การเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลส (HEC) เป็นโพลิเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำที่ละลายน้ำได้จากเซลลูโลสพอลิเมอร์ธรรมชาติที่พบในผนังเซลล์ของพืช มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงเวชภัณฑ์เครื่องสำอางสีและกาวเนื่องจากความหนาที่ยอดเยี่ยมการขึ้นรูปฟิล์มและคุณสมบัติการไหล การเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสนั้นเกี่ยวข้องกับการเกิดอีเธอีลัสของเซลลูโลสกับเอทิลีนออกไซด์ภายใต้สภาวะอัลคาไลน์ กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอนสำคัญ: การทำให้บริสุทธิ์เซลลูโลส, อัลคาไลซ์, อีเทอร์ไฟ, การทำให้เป็นกลาง, การล้างและการอบแห้ง

1. การทำให้บริสุทธิ์เซลลูโลส
ขั้นตอนแรกในการเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสคือการทำให้บริสุทธิ์ของเซลลูโลสซึ่งโดยทั่วไปมาจากเยื่อกระดาษหรือผ้าฝ้าย เซลลูโลสดิบมีสิ่งสกปรกเช่นลิกนินเฮมิเซลลูโลสและสารสกัดอื่น ๆ ที่ต้องถูกลบออกเพื่อให้ได้เซลลูโลสที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งเหมาะสมสำหรับการปรับเปลี่ยนสารเคมี

ขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง:

การประมวลผลเชิงกล: เซลลูโลสดิบได้รับการประมวลผลทางกลไกเพื่อลดขนาดและเพิ่มพื้นที่ผิวของมันช่วยให้การรักษาทางเคมีที่ตามมา
การรักษาด้วยสารเคมี: เซลลูโลสได้รับการรักษาด้วยสารเคมีเช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และโซเดียมซัลไฟต์ (Na2SO3) เพื่อสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลสตามด้วยการซักและการฟอกสีเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกที่เหลือและได้รับเซลลูโลสสีขาว

2. อัลคาไลซ์
เซลลูโลสที่บริสุทธิ์จะถูกทำให้เป็นด่างเพื่อเปิดใช้งานสำหรับปฏิกิริยาอีเทอร์ไฟ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการรักษาเซลลูโลสด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์

ปฏิกิริยา:
เซลลูโลส+NaOH →อัลคาไลเซลลูโลส

ขั้นตอน:

เซลลูโลสถูกแขวนในน้ำและเพิ่มสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้นของ NaOH มักจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10-30%และปฏิกิริยาจะดำเนินการที่อุณหภูมิระหว่าง 20-40 ° C
ส่วนผสมจะถูกกวนเพื่อให้แน่ใจว่าการดูดซับอัลคาไลอย่างสม่ำเสมอซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเซลลูโลสอัลคาไล ระดับกลางนี้มีปฏิกิริยาต่อเอทิลีนออกไซด์มากขึ้นซึ่งช่วยให้กระบวนการอีเทอร์

3. Etherification
ขั้นตอนสำคัญในการเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสคือการเกิดอีเธอร์ของเซลลูโลสอัลคาไลกับเอทิลีนออกไซด์ ปฏิกิริยานี้แนะนำกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล (-CH2CH2OH) ลงในกระดูกสันหลังเซลลูโลสทำให้ละลายน้ำได้

ปฏิกิริยา:
อัลคาไลเซลลูโลส+เอทิลีนออกไซด์→ไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลส+NaOH

ขั้นตอน:

เอทิลีนออกไซด์จะถูกเพิ่มเข้าไปในเซลลูโลสอัลคาไลไม่ว่าจะเป็นแบทช์หรือกระบวนการต่อเนื่อง โดยทั่วไปปฏิกิริยาจะดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์นวนิยายหรือเครื่องปฏิกรณ์ความดัน
เงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยารวมถึงอุณหภูมิ (50-100 ° C) และความดัน (1-5 atm) ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีการทดแทนกลุ่มไฮดรอกซีเอธิลที่เหมาะสมที่สุด ระดับของการทดแทน (DS) และการทดแทนโมลาร์ (MS) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

4. การวางตัวเป็นกลาง
หลังจากปฏิกิริยาของอีเธอร์ฟิวชั่นส่วนผสมจะมีไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสและโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เหลือ ขั้นตอนต่อไปคือการวางตัวเป็นกลางซึ่งอัลคาไลส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางโดยใช้กรดโดยทั่วไปแล้วกรดอะซิติก (CH3COOH) หรือกรดไฮโดรคลอริก (HCL)

