Hidroksietilceluloze (HEC) ir nejonu, ūdenī šķīstošs polimērs, kas iegūts no celulozes, dabiska polimēra, kas atrodams augu šūnu sieniņās. To plaši izmanto dažādās nozarēs, tostarp farmācijā, kosmētikā, krāsās un līmēs, pateicoties tā lieliskām sabiezēšanas, plēvi veidojošajām un reoloģiskajām īpašībām. Hidroksietilcelulozes pagatavošana ietver celulozes ēterizāciju ar etilēnoksīdu sārmainos apstākļos. Šo procesu var iedalīt vairākos galvenajos posmos: celulozes attīrīšana, sārmināšana, ēterizācija, neitralizācija, mazgāšana un žāvēšana.
1. Celulozes attīrīšana
Pirmais solis hidroksietilcelulozes sagatavošanā ir celulozes attīrīšana, ko parasti iegūst no koksnes masas vai kokvilnas linteriem. Neapstrādāta celuloze satur tādus piemaisījumus kā lignīns, hemiceluloze un citas ekstrakcijas vielas, kas ir jānoņem, lai iegūtu augstas tīrības pakāpes celulozi, kas piemērota ķīmiskai modifikācijai.
Iesaistītie soļi:
Mehāniskā apstrāde: neapstrādāta celuloze tiek mehāniski apstrādāta, lai samazinātu tās izmēru un palielinātu virsmas laukumu, atvieglojot turpmāko ķīmisko apstrādi.
Ķīmiskā apstrāde: Celulozi apstrādā ar tādām ķīmiskām vielām kā nātrija hidroksīds (NaOH) un nātrija sulfīts (Na2SO3), lai sadalītu lignīnu un hemicelulozi, kam seko mazgāšana un balināšana, lai noņemtu atlikušos piemaisījumus un iegūtu baltu, šķiedrainu celulozi.
2. Alkalizācija
Pēc tam attīrītā celuloze tiek sārmināta, lai to aktivizētu ēterizācijas reakcijai. Tas ietver celulozes apstrādi ar nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu.
Reakcija:
Celuloze+NaOH→Sārmu celuloze
Procedūra:
Celulozi suspendē ūdenī un pievieno nātrija hidroksīda šķīdumu. NaOH koncentrācija parasti svārstās no 10-30%, un reakcija tiek veikta temperatūrā no 20-40°C.
Maisījumu maisa, lai nodrošinātu vienmērīgu sārmu uzsūkšanos, kā rezultātā veidojas sārma celuloze. Šis starpprodukts ir vairāk reaģējošs pret etilēnoksīdu, atvieglojot ēterizācijas procesu.
3. Ēterifikācija
Galvenais solis hidroksietilcelulozes sagatavošanā ir sārmu celulozes ēterifikācija ar etilēnoksīdu. Šī reakcija ievada hidroksietilgrupas (-CH2CH2OH) celulozes mugurkaulā, padarot to ūdenī šķīstošu.
Reakcija:
Sārmu celuloze+Etilēnoksīds→Hidroksietilceluloze+NaOH
Procedūra:
Etilēnoksīdu pievieno sārmu celulozei vai nu sērijveidā, vai nepārtrauktā procesā. Reakciju parasti veic autoklāvā vai spiediena reaktorā.
Reakcijas apstākļi, tostarp temperatūra (50-100°C) un spiediens (1-5 atm), tiek rūpīgi kontrolēti, lai nodrošinātu optimālu hidroksietilgrupu aizstāšanu. Aizvietošanas pakāpe (DS) un molārā aizstāšana (MS) ir kritiski parametri, kas ietekmē galaprodukta īpašības.
4. Neitralizācija
Pēc ēterifikācijas reakcijas maisījums satur hidroksietilcelulozi un nātrija hidroksīda atlikumu. Nākamais solis ir neitralizācija, kurā lieko sārmu neitralizē, izmantojot skābi, parasti etiķskābi (CH3COOH) vai sālsskābi (HCl).
