Hydroksietyyliselluloosa (HEC) on ioniton, vesiliukoinen polymeeri, joka on johdettu selluloosasta, luonnollisesta polymeeristä, jota löytyy kasvien soluseinistä. Sitä käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien lääkkeet, kosmetiikka, maalit ja liimat, sen erinomaisten sakeuttamis-, kalvonmuodostus- ja reologisten ominaisuuksiensa ansiosta. Hydroksietyyliselluloosan valmistukseen kuuluu selluloosan eetteröinti etyleenioksidilla alkalisissa olosuhteissa. Tämä prosessi voidaan jakaa useisiin avainvaiheisiin: selluloosan puhdistus, alkalointi, eetteröinti, neutralointi, pesu ja kuivaus.
1. Selluloosan puhdistus
Ensimmäinen vaihe hydroksietyyliselluloosan valmistuksessa on selluloosan puhdistus, joka on tyypillisesti peräisin puumassasta tai puuvillalintteristä. Raakaselluloosa sisältää epäpuhtauksia, kuten ligniiniä, hemiselluloosaa ja muita uutteita, jotka on poistettava, jotta saadaan erittäin puhdasta kemialliseen modifiointiin sopivaa selluloosaa.
Mukana olevat vaiheet:
Mekaaninen käsittely: Raakaselluloosa käsitellään mekaanisesti sen koon pienentämiseksi ja pinta-alan kasvattamiseksi, mikä helpottaa myöhempiä kemiallisia käsittelyjä.
Kemiallinen käsittely: Selluloosa käsitellään kemikaaleilla, kuten natriumhydroksidilla (NaOH) ja natriumsulfiitilla (Na2SO3) ligniinin ja hemiselluloosan hajottamiseksi, mitä seuraa pesu ja valkaisu jäännösepäpuhtauksien poistamiseksi ja valkoisen kuituisen selluloosan saamiseksi.
2. Alkalisointi
Puhdistettu selluloosa tehdään sitten alkaliseksi sen aktivoimiseksi eetteröintireaktiota varten. Tämä sisältää selluloosan käsittelyn natriumhydroksidin vesiliuoksella.
Reaktio:
Selluloosa+NaOH→Alkaliselluloosa
Toimenpide:
Selluloosa suspendoidaan veteen ja lisätään natriumhydroksidiliuosta. NaOH:n pitoisuus vaihtelee tyypillisesti välillä 10 - 30 %, ja reaktio suoritetaan lämpötiloissa välillä 20 - 40 °C.
Seosta sekoitetaan alkalin tasaisen imeytymisen varmistamiseksi, mikä johtaa alkaliselluloosan muodostumiseen. Tämä välituote on reaktiivisempi eteenioksidia kohtaan, mikä helpottaa eetteröintiprosessia.
3. Eetteröinti
Keskeinen vaihe hydroksietyyliselluloosan valmistuksessa on alkaliselluloosan eetteröinti etyleenioksidilla. Tämä reaktio tuo hydroksietyyliryhmiä (-CH2CH2OH) selluloosarunkoon, mikä tekee siitä vesiliukoisen.
Reaktio:
Alkaliselluloosa+etyleenioksidi→Hydroksietyyliselluloosa+NaOH
Toimenpide:
Etyleenioksidia lisätään alkaliselluloosaan joko panos- tai jatkuvatoimisesti. Reaktio suoritetaan tyypillisesti autoklaavissa tai painereaktorissa.
Reaktio-olosuhteita, mukaan lukien lämpötila (50-100 °C) ja paine (1-5 atm), valvotaan huolellisesti hydroksietyyliryhmien optimaalisen substituution varmistamiseksi. Substituutioaste (DS) ja molaarinen substituutio (MS) ovat kriittisiä parametreja, jotka vaikuttavat lopputuotteen ominaisuuksiin.
4. Neutralointi
Eetteröintireaktion jälkeen seos sisältää hydroksietyyliselluloosaa ja jäännösnatriumhydroksidia. Seuraava vaihe on neutralointi, jossa ylimääräinen alkali neutraloidaan hapolla, tyypillisesti etikkahapolla (CH3COOH) tai suolahapolla (HCl).
