Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստում

Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզը (HEC) ոչ իոնային, ջրում լուծվող պոլիմեր է, որը ստացվում է ցելյուլոզից, բնական պոլիմեր, որը հայտնաբերված է բույսերի բջջային պատերում: Այն լայնորեն օգտագործվում է տարբեր արդյունաբերություններում, ներառյալ դեղագործական, կոսմետիկա, ներկեր և սոսինձներ, շնորհիվ իր գերազանց խտացման, թաղանթ ձևավորելու և ռեոլոգիական հատկությունների: Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստումը ներառում է ցելյուլոզայի եթերիֆիկացումը էթիլենօքսիդով ալկալային պայմաններում: Այս գործընթացը կարելի է բաժանել մի քանի հիմնական փուլերի՝ ցելյուլոզայի մաքրում, ալկալացում, եթերիացում, չեզոքացում, լվացում և չորացում:

1. Ցելյուլոզային մաքրում
Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստման առաջին քայլը ցելյուլոզայի մաքրումն է, որը սովորաբար ստացվում է փայտի ցելյուլոզից կամ բամբակի սալերից: Հում ցելյուլոզը պարունակում է այնպիսի կեղտեր, ինչպիսիք են lignin, hemicellulose և այլ արդյունահանող նյութեր, որոնք պետք է հեռացվեն քիմիական ձևափոխման համար հարմար բարձր մաքրության ցելյուլոզա ստանալու համար:

Ներառված քայլերը.

Մեխանիկական վերամշակում. չմշակված ցելյուլոզը մեխանիկորեն վերամշակվում է չափը նվազեցնելու և մակերեսի մակերեսը մեծացնելու համար՝ հեշտացնելով հետագա քիմիական մշակումները:
Քիմիական մշակում. Ցելյուլոզը մշակվում է այնպիսի քիմիական նյութերով, ինչպիսիք են նատրիումի հիդրօքսիդը (NaOH) և նատրիումի սուլֆիտը (Na2SO3), որպեսզի քայքայվեն լիգնինն ու հեմիկելյուլոզը, որից հետո լվացվեն և սպիտակեցվեն մնացորդային կեղտերը հեռացնելու և սպիտակ, թելքավոր ցելյուլոզա ստանալու համար:

2. Ալկալիզացում
Մաքրված ցելյուլոզը այնուհետև ալկալացվում է, որպեսզի այն ակտիվացվի եթերացման ռեակցիայի համար: Սա ներառում է ցելյուլոզայի մշակումը նատրիումի հիդրօքսիդի ջրային լուծույթով:

Արձագանք:
Ցելյուլոզ+NaOH→Ալկալային ցելյուլոզա

Ընթացակարգը:

Ցելյուլոզը կասեցվում է ջրի մեջ և ավելացվում է նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթ։ NaOH-ի կոնցենտրացիան սովորաբար տատանվում է 10-30%-ի սահմաններում, իսկ ռեակցիան իրականացվում է 20-40°C ջերմաստիճանում:
Խառնուրդը խառնվում է, որպեսզի ապահովվի ալկալիի միատեսակ կլանումը, ինչը հանգեցնում է ալկալային ցելյուլոզայի առաջացմանը: Այս միջանկյալ նյութն ավելի ռեակտիվ է էթիլենօքսիդի նկատմամբ՝ հեշտացնելով եթերացման գործընթացը:

3. Եթերացում
Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստման առանցքային քայլը ալկալային բջջանյութի եթերիֆիկացումն է էթիլենօքսիդով: Այս ռեակցիան ցելյուլոզային ողնաշարի մեջ ներմուծում է հիդրօքսիէթիլ խմբեր (-CH2CH2OH)՝ դարձնելով այն ջրում լուծելի։

Արձագանք:
Ալկալի ցելյուլոզա+էթիլենօքսիդ→ հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզա+NaOH

Ընթացակարգը:

Էթիլենի օքսիդը ավելացվում է ալկալային ցելյուլոզային կամ խմբաքանակով կամ շարունակական գործընթացով: Ռեակցիան սովորաբար իրականացվում է ավտոկլավում կամ ճնշման ռեակտորում:
Ռեակցիայի պայմանները, ներառյալ ջերմաստիճանը (50-100°C) և ճնշումը (1-5 ատմ), մանրակրկիտ վերահսկվում են հիդրօքսիէթիլ խմբերի օպտիմալ փոխարինումն ապահովելու համար: Փոխարինման աստիճանը (DS) և մոլային փոխարինումը (MS) կարևոր պարամետրեր են, որոնք ազդում են վերջնական արտադրանքի հատկությունների վրա:

