Hidroksietil celuloza (HEC) je neionski polimer topiv u vodi izveden iz celuloze, prirodnog polimera koji se nalazi u stjenkama stanica biljaka. Široko se koristi u raznim industrijama, uključujući farmaceutsku, kozmetičku, boje i ljepila, zbog svojih izvrsnih svojstava zgušnjavanja, stvaranja filma i reoloških svojstava. Priprema hidroksietil celuloze uključuje eterifikaciju celuloze etilen oksidom u alkalnim uvjetima. Ovaj se proces može raščlaniti na nekoliko ključnih koraka: pročišćavanje celuloze, alkalizacija, eterifikacija, neutralizacija, pranje i sušenje.
1. Pročišćavanje celuloze
Prvi korak u pripremi hidroksietil celuloze je pročišćavanje celuloze, koja se obično dobiva iz drvene pulpe ili pamučnog lana. Sirova celuloza sadrži nečistoće kao što su lignin, hemiceluloza i drugi ekstrakti koji se moraju ukloniti kako bi se dobila celuloza visoke čistoće pogodna za kemijsku modifikaciju.
Uključeni koraci:
Mehanička obrada: Sirova se celuloza mehanički obrađuje kako bi se smanjila njezina veličina i povećala površina, olakšavajući naknadne kemijske obrade.
Kemijska obrada: celuloza se tretira kemikalijama kao što su natrijev hidroksid (NaOH) i natrijev sulfit (Na2SO3) kako bi se razgradio lignin i hemiceluloza, nakon čega slijedi pranje i izbjeljivanje kako bi se uklonile zaostale nečistoće i dobila bijela, vlaknasta celuloza.
2. Alkalizacija
Pročišćena celuloza se zatim alkalizira kako bi se aktivirala za reakciju eterifikacije. To uključuje tretiranje celuloze vodenom otopinom natrijevog hidroksida.
Reakcija:
Celuloza+NaOH→Alkalna celuloza
Postupak:
Celuloza se suspendira u vodi i doda se otopina natrijevog hidroksida. Koncentracija NaOH obično se kreće od 10-30%, a reakcija se provodi na temperaturama između 20-40°C.
Smjesa se miješa kako bi se osigurala ravnomjerna apsorpcija lužine, što dovodi do stvaranja alkalne celuloze. Ovaj intermedijer je reaktivniji prema etilen oksidu, olakšavajući proces eterifikacije.
3. Eterifikacija
Ključni korak u pripremi hidroksietil celuloze je eterifikacija alkalne celuloze etilen oksidom. Ova reakcija uvodi hidroksietilne skupine (-CH2CH2OH) u celuloznu okosnicu, čineći je topljivom u vodi.
Reakcija:
Alkalna celuloza+Etilen oksid→Hidroksietil celuloza+NaOH
Postupak:
Etilen oksid se dodaje alkalnoj celulozi, bilo u šaržnom ili kontinuiranom postupku. Reakcija se obično provodi u autoklavu ili tlačnom reaktoru.
Uvjeti reakcije, uključujući temperaturu (50-100°C) i tlak (1-5 atm), pažljivo su kontrolirani kako bi se osigurala optimalna supstitucija hidroksietilnih skupina. Stupanj supstitucije (DS) i molarna supstitucija (MS) kritični su parametri koji utječu na svojstva konačnog proizvoda.
4. Neutralizacija
Nakon reakcije eterifikacije, smjesa sadrži hidroksietil celulozu i zaostali natrijev hidroksid. Sljedeći korak je neutralizacija, gdje se višak lužine neutralizira pomoću kiseline, obično octene kiseline (CH3COOH) ili klorovodične kiseline (HCl).
Reakcija: NaOH+HCl→NaCl+H2O
Postupak:
Kiselina se polako dodaje u reakcijsku smjesu pod kontroliranim uvjetima kako bi se izbjegla prekomjerna toplina i spriječila degradacija hidroksietil celuloze.
Neutralizirana smjesa se zatim podvrgava podešavanju pH kako bi se osiguralo da je unutar željenog raspona, obično oko neutralnog pH (6-8).
5. Pranje
Nakon neutralizacije, proizvod se mora oprati kako bi se uklonile soli i drugi nusproizvodi. Ovaj korak je ključan za dobivanje čiste hidroksietil celuloze.
Postupak:
Reakcijska smjesa se razrijedi s vodom, a hidroksietil celuloza se odvoji filtracijom ili centrifugiranjem.
Odvojena hidroksietil celuloza više puta se ispere deioniziranom vodom kako bi se uklonile zaostale soli i nečistoće. Proces pranja se nastavlja sve dok voda za pranje ne postigne određenu vodljivost, što ukazuje na uklanjanje topivih nečistoća.
6. Sušenje
Posljednji korak u pripremi hidroksietil celuloze je sušenje. Ovaj korak uklanja višak vode, dajući suhi, praškasti proizvod prikladan za različite primjene.
Postupak:
Oprana hidroksietil celuloza se rasprostire na pladnjeve za sušenje ili prenosi kroz tunel za sušenje. Temperatura sušenja pažljivo se kontrolira kako bi se izbjegla toplinska degradacija, obično u rasponu od 50-80°C.
Alternativno, sušenje raspršivanjem može se koristiti za brzo i učinkovito sušenje. Kod sušenja raspršivanjem, vodena otopina hidroksietil celuloze se raspršuje u fine kapljice i suši u struji vrućeg zraka, što rezultira finim prahom.
Osušeni proizvod se zatim melje do željene veličine čestica i pakira za skladištenje i distribuciju.
Kontrola kvalitete i primjene
Tijekom cijelog procesa pripreme provode se rigorozne mjere kontrole kvalitete kako bi se osigurala konzistencija i kvaliteta hidroksietil celuloze. Ključni parametri kao što su viskoznost, stupanj supstitucije, sadržaj vlage i veličina čestica redovito se prate.
Prijave:
Farmaceutski proizvodi: koristi se kao sredstvo za zgušnjavanje, vezivo i stabilizator u formulacijama poput tableta, suspenzija i masti.
Kozmetika: daje viskoznost i teksturu proizvodima poput krema, losiona i šampona.
Boje i premazi: Djeluje kao zgušnjivač i modifikator reologije, poboljšavajući svojstva primjene i stabilnost boja.
Prehrambena industrija: Djeluje kao zgušnjivač, stabilizator i emulgator u raznim prehrambenim proizvodima.
Priprema hidroksietil celuloze uključuje niz dobro definiranih kemijskih i mehaničkih procesa čiji je cilj modificiranje celuloze za uvođenje hidroksietilnih skupina. Svaki korak, od pročišćavanja celuloze do sušenja, ključan je u određivanju kvalitete i funkcionalnosti konačnog proizvoda. Svestrana svojstva hidroksietil celuloze čine je neprocjenjivim sastojkom u brojnim industrijama, naglašavajući važnost precizne proizvodne prakse za ispunjavanje specifičnih zahtjeva različitih primjena.
Vrijeme objave: 28. svibnja 2024