Hidroksietilceluloza (HEC) je neionski, vodotopen polimer, pridobljen iz celuloze, naravnega polimera, ki ga najdemo v celičnih stenah rastlin. Široko se uporablja v različnih panogah, vključno s farmacevtskimi, kozmetičnimi, barvami in lepili, zaradi odličnih lastnosti zgoščevanja, tvorbe filma in reoloških lastnosti. Priprava hidroksietil celuloze vključuje eterifikacijo celuloze z etilen oksidom v alkalnih pogojih. Ta proces je mogoče razdeliti na več ključnih korakov: čiščenje celuloze, alkalizacija, eterifikacija, nevtralizacija, pranje in sušenje.
1. Čiščenje celuloze
Prvi korak pri pripravi hidroksietil celuloze je čiščenje celuloze, običajno pridobljene iz lesne celuloze ali bombažnega linterja. Surova celuloza vsebuje nečistoče, kot so lignin, hemiceluloza in drugi ekstrakti, ki jih je treba odstraniti, da dobimo celulozo visoke čistosti, primerno za kemično modifikacijo.
Vključeni koraki:
Mehanska obdelava: Surova celuloza je mehansko obdelana, da se zmanjša njena velikost in poveča njena površina, kar olajša kasnejšo kemično obdelavo.
Kemična obdelava: Celulozo obdelamo s kemikalijami, kot sta natrijev hidroksid (NaOH) in natrijev sulfit (Na2SO3), da razgradimo lignin in hemicelulozo, čemur sledi pranje in beljenje, da se odstranijo preostale nečistoče in dobimo belo, vlaknato celulozo.
2. Alkalizacija
Očiščeno celulozo nato alkaliziramo, da jo aktiviramo za reakcijo eterifikacije. To vključuje obdelavo celuloze z vodno raztopino natrijevega hidroksida.
Reakcija:
Celuloza+NaOH→Alkalna celuloza
Postopek:
Celulozo suspendiramo v vodi in dodamo raztopino natrijevega hidroksida. Koncentracija NaOH se običajno giblje od 10-30%, reakcija pa poteka pri temperaturah med 20-40°C.
Zmes mešamo, da zagotovimo enakomerno absorpcijo alkalije, kar povzroči nastanek alkalne celuloze. Ta intermediat je bolj reaktiven proti etilen oksidu, kar olajša proces eterifikacije.
3. Eterifikacija
Ključni korak pri pripravi hidroksietil celuloze je eterifikacija alkalne celuloze z etilen oksidom. Ta reakcija uvede hidroksietilne skupine (-CH2CH2OH) v celulozno ogrodje, zaradi česar je topen v vodi.
Reakcija:
Alkalna celuloza + etilen oksid → hidroksietil celuloza + NaOH
Postopek:
Etilen oksid dodamo alkalijski celulozi, bodisi v šaržnem ali kontinuiranem postopku. Reakcija se običajno izvaja v avtoklavu ali tlačnem reaktorju.
Reakcijski pogoji, vključno s temperaturo (50-100 °C) in tlakom (1-5 atm), so skrbno nadzorovani, da se zagotovi optimalna substitucija hidroksietilnih skupin. Stopnja substitucije (DS) in molarna substitucija (MS) sta kritična parametra, ki vplivata na lastnosti končnega produkta.
4. Nevtralizacija
Po reakciji eterifikacije mešanica vsebuje hidroksietil celulozo in ostanek natrijevega hidroksida. Naslednji korak je nevtralizacija, kjer presežek alkalije nevtraliziramo s kislino, običajno ocetno kislino (CH3COOH) ali klorovodikovo kislino (HCl).
Reakcija: NaOH+HCl→NaCl+H2O
Postopek:
Kislino počasi dodajamo reakcijski zmesi pod nadzorovanimi pogoji, da se izognemo prekomerni toploti in preprečimo razgradnjo hidroksietil celuloze.
Nevtralizirani zmesi se nato prilagodi pH, da se zagotovi, da je znotraj želenega območja, običajno okoli nevtralnega pH (6-8).
5. Pranje
Po nevtralizaciji je treba izdelek oprati, da odstranimo soli in druge stranske produkte. Ta korak je ključen za pridobivanje čiste hidroksietil celuloze.
Postopek:
Reakcijsko zmes razredčimo z vodo in hidroksietil celulozo ločimo s filtracijo ali centrifugiranjem.
Ločeno hidroksietil celulozo večkrat speremo z deionizirano vodo, da odstranimo ostanke soli in nečistoč. Postopek pranja se nadaljuje, dokler voda za pranje ne doseže določene prevodnosti, kar kaže na odstranitev topnih nečistoč.
6. Sušenje
Zadnji korak pri pripravi hidroksietil celuloze je sušenje. Ta korak odstrani odvečno vodo in nastane suh izdelek v prahu, primeren za različne namene.
Postopek:
Oprano hidroksietil celulozo razporedimo po sušilnih pladnjih ali peljemo skozi sušilni tunel. Temperatura sušenja je skrbno nadzorovana, da se prepreči toplotna degradacija, običajno v razponu od 50-80 °C.
Za hitro in učinkovito sušenje lahko uporabite tudi sušenje z razprševanjem. Pri sušenju z razprševanjem se vodna raztopina hidroksietil celuloze razprši v fine kapljice in posuši v toku vročega zraka, kar povzroči fin prah.
Posušen izdelek se nato zmelje na želeno velikost delcev in zapakira za shranjevanje in distribucijo.
Kontrola kakovosti in aplikacije
V celotnem procesu priprave se izvajajo strogi ukrepi za nadzor kakovosti, da se zagotovi konsistentnost in kakovost hidroksietil celuloze. Ključni parametri, kot so viskoznost, stopnja substitucije, vsebnost vlage in velikost delcev, se redno spremljajo.
Aplikacije:
Farmacevtski izdelki: Uporablja se kot zgoščevalec, vezivo in stabilizator v formulacijah, kot so tablete, suspenzije in mazila.
Kozmetika: zagotavlja viskoznost in teksturo izdelkom, kot so kreme, losjoni in šamponi.
Barve in premazi: deluje kot zgoščevalec in modifikator reologije, izboljša lastnosti nanašanja in stabilnost barv.
Živilska industrija: deluje kot zgoščevalec, stabilizator in emulgator v različnih prehrambenih izdelkih.
Priprava hidroksietil celuloze vključuje vrsto natančno definiranih kemičnih in mehanskih postopkov, katerih cilj je modificiranje celuloze za uvedbo hidroksietilnih skupin. Vsak korak, od čiščenja celuloze do sušenja, je ključen pri določanju kakovosti in funkcionalnosti končnega izdelka. Zaradi vsestranskih lastnosti hidroksietil celuloze je neprecenljiva sestavina v številnih panogah, kar poudarja pomen natančnih proizvodnih praks za izpolnjevanje posebnih zahtev različnih aplikacij.
Čas objave: 28. maj 2024