Reakcija: NaOH+HCl→NaCl+H2O
Procedūra:
Skābi lēnām pievieno reakcijas maisījumam kontrolētos apstākļos, lai izvairītos no pārmērīga karstuma un novērstu hidroksietilcelulozes sadalīšanos.
Pēc tam neitralizētajam maisījumam piemēro pH pielāgošanu, lai nodrošinātu, ka tas ir vēlamajā diapazonā, parasti ap neitrālu pH (6–8).
5. Mazgāšana
Pēc neitralizācijas produkts ir jānomazgā, lai noņemtu sāļus un citus blakusproduktus. Šis solis ir ļoti svarīgs, lai iegūtu tīru hidroksietilcelulozi.
Procedūra:
Reakcijas maisījumu atšķaida ar ūdeni un hidroksietilcelulozi atdala, filtrējot vai centrifugējot.
Atdalīto hidroksietilcelulozi atkārtoti mazgā ar dejonizētu ūdeni, lai noņemtu atlikušos sāļus un piemaisījumus. Mazgāšanas process turpinās, līdz mazgāšanas ūdens sasniedz noteiktu vadītspēju, kas norāda uz šķīstošo piemaisījumu noņemšanu.
6. Žāvēšana
Pēdējais hidroksietilcelulozes sagatavošanas posms ir žāvēšana. Šis solis noņem lieko ūdeni, iegūstot sausu, pulverveida produktu, kas piemērots dažādiem lietojumiem.
Procedūra:
Izmazgātā hidroksietilceluloze tiek uzklāta uz žāvēšanas paplātēm vai tiek transportēta caur žāvēšanas tuneli. Žāvēšanas temperatūra tiek rūpīgi kontrolēta, lai izvairītos no termiskās degradācijas, parasti diapazonā no 50 līdz 80 °C.
Ātrai un efektīvai žāvēšanai var izmantot arī žāvēšanu ar izsmidzināšanu. Žāvējot ar izsmidzināšanu, hidroksietilcelulozes ūdens šķīdums tiek izsmidzināts smalkos pilienos un žāvēts karstā gaisa plūsmā, iegūstot smalku pulveri.
Pēc tam žāvēto produktu samaļ līdz vajadzīgajam daļiņu izmēram un iepako uzglabāšanai un izplatīšanai.
Kvalitātes kontrole un lietojumprogrammas
Visā sagatavošanas procesā tiek īstenoti stingri kvalitātes kontroles pasākumi, lai nodrošinātu hidroksietilcelulozes konsistenci un kvalitāti. Galvenie parametri, piemēram, viskozitāte, aizvietošanas pakāpe, mitruma saturs un daļiņu izmērs, tiek regulāri uzraudzīti.
Lietojumprogrammas:
Farmaceitiskie līdzekļi: izmanto kā biezinātāju, saistvielu un stabilizatoru tādos preparātos kā tabletes, suspensijas un ziedes.
Kosmētika: nodrošina viskozitāti un tekstūru tādiem produktiem kā krēmi, losjoni un šampūni.
Krāsas un pārklājumi: darbojas kā biezinātājs un reoloģijas modifikators, uzlabojot krāsu uzklāšanas īpašības un stabilitāti.
Pārtikas rūpniecība: darbojas kā biezinātājs, stabilizators un emulgators dažādos pārtikas produktos.
Hidroksietilcelulozes pagatavošana ietver virkni precīzi definētu ķīmisku un mehānisku procesu, kuru mērķis ir modificēt celulozi, lai ieviestu hidroksietilgrupas. Katrs posms no celulozes attīrīšanas līdz žāvēšanai ir izšķirošs galaprodukta kvalitātes un funkcionalitātes noteikšanā. Hidroksietilcelulozes daudzpusīgās īpašības padara to par nenovērtējamu sastāvdaļu daudzās nozarēs, uzsverot precīzas ražošanas prakses nozīmi, lai tā atbilstu dažādu lietojumu specifiskajām prasībām.
Izsūtīšanas laiks: 2024. gada 28. maijs