Hydroksyetylcellulose (HEC) er en ikke-ionisk, vannløselig polymer avledet fra cellulose, en naturlig polymer som finnes i celleveggene til planter. Det er mye brukt i ulike bransjer, inkludert farmasøytiske produkter, kosmetikk, maling og lim, på grunn av dets utmerkede fortyknings-, filmdannende og reologiske egenskaper. Fremstillingen av hydroksyetylcellulose innebærer foretring av cellulose med etylenoksyd under alkaliske forhold. Denne prosessen kan deles inn i flere nøkkeltrinn: celluloserensing, alkalisering, foretring, nøytralisering, vasking og tørking.
1. Celluloserensing
Det første trinnet i fremstillingen av hydroksyetylcellulose er rensingen av cellulose, vanligvis hentet fra tremasse eller bomullslinters. Rå cellulose inneholder urenheter som lignin, hemicellulose og andre ekstraktiver som må fjernes for å oppnå cellulose med høy renhet som er egnet for kjemisk modifikasjon.
Trinn involvert:
Mekanisk prosessering: Råcellulosen bearbeides mekanisk for å redusere størrelsen og øke overflaten, noe som letter påfølgende kjemiske behandlinger.
Kjemisk behandling: Cellulose behandles med kjemikalier som natriumhydroksid (NaOH) og natriumsulfitt (Na2SO3) for å bryte ned lignin og hemicellulose, etterfulgt av vasking og bleking for å fjerne gjenværende urenheter og oppnå en hvit, fibrøs cellulose.
2. Alkalisering
Den rensede cellulosen blir deretter alkalisert for å aktivere den for foretringsreaksjonen. Dette innebærer å behandle cellulosen med en vandig løsning av natriumhydroksid.
Reaksjon:
Cellulose+NaOH→Alkalicellulose
Prosedyre:
Cellulosen suspenderes i vann, og natriumhydroksidløsning tilsettes. Konsentrasjonen av NaOH varierer typisk fra 10-30%, og reaksjonen utføres ved temperaturer mellom 20-40°C.
Blandingen omrøres for å sikre jevn absorpsjon av alkaliet, noe som fører til dannelse av alkalicellulose. Dette mellomproduktet er mer reaktivt overfor etylenoksid, noe som letter foretringsprosessen.
3. Foretring
Nøkkeltrinnet i fremstillingen av hydroksyetylcellulose er foretringen av alkalicellulose med etylenoksyd. Denne reaksjonen introduserer hydroksyetylgrupper (-CH2CH2OH) i celluloseryggraden, noe som gjør den vannløselig.
Reaksjon:
Alkalicellulose+etylenoksid→hydroksyetylcellulose+NaOH
Prosedyre:
Etylenoksid tilsettes til alkalicellulosen, enten i en batch eller kontinuerlig prosess. Reaksjonen utføres typisk i en autoklav eller trykkreaktor.
Reaksjonsbetingelsene, inkludert temperatur (50-100°C) og trykk (1-5 atm), kontrolleres nøye for å sikre optimal substitusjon av hydroksyetylgrupper. Substitusjonsgraden (DS) og molar substitusjon (MS) er kritiske parametere som påvirker egenskapene til sluttproduktet.
4. Nøytralisering
Etter foretringsreaksjonen inneholder blandingen hydroksyetylcellulose og gjenværende natriumhydroksyd. Neste trinn er nøytralisering, hvor overskudd av alkali nøytraliseres ved hjelp av en syre, typisk eddiksyre (CH3COOH) eller saltsyre (HCl).
Reaksjon: NaOH+HCl→NaCl+H2O
Prosedyre:
Syren tilsettes sakte til reaksjonsblandingen under kontrollerte betingelser for å unngå overdreven varme og forhindre nedbrytning av hydroksyetylcellulose.
Den nøytraliserte blandingen utsettes deretter for pH-justering for å sikre at den er innenfor ønsket område, typisk rundt nøytral pH (6-8).
5. Vasking
Etter nøytralisering må produktet vaskes for å fjerne salter og andre biprodukter. Dette trinnet er avgjørende for å oppnå ren hydroksyetylcellulose.
Prosedyre:
Reaksjonsblandingen fortynnes med vann, og hydroksyetylcellulosen separeres ved filtrering eller sentrifugering.
Den separerte hydroksyetylcellulosen vaskes gjentatte ganger med avionisert vann for å fjerne gjenværende salter og urenheter. Vaskeprosessen fortsetter til vaskevannet når en spesifisert ledningsevne, noe som indikerer fjerning av løselige urenheter.
6. Tørking
Det siste trinnet i fremstillingen av hydroksyetylcellulose er tørking. Dette trinnet fjerner overflødig vann, og gir et tørt, pulverisert produkt som er egnet for ulike bruksområder.
Prosedyre:
Den vaskede hydroksyetylcellulosen spres på tørkebrett eller transporteres gjennom en tørketunnel. Tørketemperaturen er nøye kontrollert for å unngå termisk nedbrytning, vanligvis fra 50-80°C.
Alternativt kan spraytørking brukes for rask og effektiv tørking. Ved spraytørking forstøves den vandige hydroksyetylcelluloseløsningen til fine dråper og tørkes i en varmluftstrøm, noe som resulterer i et fint pulver.
Det tørkede produktet males deretter til ønsket partikkelstørrelse og pakkes for lagring og distribusjon.
Kvalitetskontroll og applikasjoner
Gjennom forberedelsesprosessen implementeres strenge kvalitetskontrolltiltak for å sikre konsistensen og kvaliteten til hydroksyetylcellulose. Nøkkelparametere som viskositet, substitusjonsgrad, fuktighetsinnhold og partikkelstørrelse overvåkes regelmessig.
Søknader:
Farmasøytiske midler: Brukes som fortykningsmiddel, bindemiddel og stabilisator i formuleringer som tabletter, suspensjoner og salver.
Kosmetikk: Gir viskositet og tekstur til produkter som kremer, lotioner og sjampoer.
Maling og belegg: Fungerer som et fortykningsmiddel og reologimodifiserende middel, og forbedrer påføringsegenskapene og stabiliteten til malinger.
Næringsmiddelindustri: Fungerer som fortykningsmiddel, stabilisator og emulgator i ulike matvarer.
Fremstillingen av hydroksyetylcellulose involverer en rekke veldefinerte kjemiske og mekaniske prosesser som tar sikte på å modifisere cellulose for å introdusere hydroksyetylgrupper. Hvert trinn, fra celluloserensing til tørking, er avgjørende for å bestemme kvaliteten og funksjonaliteten til sluttproduktet. Hydroksyetylcelluloses allsidige egenskaper gjør den til en uvurderlig ingrediens i en rekke bransjer, og understreker viktigheten av presis produksjonspraksis for å møte de spesifikke kravene til ulike bruksområder.
Innleggstid: 28. mai 2024