی، از HEC برای کنترل سیالیت خمیر و بهبود یکنواختی و خواص سطحی کاغذ استفاده می شود.

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) به دلیل حلالیت عالی در آب، ضخیم شدن، خواص رئولوژیکی، خواص امولسیون سازی و تعلیق و همچنین تجزیه زیستی خوب، به طور گسترده در بسیاری از زمینه های صنعتی استفاده شده است. فرآیند تولید آن نسبتا بالغ است. از طریق مراحل اتریفیکاسیون سلولزی، شستشو، آبگیری، خشک کردن و آسیاب می توان محصولات HEC را با عملکرد پایدار و کیفیت خوب تهیه کرد. در آینده، با بهبود الزامات حفاظت از محیط زیست و پیشرفت فناوری، چشم انداز کاربرد HEC گسترده تر خواهد شد.