ปฏิกิริยา: NaOH+HCl → NaCl+H2O

ขั้นตอน:

กรดจะถูกเพิ่มเข้ากับส่วนผสมของปฏิกิริยาอย่างช้าๆภายใต้สภาวะควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนที่มากเกินไปและป้องกันการสลายตัวของเซลลูโลสไฮดรอกซีเอธิล
ส่วนผสมที่เป็นกลางจะถูกปรับค่า pH เพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในช่วงที่ต้องการโดยทั่วไปจะเป็นค่า pH ที่เป็นกลาง (6-8)
5. ซักผ้า
หลังจากการวางตัวเป็นกลางผลิตภัณฑ์จะต้องล้างเพื่อกำจัดเกลือและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ขั้นตอนนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการได้รับไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสบริสุทธิ์

ขั้นตอน:

ส่วนผสมของปฏิกิริยาจะถูกเจือจางด้วยน้ำและไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสจะถูกคั่นด้วยการกรองหรือการหมุนเหวี่ยง
ไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสที่แยกจากกันจะถูกล้างซ้ำ ๆ ด้วยน้ำที่ปราศจากไอออนเพื่อกำจัดเกลือและสิ่งสกปรกที่เหลือ กระบวนการซักยังคงดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำล้างจะมาถึงค่าการนำไฟฟ้าที่ระบุซึ่งบ่งบอกถึงการกำจัดสิ่งสกปรกที่ละลายน้ำได้
6. การอบแห้ง
ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสคือการอบแห้ง ขั้นตอนนี้จะกำจัดน้ำส่วนเกินให้ผลิตภัณฑ์แห้งและผงเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

ขั้นตอน:

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ล้างแล้วจะแพร่กระจายบนถาดอบแห้งหรือส่งผ่านอุโมงค์อบแห้ง อุณหภูมิการอบแห้งจะถูกควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการย่อยสลายด้วยความร้อนโดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 50-80 ° C
อีกวิธีหนึ่งคือการอบแห้งสเปรย์สามารถใช้สำหรับการอบแห้งอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ในการอบแห้งสเปรย์สารละลายไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสน้ำจะถูกทำให้เป็นหยดน้ำดีและทำให้แห้งในกระแสอากาศร้อนทำให้เกิดผงละเอียด
จากนั้นผลิตภัณฑ์แห้งจะถูกบดให้เป็นขนาดอนุภาคที่ต้องการและบรรจุเพื่อจัดเก็บและจัดจำหน่าย
การควบคุมคุณภาพและแอปพลิเคชัน
ตลอดกระบวนการเตรียมการมีการดำเนินการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสอดคล้องและคุณภาพของไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลส พารามิเตอร์สำคัญเช่นความหนืดระดับของการทดแทนปริมาณความชื้นและขนาดอนุภาคจะถูกตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ

แอปพลิเคชัน:

เภสัชกรรม: ใช้เป็นสารหนา, สารยึดเกาะและโคลงในสูตรเช่นแท็บเล็ต, สารแขวนลอยและขี้ผึ้ง
เครื่องสำอาง: ให้ความหนืดและเนื้อสัมผัสกับผลิตภัณฑ์เช่นครีมโลชั่นและแชมพู
สีและการเคลือบ: ทำหน้าที่เป็นตัวดัดแปลงข้นและการไหลของ Rheology ปรับปรุงคุณสมบัติการใช้งานและความมั่นคงของสี
อุตสาหกรรมอาหาร: ทำหน้าที่เป็นเครื่องข้น, ความมั่นคง, และอิมัลซิไฟเออร์ในผลิตภัณฑ์อาหารต่าง ๆ

การเตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสเกี่ยวข้องกับชุดของกระบวนการทางเคมีและกลไกที่กำหนดไว้อย่างดีโดยมีจุดประสงค์เพื่อปรับเปลี่ยนเซลลูโลสเพื่อแนะนำกลุ่มไฮดรอกซีเอธิล แต่ละขั้นตอนตั้งแต่การทำให้บริสุทธิ์เซลลูโลสไปจนถึงการอบแห้งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดคุณภาพและการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย คุณสมบัติอเนกประสงค์ของ Hydroxyethyl Cellulose ทำให้เป็นส่วนผสมที่มีค่าในหลายอุตสาหกรรมโดยเน้นถึงความสำคัญของแนวทางปฏิบัติด้านการผลิตที่แม่นยำเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานที่หลากหลาย