하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC)는 식물의 세포벽에서 발견되는 천연 고분자인 셀룰로오스에서 추출한 비이온성 수용성 고분자입니다. 우수한 증점성, 필름형성성, 유변학적 특성으로 인해 제약, 화장품, 도료, 접착제 등 다양한 산업분야에 널리 사용됩니다. 하이드록시에틸 셀룰로오스의 제조에는 알칼리 조건에서 에틸렌 옥사이드를 사용하여 셀룰로오스를 에테르화하는 과정이 포함됩니다. 이 공정은 셀룰로오스 정제, 알칼리화, 에테르화, 중화, 세척 및 건조 등 여러 주요 단계로 나눌 수 있습니다.
1. 셀룰로오스 정제
하이드록시에틸 셀룰로오스 제조의 첫 번째 단계는 일반적으로 목재 펄프나 면 린터에서 추출되는 셀룰로오스를 정제하는 것입니다. 원료 셀룰로오스에는 화학적 변형에 적합한 고순도 셀룰로오스를 얻기 위해 제거해야 하는 리그닌, 헤미셀룰로오스, 기타 추출물 등의 불순물이 포함되어 있습니다.
관련 단계:
기계적 처리: 원료 셀룰로오스를 기계적으로 처리하여 크기를 줄이고 표면적을 늘려 후속 화학적 처리를 용이하게 합니다.
화학적 처리: 셀룰로오스를 수산화나트륨(NaOH), 아황산나트륨(Na2SO3) 등의 화학물질로 처리하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 분해한 후 세척 및 표백을 통해 잔류 불순물을 제거하고 흰색의 섬유상 셀룰로오스를 얻습니다.
2. 알칼리화
정제된 셀룰로오스는 알칼리화되어 에테르화 반응을 위해 활성화됩니다. 여기에는 셀룰로오스를 수산화나트륨 수용액으로 처리하는 작업이 포함됩니다.
반응:
셀룰로오스+NaOH→알칼리 셀룰로오스
절차:
셀룰로오스를 물에 현탁시키고 수산화나트륨 용액을 첨가합니다. NaOH의 농도는 일반적으로 10~30% 범위이며, 반응은 20~40°C 사이의 온도에서 수행됩니다.
혼합물을 교반하여 알칼리가 균일하게 흡수되도록 하여 알칼리 셀룰로오스를 형성합니다. 이 중간체는 에틸렌 옥사이드에 대해 더 반응성이 있어 에테르화 공정을 촉진합니다.
3. 에테르화
하이드록시에틸 셀룰로오스 제조의 핵심 단계는 알칼리 셀룰로오스를 산화에틸렌으로 에테르화하는 것입니다. 이 반응은 셀룰로오스 백본에 하이드록시에틸 그룹(-CH2CH2OH)을 도입하여 수용성으로 만듭니다.
반응:
알칼리셀룰로오스+산화에틸렌→히드록시에틸셀룰로오스+NaOH
절차:
산화에틸렌은 배치식 또는 연속식 공정으로 알칼리 셀룰로오스에 첨가됩니다. 반응은 일반적으로 오토클레이브 또는 압력 반응기에서 수행됩니다.
온도(50-100°C) 및 압력(1-5 atm)을 포함한 반응 조건은 하이드록시에틸 그룹의 최적 치환을 보장하기 위해 신중하게 제어됩니다. 치환도(DS)와 몰치환도(MS)는 최종 제품의 특성에 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다.
4. 중화
에테르화 반응 후 혼합물에는 하이드록시에틸 셀룰로오스와 잔류 수산화나트륨이 포함됩니다. 다음 단계는 중화입니다. 여기서 과잉 알칼리는 산, 일반적으로 아세트산(CH3COOH) 또는 염산(HCl)을 사용하여 중화됩니다.
반응: NaOH+HCl→NaCl+H2O
절차:
과도한 열을 피하고 하이드록시에틸 셀룰로오스의 분해를 방지하기 위해 제어된 조건 하에서 반응 혼합물에 산을 천천히 첨가합니다.
그런 다음 중화된 혼합물은 원하는 범위, 일반적으로 중성 pH(6-8) 근처에 있도록 pH 조정을 거칩니다.
5. 세탁
중화 후에는 제품을 세척하여 염분 및 기타 부산물을 제거해야 합니다. 이 단계는 순수한 하이드록시에틸 셀룰로오스를 얻는 데 중요합니다.
절차:
반응 혼합물을 물로 희석하고, 여과 또는 원심분리에 의해 하이드록시에틸 셀룰로오스를 분리한다.
분리된 하이드록시에틸셀룰로오스를 탈이온수로 반복 세척하여 잔류 염분과 불순물을 제거합니다. 세척 공정은 세척수가 특정 전도성에 도달하여 수용성 불순물이 제거될 때까지 계속됩니다.
6. 건조
하이드록시에틸 셀룰로오스 제조의 마지막 단계는 건조입니다. 이 단계에서는 과도한 물을 제거하여 다양한 용도에 적합한 건조 분말 제품을 얻습니다.
절차:
세척된 하이드록시에틸 셀룰로오스는 건조 트레이에 펴지거나 건조 터널을 통해 운반됩니다. 건조 온도는 일반적으로 50~80°C 범위에서 열 분해를 방지하기 위해 세심하게 제어됩니다.
대안으로, 빠르고 효율적인 건조를 위해 분무 건조를 사용할 수 있습니다. 분무 건조에서는 하이드록시에틸 셀룰로오스 수용액을 미세한 물방울로 분무하고 뜨거운 공기 흐름에서 건조하여 미세한 분말을 얻습니다.
그런 다음 건조된 제품을 원하는 입자 크기로 분쇄하고 보관 및 유통을 위해 포장합니다.
품질 관리 및 응용
준비 과정 전반에 걸쳐 엄격한 품질 관리 조치를 취하여 하이드록시에틸 셀룰로오스의 일관성과 품질을 보장합니다. 점도, 치환도, 수분 함량, 입자 크기 등 주요 매개변수를 정기적으로 모니터링합니다.
신청:
의약품: 정제, 현탁액, 연고와 같은 제제의 증점제, 결합제 및 안정제로 사용됩니다.
화장품: 크림, 로션, 샴푸와 같은 제품에 점도와 질감을 제공합니다.
페인트 및 코팅제: 증점제 및 유변학 개질제 역할을 하여 페인트의 도포 특성과 안정성을 향상시킵니다.
식품 산업: 다양한 식품에서 증점제, 안정제, 유화제 역할을 합니다.
하이드록시에틸 셀룰로오스의 제조에는 하이드록시에틸 그룹을 도입하기 위해 셀룰로오스를 변형시키는 것을 목표로 하는 일련의 잘 정의된 화학적 및 기계적 공정이 포함됩니다. 셀룰로오스 정제부터 건조까지의 각 단계는 최종 제품의 품질과 기능성을 결정하는 데 중요합니다. 하이드록시에틸 셀룰로오스의 다양한 특성으로 인해 다양한 산업 분야에서 매우 귀중한 성분이 되었으며, 다양한 응용 분야의 특정 요구 사항을 충족하기 위한 정밀한 제조 방식의 중요성이 강조되었습니다.
게시 시간: 2024년 5월 28일