A hidroxietil celulosa (HEC) é un polímero non iónico e soluble en auga derivado da celulosa, un polímero natural que se atopa nas paredes celulares das plantas. É moi utilizado en diversas industrias, incluíndo farmacéuticos, cosméticos, pinturas e adhesivos, debido ao seu excelente engrosamento, formación de películas e propiedades reolóxicas. A preparación de hidroxietil celulosa implica a éterificación da celulosa con óxido de etileno en condicións alcalinas. Este proceso pódese desglosar en varios pasos clave: purificación de celulosa, alcalización, eterificación, neutralización, lavado e secado.
1. Purificación de celulosa
O primeiro paso na preparación da hidroxietil celulosa é a purificación da celulosa, normalmente procedente de pulpa de madeira ou linters de algodón. A celulosa crúa contén impurezas como a lignina, a hemicelulosa e outros extractivos que deben ser eliminados para obter celulosa de alta pureza adecuada para a modificación química.
Pasos implicados:
Procesamento mecánico: a celulosa crúa é procesada mecánicamente para reducir o seu tamaño e aumentar a súa superficie, facilitando os tratamentos químicos posteriores.
Tratamento químico: a celulosa trátase con produtos químicos como o hidróxido de sodio (NaOH) e o sulfito de sodio (Na2SO3) para romper a lignina e a hemicelulosa, seguido de lavado e branqueo para eliminar as impurezas residuais e obter unha celulosa fibrosa branca.
2. Alcalización
A celulosa purificada é entón alcalizada para activala para a reacción de eterificación. Isto implica tratar a celulosa cunha solución acuosa de hidróxido de sodio.
Reacción:
Celulosa+NaOH → Celulosa alcalina
Procedemento:
A celulosa está suspendida na auga e engádese unha solución de hidróxido de sodio. A concentración de NaOH normalmente oscila entre o 10 e o 30%, e a reacción realízase a temperaturas entre 20-40 ° C.
A mestura está axitada para garantir a absorción uniforme do alcalino, o que conduce á formación de celulosa alcalina. Este intermedio é máis reactivo cara ao óxido de etileno, facilitando o proceso de eterificación.
3. Eterificación
O paso clave na preparación da hidroxietil celulosa é a éterificación da celulosa alcalina con óxido de etileno. Esta reacción introduce grupos hidroxietílicos (-CH2CH2OH) na columna vertebral da celulosa, tornándoa soluble en auga.
Reacción:
Celulosa alcalina+óxido de etileno → hidroxietil celulosa+NaOH
Procedemento:
Engádese óxido de etileno á celulosa alcalina, xa sexa nun lote ou proceso continuo. A reacción realízase normalmente nun reactor de autoclave ou presión.
As condicións de reacción, incluída a temperatura (50-100 ° C) e a presión (1-5 atm), son controladas coidadosamente para garantir a substitución óptima de grupos hidroxietílicos. O grao de substitución (DS) e a substitución molar (MS) son parámetros críticos que inflúen nas propiedades do produto final.
4. Neutralización
Despois da reacción de eterificación, a mestura contén hidroxietil celulosa e hidróxido sódico residual. O seguinte paso é a neutralización, onde o exceso de alcalino é neutralizado usando un ácido, normalmente ácido acético (CH3COOH) ou ácido clorhídrico (HCl).
Reacción: NaOH+HCl → NaCl+H2O
Procedemento:
O ácido engádese lentamente á mestura de reacción en condicións controladas para evitar a calor excesiva e evitar a degradación da hidroxietil celulosa.
A mestura neutralizada é entón sometida ao axuste de pH para asegurarse de que se atopa dentro do rango desexado, normalmente en torno ao pH neutro (6-8).
5. Lavado
Despois da neutralización, o produto debe lavarse para eliminar sales e outros subprodutos. Este paso é crucial para a obtención de hidroxietil celulosa pura.
Procedemento:
A mestura de reacción dilúese con auga e a hidroxietil celulosa está separada por filtración ou centrifugación.
A hidroxietil celulosa separada é lavada repetidamente con auga desionizada para eliminar sales e impurezas residuais. O proceso de lavado continúa ata que a auga de lavado chega a unha condutividade especificada, o que indica a eliminación de impurezas solubles.
6. Secado
O último paso na preparación de hidroxietil celulosa é o secado. Este paso elimina o exceso de auga, producindo un produto seco e en po adecuado para varias aplicacións.
Procedemento:
A hidroxietil celulosa lavada esténdese en bandexas de secado ou transmitidas a través dun túnel de secado. A temperatura de secado é controlada coidadosamente para evitar a degradación térmica, normalmente oscilando entre 50 e 80 ° C.
Alternativamente, pódese usar o secado por pulverización para un secado rápido e eficiente. No secado por pulverización, a solución acuosa de hidroxietil celulosa atomízase en pingas finas e seca nun fluxo de aire quente, obtendo un po fino.
O produto seco é entón fresado ao tamaño de partícula desexado e embalado para o almacenamento e a distribución.
Control de calidade e aplicacións
Durante todo o proceso de preparación, implementanse medidas de control de calidade rigorosas para garantir a coherencia e calidade da hidroxietil celulosa. Contranse regularmente parámetros clave como a viscosidade, o grao de substitución, o contido de humidade e o tamaño das partículas.
Aplicacións:
Farmacéuticos: usado como axente engrosante, ligante e estabilizador en formulacións como tabletas, suspensións e pomadas.
Cosméticos: proporciona viscosidade e textura a produtos como cremas, locións e xampús.
Pinturas e revestimentos: actúa como modificador de espesante e reoloxía, mellorando as propiedades da aplicación e a estabilidade das pinturas.
Industria alimentaria: funciona como espesante, estabilizador e emulsionante en varios produtos alimentarios.
A preparación de hidroxietil celulosa implica unha serie de procesos químicos e mecánicos ben definidos dirixidos a modificar a celulosa para introducir grupos hidroxietil. Cada paso, desde a purificación da celulosa ata o secado, é crucial para determinar a calidade e funcionalidade do produto final. As versátiles propiedades de hidroxietil celulosa convérteno nun ingrediente inestimable en numerosas industrias, destacando a importancia de prácticas de fabricación precisas para satisfacer os requisitos específicos de diversas aplicacións.
Tempo de publicación: maio-28-2024