4. Չեզոքացում
Եթերիֆիկացման ռեակցիայից հետո խառնուրդը պարունակում է հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզ և մնացորդային նատրիումի հիդրօքսիդ։ Հաջորդ քայլը չեզոքացումն է, որտեղ ավելցուկային ալկալիները չեզոքացվում են՝ օգտագործելով թթու, սովորաբար քացախաթթու (CH3COOH) կամ աղաթթու (HCl):

Ռեակցիան՝ NaOH+HCl→NaCl+H2O

Ընթացակարգը:

Թթուն դանդաղորեն ավելացվում է ռեակցիայի խառնուրդին վերահսկվող պայմաններում՝ խուսափելու ավելորդ ջերմությունից և կանխելու հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի քայքայումը:
Չեզոքացված խառնուրդն այնուհետև ենթարկվում է pH-ի ճշգրտման՝ ապահովելու համար, որ այն գտնվում է ցանկալի տիրույթում, սովորաբար չեզոք pH-ի շուրջ (6-8):
5. Լվացք
Չեզոքացումից հետո արտադրանքը պետք է լվացվի աղերը և այլ կողմնակի արտադրանքները հեռացնելու համար: Այս քայլը վճռորոշ է մաքուր հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզա ստանալու համար:

Ընթացակարգը:

Ռեակցիայի խառնուրդը նոսրացվում է ջրով, իսկ հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզը առանձնացվում է ֆիլտրման կամ ցենտրիֆուգման միջոցով։
Առանձնացված հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզը բազմիցս լվանում են դեիոնացված ջրով` մնացորդային աղերն ու կեղտերը հեռացնելու համար: Լվացքի գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև լվացքի ջուրը հասնի որոշակի հաղորդունակության, ինչը ցույց է տալիս լուծվող կեղտերի հեռացումը:
6. Չորացում
Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստման վերջին քայլը չորացումն է: Այս քայլը հեռացնում է ավելորդ ջուրը՝ ստանալով չոր, փոշիացված արտադրանք, որը հարմար է տարբեր կիրառությունների համար:

Ընթացակարգը:

Լվացված հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզը տարածվում է չորացման սկուտեղների վրա կամ տեղափոխվում չորացման թունելի միջոցով: Չորացման ջերմաստիճանը մանրակրկիտ վերահսկվում է ջերմային քայքայումից խուսափելու համար, որը սովորաբար տատանվում է 50-80°C-ի սահմաններում:
Որպես այլընտրանք, ցողացիրով չորացումը կարող է օգտագործվել արագ և արդյունավետ չորացման համար: Սփրեյով չորացման ժամանակ հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի ջրային լուծույթը մանր կաթիլների վերածվում է և չորանում տաք օդի հոսքով, որի արդյունքում ստացվում է նուրբ փոշի:
Չորացրած արտադրանքն այնուհետև աղացած է ցանկալի մասնիկի չափով և փաթեթավորվում պահեստավորման և բաշխման համար:
Որակի վերահսկում և կիրառություններ
Պատրաստման գործընթացի ընթացքում իրականացվում են որակի վերահսկման խիստ միջոցառումներ՝ ապահովելու հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի հետևողականությունը և որակը: Հիմնական պարամետրերը, ինչպիսիք են մածուցիկությունը, փոխարինման աստիճանը, խոնավության պարունակությունը և մասնիկների չափը կանոնավոր կերպով վերահսկվում են:

Ծրագրեր:

Դեղագործություն. Օգտագործվում է որպես խտացնող նյութ, կապող և կայունացուցիչ այնպիսի ձևակերպումների մեջ, ինչպիսիք են հաբերը, կախոցները և քսուքները:
Կոսմետիկա. Ապահովում է մածուցիկություն և հյուսվածք այնպիսի ապրանքների, ինչպիսիք են քսուքները, լոսյոնները և շամպունները:
Ներկեր և ծածկույթներ: Գործում է որպես խտացուցիչ և ռեոլոգիայի փոփոխիչ՝ բարելավելով ներկերի կիրառման հատկությունները և կայունությունը:
Սննդի արդյունաբերություն: Գործում է որպես խտացուցիչ, կայունացուցիչ և էմուլգատոր տարբեր սննդամթերքներում:

Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստումը ներառում է մի շարք հստակ սահմանված քիմիական և մեխանիկական գործընթացներ, որոնք ուղղված են ցելյուլոզայի փոփոխմանը հիդրօքսիէթիլ խմբերի ներմուծման համար: Յուրաքանչյուր քայլ՝ ցելյուլոզայի մաքրումից մինչև չորացում, վճռորոշ նշանակություն ունի վերջնական արտադրանքի որակի և գործունակության որոշման համար: Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի բազմակողմանի հատկությունները դարձնում են այն անգնահատելի բաղադրիչ բազմաթիվ արդյունաբերություններում՝ ընդգծելով արտադրական ճշգրիտ պրակտիկայի կարևորությունը տարբեր կիրառությունների հատուկ պահանջներին համապատասխանելու համար: