การเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) เป็นพอลิเมอร์ชนิดไม่ละลายน้ำได้ซึ่งสกัดมาจากเซลลูโลส ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติที่พบในผนังเซลล์ของพืช มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงยา เครื่องสำอาง สี และกาว เนื่องจากมีคุณสมบัติในการทำให้หนาขึ้น สร้างฟิล์ม และรีโอโลยีได้ดีเยี่ยม การเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเกี่ยวข้องกับการทำให้เซลลูโลสเกิดอีเทอร์ด้วยเอทิลีนออกไซด์ภายใต้สภาวะด่าง กระบวนการนี้สามารถแบ่งย่อยออกเป็นขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน ได้แก่ การทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์ การทำให้เป็นด่าง การทำให้อีเทอร์ การทำให้เป็นกลาง การซัก และการทำให้แห้ง

1. การทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์
ขั้นตอนแรกในการเตรียมเซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลคือการทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์ ซึ่งโดยทั่วไปจะมาจากเยื่อไม้หรือเศษผ้าฝ้าย เซลลูโลสดิบมีสิ่งเจือปน เช่น ลิกนิน เฮมิเซลลูโลส และสารสกัดอื่นๆ ที่ต้องกำจัดออกเพื่อให้ได้เซลลูโลสที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งเหมาะสำหรับการดัดแปลงทางเคมี

ขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง:

การแปรรูปทางกล: เซลลูโลสดิบได้รับการประมวลผลทางกลเพื่อลดขนาดและเพิ่มพื้นที่ผิว ช่วยให้กระบวนการทางเคมีในภายหลังเป็นไปได้ง่ายขึ้น
การบำบัดทางเคมี: เซลลูโลสจะได้รับการบำบัดด้วยสารเคมี เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และโซเดียมซัลไฟต์ (Na2SO3) เพื่อสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ตามด้วยการล้างและฟอกสีเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกที่เหลือและได้เซลลูโลสที่มีเส้นใยสีขาว

2. การทำให้เป็นด่าง
จากนั้นเซลลูโลสที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์จะถูกทำให้เป็นด่างเพื่อกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการบำบัดเซลลูโลสด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ

ปฏิกิริยา:
เซลลูโลส+NaOH→เซลลูโลสอัลคาไล

ขั้นตอน:

เซลลูโลสจะถูกแขวนลอยในน้ำ จากนั้นจึงเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงไป โดยทั่วไปความเข้มข้นของ NaOH จะอยู่ระหว่าง 10-30% และปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิระหว่าง 20-40°C
คนส่วนผสมให้เข้ากันเพื่อให้แน่ใจว่าสารอัลคาไลจะถูกดูดซึมได้สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดเซลลูโลสอัลคาไล สารตัวกลางนี้จะทำปฏิกิริยากับเอทิลีนออกไซด์ได้ดีกว่า จึงทำให้กระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชันเป็นไปได้ง่ายขึ้น

3. การเกิดอีเทอร์ริฟิเคชัน
ขั้นตอนสำคัญในการเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือการเปลี่ยนเซลลูโลสอัลคาไลให้เป็นอีเทอร์ด้วยเอทิลีนออกไซด์ ปฏิกิริยานี้จะนำกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล (-CH2CH2OH) เข้าสู่แกนเซลลูโลส ทำให้เซลลูโลสละลายน้ำได้

ปฏิกิริยา:
เซลลูโลสอัลคาไล+เอทิลีนออกไซด์→ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส+NaOH

ขั้นตอน:

เอทิลีนออกไซด์จะถูกเติมลงในเซลลูโลสอัลคาไล โดยอาจเป็นกระบวนการแบบแบตช์หรือแบบต่อเนื่อง โดยทั่วไปปฏิกิริยาจะดำเนินการในหม้ออัดไอน้ำหรือเครื่องปฏิกรณ์แรงดัน
สภาวะปฏิกิริยาต่างๆ รวมถึงอุณหภูมิ (50-100°C) และความดัน (1-5 บรรยากาศ) ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีการทดแทนกลุ่มไฮดรอกซีเอทิลอย่างเหมาะสมที่สุด ระดับของการทดแทน (DS) และการทดแทนโมลาร์ (MS) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

