การเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) เป็นโพลีเมอร์ชนิดไม่มีไอออนิกที่ละลายน้ำได้ซึ่งได้มาจากเซลลูโลส ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่พบในผนังเซลล์ของพืช มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงยา เครื่องสำอาง สี และกาว เนื่องจากมีความหนาที่ดีเยี่ยม การขึ้นรูปฟิล์ม และคุณสมบัติทางรีโอโลยี การเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเกี่ยวข้องกับการทำให้เซลลูโลสเป็นอีเธอร์กับเอทิลีนออกไซด์ภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอนสำคัญ: การทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์, การทำให้เป็นด่าง, การทำให้เป็นกรด, การทำให้เป็นกลาง, การซัก และการทำให้แห้ง

1. การทำให้บริสุทธิ์ด้วยเซลลูโลส
ขั้นตอนแรกในการเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือการทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์ ซึ่งโดยทั่วไปได้มาจากเยื่อไม้หรือเศษสำลี เซลลูโลสดิบมีสิ่งเจือปน เช่น ลิกนิน เฮมิเซลลูโลส และสารสกัดอื่นๆ ที่ต้องกำจัดออกเพื่อให้ได้เซลลูโลสที่มีความบริสุทธิ์สูง เหมาะสำหรับการดัดแปลงทางเคมี

ขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง:

การประมวลผลทางกล: เซลลูโลสดิบได้รับการประมวลผลทางกลไกเพื่อลดขนาดและเพิ่มพื้นที่ผิว อำนวยความสะดวกในการบำบัดทางเคมีในภายหลัง
การบำบัดทางเคมี: เซลลูโลสได้รับการบำบัดด้วยสารเคมี เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และโซเดียมซัลไฟต์ (Na2SO3) เพื่อสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ตามด้วยการล้างและฟอกขาวเพื่อขจัดสิ่งเจือปนที่ตกค้าง และได้เซลลูโลสที่มีเส้นใยสีขาว

2. การทำให้เป็นด่าง
จากนั้นเซลลูโลสบริสุทธิ์จะถูกทำให้เป็นด่างเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชัน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการบำบัดเซลลูโลสด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เป็นน้ำ

ปฏิกิริยา:
เซลลูโลส+NaOH →เซลลูโลสอัลคาไล

ขั้นตอน:

เซลลูโลสถูกแขวนลอยอยู่ในน้ำและเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยทั่วไปความเข้มข้นของ NaOH จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10-30% และปฏิกิริยาจะดำเนินการที่อุณหภูมิระหว่าง 20-40°C
ส่วนผสมถูกกวนเพื่อให้แน่ใจว่าการดูดซึมอัลคาไลสม่ำเสมอ นำไปสู่การก่อตัวของเซลลูโลสอัลคาไล สารตัวกลางนี้มีปฏิกิริยาต่อเอทิลีนออกไซด์มากกว่า ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการอีเธอริฟิเคชัน

3. อีเทอร์ริฟิเคชั่น
ขั้นตอนสำคัญในการเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือการสร้างอีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลสอัลคาไลด้วยเอทิลีนออกไซด์ ปฏิกิริยานี้แนะนำหมู่ไฮดรอกซีเอทิล (-CH2CH2OH) เข้าไปในแกนหลักของเซลลูโลส ทำให้ละลายน้ำได้

ปฏิกิริยา:
เซลลูโลสอัลคาไล+เอทิลีนออกไซด์→ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส+NaOH

ขั้นตอน:

เอทิลีนออกไซด์จะถูกเติมลงในเซลลูโลสอัลคาไล ไม่ว่าจะเป็นแบบแบทช์หรือแบบต่อเนื่อง โดยทั่วไปปฏิกิริยาจะดำเนินการในหม้อนึ่งความดันหรือเครื่องปฏิกรณ์แรงดัน
สภาวะของปฏิกิริยา รวมถึงอุณหภูมิ (50-100°C) และความดัน (1-5 atm) ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าจะมีการทดแทนหมู่ไฮดรอกซีเอทิลอย่างเหมาะสมที่สุด ระดับของการทดแทน (DS) และการทดแทนฟันกราม (MS) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

4. การวางตัวเป็นกลาง
หลังจากปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชัน ส่วนผสมประกอบด้วยไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสและโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ตกค้าง ขั้นตอนต่อไปคือการทำให้เป็นกลาง โดยที่อัลคาไลส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางโดยใช้กรด ซึ่งโดยทั่วไปคือกรดอะซิติก (CH3COOH) หรือกรดไฮโดรคลอริก (HCl)