Reaktio: NaOH+HCl → NaCl+H2O
Toimenpide:
Happo lisätään hitaasti reaktioseokseen kontrolloiduissa olosuhteissa liiallisen lämmön välttämiseksi ja hydroksietyyliselluloosan hajoamisen estämiseksi.
Neutraloidulle seokselle tehdään sitten pH-säätö sen varmistamiseksi, että se on halutulla alueella, tyypillisesti neutraalin pH:n (6-8) ympärillä.
5. Pesu
Neutraloinnin jälkeen tuote on pestävä suolojen ja muiden sivutuotteiden poistamiseksi. Tämä vaihe on ratkaiseva puhtaan hydroksietyyliselluloosan saamiseksi.
Toimenpide:
Reaktioseos laimennetaan vedellä ja hydroksietyyliselluloosa erotetaan suodattamalla tai sentrifugoimalla.
Erotettu hydroksietyyliselluloosa pestään toistuvasti deionisoidulla vedellä jäännössuolojen ja epäpuhtauksien poistamiseksi. Pesuprosessi jatkuu, kunnes pesuvesi saavuttaa tietyn johtavuuden, mikä osoittaa liukenevien epäpuhtauksien poistumisen.
6. Kuivaus
Viimeinen vaihe hydroksietyyliselluloosan valmistuksessa on kuivaus. Tämä vaihe poistaa ylimääräisen veden, jolloin saadaan kuiva, jauhemainen tuote, joka sopii erilaisiin sovelluksiin.
Toimenpide:
Pesty hydroksietyyliselluloosa levitetään kuivausalustalle tai kuljetetaan kuivaustunnelin läpi. Kuivauslämpötilaa valvotaan huolellisesti lämpöhajoamisen välttämiseksi, tyypillisesti 50-80 °C.
Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ruiskukuivausta nopeaan ja tehokkaaseen kuivaukseen. Suihkukuivauksessa hydroksietyyliselluloosan vesiliuos sumutetaan hienoiksi pisaroiksi ja kuivataan kuumassa ilmavirrassa, jolloin saadaan hienoa jauhetta.
Kuivattu tuote jauhetaan sitten haluttuun hiukkaskokoon ja pakataan varastointia ja jakelua varten.
Laadunvalvonta ja sovellukset
Koko valmistusprosessin ajan tiukat laadunvalvontatoimenpiteet toteutetaan hydroksietyyliselluloosan koostumuksen ja laadun varmistamiseksi. Keskeisiä parametreja, kuten viskositeetti, substituutioaste, kosteuspitoisuus ja hiukkaskoko, seurataan säännöllisesti.
Sovellukset:
Farmaseuttiset tuotteet: Käytetään sakeutusaineena, sideaineena ja stabilointiaineena formulaatioissa, kuten tableteissa, suspensioissa ja voiteissa.
Kosmetiikka: Antaa viskositeettia ja rakennetta tuotteille, kuten voiteet, emulsiot ja shampoot.
Maalit ja pinnoitteet: Toimii sakeuttajana ja reologian modifioijana parantaen maalien levitysominaisuuksia ja stabiilisuutta.
Elintarviketeollisuus: Toimii sakeuttajana, stabilointiaineena ja emulgaattorina erilaisissa elintarviketuotteissa.
Hydroksietyyliselluloosan valmistus käsittää sarjan hyvin määriteltyjä kemiallisia ja mekaanisia prosesseja, joiden tarkoituksena on modifioida selluloosaa hydroksietyyliryhmien lisäämiseksi. Jokainen vaihe selluloosan puhdistuksesta kuivaukseen on ratkaiseva määritettäessä lopputuotteen laatua ja toimivuutta. Hydroksietyyliselluloosan monipuoliset ominaisuudet tekevät siitä korvaamattoman arvokkaan ainesosan monilla teollisuudenaloilla, mikä korostaa täsmällisten valmistuskäytäntöjen merkitystä eri sovellusten erityisvaatimusten täyttämiseksi.
Postitusaika: 28.5.2024