4. การทำให้เป็นกลาง
หลังจากปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชัน ส่วนผสมจะประกอบด้วยไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสและโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เหลือ ขั้นตอนต่อไปคือการทำให้เป็นกลาง โดยที่ด่างส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางโดยใช้กรด โดยทั่วไปคือกรดอะซิติก (CH3COOH) หรือกรดไฮโดรคลอริก (HCl)

ปฏิกิริยา:NaOH+HCl→NaCl+H2O

ขั้นตอน:

กรดจะถูกเติมลงในส่วนผสมปฏิกิริยาอย่างช้าๆ ภายใต้สภาวะที่ควบคุม เพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนที่มากเกินไป และป้องกันการสลายตัวของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส
จากนั้นส่วนผสมที่ถูกทำให้เป็นกลางจะถูกปรับ pH เพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในช่วงที่ต้องการ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ pH กลาง (6-8)
5. การซักล้าง
หลังจากการทำให้เป็นกลางแล้ว จะต้องล้างผลิตภัณฑ์เพื่อขจัดเกลือและผลพลอยได้อื่นๆ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสบริสุทธิ์

ขั้นตอน:

ส่วนผสมปฏิกิริยาจะเจือจางด้วยน้ำ และแยกไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสด้วยการกรองหรือการปั่นเหวี่ยง
เซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลที่แยกออกมาจะถูกซักซ้ำๆ ด้วยน้ำดีไอออนไนซ์เพื่อกำจัดเกลือและสิ่งสกปรกที่เหลือ กระบวนการซักจะดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำซักจะถึงค่าการนำไฟฟ้าที่กำหนด ซึ่งบ่งชี้ว่าสิ่งสกปรกที่ละลายน้ำได้จะถูกกำจัดออกไป
6. การทำให้แห้ง
ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือการทำให้แห้ง ขั้นตอนนี้จะกำจัดน้ำส่วนเกินออก ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์แห้งเป็นผงที่เหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ

ขั้นตอน:

เซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลที่ล้างแล้วจะถูกกระจายบนถาดอบแห้งหรือส่งผ่านอุโมงค์อบแห้ง อุณหภูมิในการอบแห้งจะถูกควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 50-80°C
นอกจากนี้ ยังสามารถใช้การพ่นแห้งเพื่อให้แห้งอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพได้ ในการพ่นแห้ง สารละลายเซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลในน้ำจะถูกทำให้เป็นละอองเล็กๆ และทำให้แห้งในกระแสลมร้อน ส่งผลให้ได้ผงละเอียด
จากนั้นผลิตภัณฑ์แห้งจะถูกบดให้ได้ขนาดอนุภาคตามต้องการแล้วบรรจุเพื่อจัดเก็บและจัดจำหน่าย
การควบคุมคุณภาพและการใช้งาน
ตลอดกระบวนการเตรียมอาหาร มีการใช้มาตรการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสมีความสม่ำเสมอและมีคุณภาพ มีการตรวจสอบพารามิเตอร์สำคัญ เช่น ความหนืด ระดับการทดแทน ปริมาณความชื้น และขนาดอนุภาคเป็นประจำ

การใช้งาน:

ผลิตภัณฑ์ยา: ใช้เป็นสารเพิ่มความข้น สารยึดเกาะ และสารทำให้คงตัวในสูตรยาต่างๆ เช่น ยาเม็ด ยาแขวนลอย และยาขี้ผึ้ง
เครื่องสำอาง: ช่วยให้ผลิตภัณฑ์มีความหนืดและเนื้อสัมผัส เช่น ครีม โลชั่น และแชมพู
สีและสารเคลือบผิว: ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้นและตัวปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการไหล ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการใช้งานและความเสถียรของสี
อุตสาหกรรมอาหาร: ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้น สารคงตัว และอิมัลซิไฟเออร์ในผลิตภัณฑ์อาหารต่างๆ

การเตรียมเซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีและทางกลที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนชุดหนึ่ง ซึ่งมุ่งเป้าไปที่การปรับเปลี่ยนเซลลูโลสเพื่อนำกลุ่มไฮดรอกซีเอทิลเข้ามา แต่ละขั้นตอนตั้งแต่การทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์ไปจนถึงการทำให้แห้ง มีความสำคัญในการกำหนดคุณภาพและการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย คุณสมบัติที่หลากหลายของเซลลูโลสไฮดรอกซีเอทิลทำให้เป็นส่วนผสมที่มีคุณค่าอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของแนวทางการผลิตที่แม่นยำเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานต่างๆ