ปฏิกิริยา:NaOH+HCl→NaCl+H2O

ขั้นตอน:

กรดจะถูกเติมอย่างช้าๆ ลงในส่วนผสมของปฏิกิริยาภายใต้สภาวะควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนที่มากเกินไปและป้องกันการย่อยสลายของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส
จากนั้นส่วนผสมที่ทำให้เป็นกลางจะต้องปรับ pH เพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในช่วงที่ต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ pH เป็นกลาง (6-8)
5. ซักผ้า
หลังจากการทำให้เป็นกลาง ต้องล้างผลิตภัณฑ์เพื่อขจัดเกลือและผลพลอยได้อื่นๆ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้รับไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสบริสุทธิ์

ขั้นตอน:

ส่วนผสมของปฏิกิริยาถูกเจือจางด้วยน้ำ และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสถูกแยกออกโดยการกรองหรือการหมุนเหวี่ยง
ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่แยกออกมาจะถูกล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนซ้ำๆ เพื่อขจัดเกลือและสิ่งสกปรกที่ตกค้าง กระบวนการซักจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งน้ำล้างถึงค่าการนำไฟฟ้าที่กำหนด ซึ่งบ่งชี้ถึงการกำจัดสิ่งเจือปนที่ละลายน้ำได้
6. การอบแห้ง
ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือการทำให้แห้ง ขั้นตอนนี้จะขจัดน้ำส่วนเกินออก ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผงแห้งเหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ

ขั้นตอน:

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ล้างแล้วจะถูกกระจายบนถาดทำให้แห้งหรือลำเลียงผ่านอุโมงค์ทำให้แห้ง อุณหภูมิในการอบแห้งได้รับการควบคุมอย่างรอบคอบเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพจากความร้อน โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 50-80°C
อีกวิธีหนึ่ง สามารถใช้การทำแห้งแบบพ่นฝอยเพื่อให้แห้งอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ในการทําแห้งแบบพ่นฝอย สารละลายไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่เป็นน้ำจะถูกทำให้เป็นละอองละเอียดและแห้งในกระแสลมร้อน ทำให้เกิดเป็นผงละเอียด
จากนั้นจึงบดผลิตภัณฑ์แห้งให้ได้ขนาดอนุภาคที่ต้องการและบรรจุเพื่อจัดเก็บและจำหน่าย
การควบคุมคุณภาพและการใช้งาน
ตลอดกระบวนการเตรียมการ มีการใช้มาตรการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอและคุณภาพของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส มีการตรวจสอบพารามิเตอร์หลัก เช่น ความหนืด ระดับของการทดแทน ปริมาณความชื้น และขนาดอนุภาคอย่างสม่ำเสมอ

การใช้งาน:

ยา: ใช้เป็นสารเพิ่มความหนา สารยึดเกาะ และความคงตัวในสูตรต่างๆ เช่น ยาเม็ด สารแขวนลอย และขี้ผึ้ง
เครื่องสำอาง: ให้ความหนืดและเนื้อสัมผัสแก่ผลิตภัณฑ์ เช่น ครีม โลชั่น และแชมพู
สีและสารเคลือบ: ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้นและสารปรับสภาพการไหล ปรับปรุงคุณสมบัติการใช้งานและความเสถียรของสี
อุตสาหกรรมอาหาร: ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้น ความคงตัว และอิมัลซิไฟเออร์ในผลิตภัณฑ์อาหารต่างๆ

การเตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเกี่ยวข้องกับชุดของกระบวนการทางเคมีและทางกลที่กำหนดไว้อย่างดี โดยมุ่งเป้าไปที่การปรับเปลี่ยนเซลลูโลสเพื่อแนะนำหมู่ไฮดรอกซีเอทิล แต่ละขั้นตอนตั้งแต่การทำให้เซลลูโลสบริสุทธิ์ไปจนถึงการทำให้แห้ง มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดคุณภาพและฟังก์ชันการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย คุณสมบัติอเนกประสงค์ของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสทำให้เป็นส่วนผสมที่ทรงคุณค่าในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญของวิธีปฏิบัติในการผลิตที่แม่นยำเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของการใช้งานต่างๆ