Hidroxietilceluloza (HEC) este un polimer neionic, solubil în apă, derivat din celuloză, un polimer natural care se găsește în pereții celulari ai plantelor. Este utilizat pe scară largă în diverse industrii, inclusiv farmaceutice, cosmetice, vopsele și adezivi, datorită proprietăților sale excelente de îngroșare, peliculă și reologice. Prepararea hidroxietil celulozei presupune eterificarea celulozei cu oxid de etilenă în condiții alcaline. Acest proces poate fi împărțit în mai multe etape cheie: purificarea celulozei, alcalinizare, eterificare, neutralizare, spălare și uscare.
1. Purificarea celulozei
Primul pas în prepararea hidroxietil celulozei este purificarea celulozei, obținută de obicei din pastă de lemn sau din bumbac. Celuloza brută conține impurități precum lignina, hemiceluloza și alte substanțe extractive care trebuie îndepărtate pentru a obține celuloză de înaltă puritate, potrivită pentru modificarea chimică.
Pași implicați:
Prelucrare mecanică: Celuloza brută este prelucrată mecanic pentru a-și reduce dimensiunea și a crește suprafața acesteia, facilitând tratamentele chimice ulterioare.
Tratament chimic: Celuloza este tratată cu substanțe chimice precum hidroxid de sodiu (NaOH) și sulfit de sodiu (Na2SO3) pentru a descompune lignina și hemiceluloza, urmate de spălare și albire pentru a îndepărta impuritățile reziduale și a obține o celuloză albă, fibroasă.
2. Alcalinizarea
Celuloza purificată este apoi alcalinizată pentru a o activa pentru reacția de eterificare. Aceasta implică tratarea celulozei cu o soluție apoasă de hidroxid de sodiu.
Reacţie:
Celuloză+NaOH→celuloză alcalină
Procedură:
Celuloza este suspendată în apă și se adaugă soluție de hidroxid de sodiu. Concentrația de NaOH variază în mod obișnuit de la 10-30%, iar reacția este efectuată la temperaturi între 20-40°C.
Amestecul este agitat pentru a asigura absorbția uniformă a alcalinei, ducând la formarea celulozei alcaline. Acest intermediar este mai reactiv față de oxidul de etilenă, facilitând procesul de eterificare.
3. Eterificare
Etapa cheie în prepararea hidroxietil celulozei este eterificarea celulozei alcaline cu oxid de etilenă. Această reacție introduce grupări hidroxietil (-CH2CH2OH) în scheletul celulozei, făcându-l solubil în apă.
Reacţie:
Celuloză alcalină+Oxid de etilenă→Hidroxietil celuloză+NaOH
Procedură:
Oxidul de etilenă este adăugat la celuloza alcalină, fie într-un proces discontinuu, fie continuu. Reacția este de obicei condusă într-o autoclavă sau într-un reactor sub presiune.
Condițiile de reacție, inclusiv temperatura (50-100°C) și presiunea (1-5 atm), sunt controlate cu atenție pentru a asigura substituția optimă a grupărilor hidroxietil. Gradul de substituție (DS) și substituția molară (MS) sunt parametri critici care influențează proprietățile produsului final.
4. Neutralizarea
După reacția de eterificare, amestecul conține hidroxietil celuloză și hidroxid de sodiu rezidual. Următoarea etapă este neutralizarea, în care excesul de alcali este neutralizat folosind un acid, de obicei acid acetic (CH3COOH) sau acid clorhidric (HCl).
Reacție: NaOH+HCI→NaCl+H2O
Procedură:
Acidul este adăugat lent la amestecul de reacție în condiții controlate pentru a evita căldura excesivă și pentru a preveni degradarea hidroxietil celulozei.
Amestecul neutralizat este apoi supus ajustării pH-ului pentru a se asigura că se află în intervalul dorit, de obicei în jurul pH-ului neutru (6-8).
5. Spălarea
După neutralizare, produsul trebuie spălat pentru a îndepărta sărurile și alte produse secundare. Această etapă este crucială pentru obținerea hidroxietilcelulozei pure.
Procedură:
Amestecul de reacție este diluat cu apă, iar hidroxietil celuloza este separată prin filtrare sau centrifugare.
Hidroxietil celuloza separată este spălată în mod repetat cu apă deionizată pentru a îndepărta sărurile reziduale și impuritățile. Procesul de spălare continuă până când apa de spălare atinge o conductivitate specificată, indicând eliminarea impurităților solubile.
6. Uscarea
Etapa finală în prepararea hidroxietil celulozei este uscarea. Acest pas îndepărtează excesul de apă, obținând un produs uscat, sub formă de pulbere, potrivit pentru diverse aplicații.
Procedură:
Hidroxietil celuloza spălată este răspândită pe tăvi de uscare sau transportată printr-un tunel de uscare. Temperatura de uscare este controlată cu atenție pentru a evita degradarea termică, de obicei variind între 50-80°C.
Alternativ, uscarea prin pulverizare poate fi utilizată pentru uscare rapidă și eficientă. La uscare prin pulverizare, soluția apoasă de hidroxietil celuloză este atomizată în picături fine și uscată într-un curent de aer fierbinte, rezultând o pulbere fină.
Produsul uscat este apoi măcinat la dimensiunea dorită a particulei și ambalat pentru depozitare și distribuție.
Controlul calității și aplicații
Pe tot parcursul procesului de preparare sunt implementate măsuri riguroase de control al calității pentru a asigura consistența și calitatea hidroxietilcelulozei. Parametrii cheie precum vâscozitatea, gradul de înlocuire, conținutul de umiditate și dimensiunea particulelor sunt monitorizați în mod regulat.
Aplicatii:
Produse farmaceutice: utilizate ca agent de îngroșare, liant și stabilizator în formulări precum tablete, suspensii și unguente.
Cosmetice: Oferă vâscozitate și textura produselor precum creme, loțiuni și șampoane.
Vopsele și acoperiri: Acționează ca un agent de îngroșare și modificator de reologie, îmbunătățind proprietățile de aplicare și stabilitatea vopselelor.
Industria alimentară: funcționează ca un agent de îngroșare, stabilizator și emulgator în diferite produse alimentare.
Prepararea hidroxietil celulozei implică o serie de procese chimice și mecanice bine definite care vizează modificarea celulozei pentru a introduce grupări hidroxietil. Fiecare etapă, de la purificarea celulozei până la uscare, este crucială în determinarea calității și funcționalității produsului final. Proprietățile versatile ale hidroxietilcelulozei o fac un ingredient de neprețuit în numeroase industrii, subliniind importanța unor practici precise de fabricație pentru a îndeplini cerințele specifice ale diferitelor aplicații.
Ora postării: 28-mai-2024