كيف يتم تصنيع هيدروكسي إيثيل السليلوز؟

هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) هو بوليمر شائع قابل للذوبان في الماء يستخدم على نطاق واسع في المواد الكيميائية اليومية والبناء والطلاءات والأدوية والمواد الغذائية وغيرها من الصناعات. وهو إيثر السليلوز غير الأيوني الذي يتم تصنيعه عن طريق تعديل السليلوز الطبيعي كيميائيًا. تتضمن عملية تصنيع هيدروكسي إيثيل السليلوز تفاعلات كيميائية معقدة، بما في ذلك استخلاص السليلوز، ومعالجة القلوية، وتفاعل الأثير، وما إلى ذلك. وفيما يلي مقدمة مفصلة لعملية التصنيع.

1. اختيار المواد الخام واستخلاص السليلوز
المادة الخام الأساسية لهيدروكسي إيثيل السليلوز هي السليلوز الطبيعي، والذي يأتي بشكل رئيسي من الخشب أو القطن أو الألياف النباتية الأخرى. إن محتوى السليلوز في جدران الخلايا النباتية مرتفع، ويمكن استخلاص السليلوز النقي من هذه المواد الطبيعية بوسائل ميكانيكية أو كيميائية. تتضمن عملية الاستخراج السحق وإزالة الشوائب (مثل اللجنين والهيميسيلولوز) والتبييض وخطوات أخرى.

استخلاص السليلوز: عادة ما تتم معالجة السليلوز الطبيعي ميكانيكياً أو كيميائياً لإزالة المواد غير السليلوزية للحصول على السليلوز عالي النقاء. يمكن أن تكون ألياف القطن ولب الخشب وما إلى ذلك مصادر شائعة للمواد الخام. أثناء عملية المعالجة، يتم استخدام القلويات (مثل هيدروكسيد الصوديوم) للمساعدة في إذابة المكونات غير السليلوزية، والباقي هو السليلوز بشكل رئيسي.
2. علاج القلوية
يجب أولاً قلوية السليلوز المنقى. تهدف هذه الخطوة إلى جعل مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في السلسلة الجزيئية السليلوزية أكثر نشاطًا بحيث يمكنها التفاعل بسهولة أكبر مع عامل الإثير. الخطوات الرئيسية لعلاج القلوية هي كما يلي:

تفاعل السليلوز مع القلويات: يتم خلط السليلوز مع مادة قلوية قوية (عادة هيدروكسيد الصوديوم) لإنتاج السليلوز القلوي (Alkali Cellulose). تتم هذه العملية عادة في وسط مائي. السليلوز القلوي هو نتاج تفاعل السليلوز وهيدروكسيد الصوديوم. تحتوي هذه المادة على بنية أكثر مرونة وتفاعلية أعلى، مما يؤدي إلى تفاعل الأثير اللاحق.
تحدث عملية القلونة بشكل رئيسي عند درجة حرارة ورطوبة مناسبة، عادة في حدود 20 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية لعدة ساعات لضمان تنشيط مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز بشكل كامل.

3. رد فعل الأثير
يعد الأثير خطوة أساسية في إنتاج هيدروكسي إيثيل السليلوز. يتم إنتاج هيدروكسي إيثيل السليلوز عن طريق تفاعل السليلوز القلوي مع أكسيد الإيثيلين لإدخال مجموعات هيدروكسي إيثيل. الخطوات المحددة هي كما يلي:

التفاعل مع أكسيد الإيثيلين: يتفاعل السليلوز القلوي مع كمية معينة من أكسيد الإيثيلين تحت ظروف درجة حرارة وضغط معينة. يفتح الهيكل الحلقي في أكسيد الإيثيلين لتكوين رابطة أثير، ويتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز، ويدخل مجموعات هيدروكسي إيثيل (-CH2CH2OH). يمكن لهذه العملية ضبط درجة الأثير عن طريق التحكم في ظروف التفاعل (مثل درجة الحرارة والضغط والوقت).
يتم إجراء التفاعل عادةً في بيئة قلوية لضمان كفاءة الأثير. درجة حرارة التفاعل بشكل عام هي 50 درجة مئوية ~ 100 درجة مئوية، وزمن التفاعل هو عدة ساعات. ومن خلال ضبط كمية أكسيد الإيثيلين، يمكن التحكم في درجة إحلال المنتج النهائي، أي عدد مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز التي يتم استبدالها بمجموعات الهيدروكسي إيثيل.

4. التحييد والغسيل
بعد اكتمال تفاعل الأثير، يجب تحييد المواد القلوية في نظام التفاعل. المُعادلات شائعة الاستخدام هي مواد حمضية، مثل حمض الأسيتيك أو حمض الهيدروكلوريك. ستعمل عملية المعادلة على تحييد القلويات الزائدة وتحويلها إلى أملاح، مما لن يؤثر على أداء المنتج.

تفاعل التعادل: أخرج المنتج من المفاعل وأضف كمية مناسبة من الحمض للتحييد حتى تصل قيمة الرقم الهيدروجيني في النظام إلى التعادل. لا تقوم هذه العملية بإزالة القلويات المتبقية فحسب، بل تقلل أيضًا من تأثير منتجات التفاعل الثانوية على أداء هيدروكسي إيثيل السليلوز.

الغسيل والتجفيف: يجب غسل المنتج المعادل عدة مرات، عادة بالماء أو الإيثانول والمذيبات الأخرى لغسل الشوائب المتبقية والمنتجات الثانوية. يتم تجفيف المنتج المغسول عن طريق الطرد المركزي والضغط على المرشح وطرق أخرى لتقليل محتوى الرطوبة.

5. التجفيف والسحق
بعد الغسيل والتجفيف، لا يزال هيدروكسي إيثيل السليلوز يحتوي على كمية معينة من الرطوبة ويحتاج إلى مزيد من التجفيف. يمكن إجراء عملية التجفيف عن طريق التجفيف بالهواء أو التجفيف بالفراغ لضمان ثبات المنتج بشكل جيد أثناء التخزين والاستخدام.

التجفيف: قم بتجفيف المنتج عند درجة حرارة معينة (عادة أقل من 60 درجة مئوية) لإزالة الرطوبة المتبقية. لا ينبغي أن تكون درجة حرارة التجفيف مرتفعة جدًا، وإلا فقد تتسبب في تدهور المنتج وتؤثر على أدائه.

التكسير والغربلة: عادة ما يوجد هيدروكسي إيثيل السليلوز المجفف على شكل كتل أو كتل، ويجب سحقه للحصول على مسحوق ناعم. يحتاج المنتج المسحوق أيضًا إلى الغربلة للحصول على توزيع لحجم الجسيمات يلبي المتطلبات لضمان ذوبانه وقابليته للتشتت في التطبيقات العملية.

6. اختبار وتعبئة المنتجات النهائية
بعد التصنيع، يحتاج هيدروكسي إيثيل السليلوز إلى اختبار الجودة للتأكد من أن مؤشرات الأداء الخاصة به تلبي المتطلبات القياسية. تتضمن عناصر الاختبار عادةً ما يلي:

قياس اللزوجة: تعتبر لزوجة هيدروكسي إيثيل السليلوز بعد إذابته في الماء مؤشر جودة مهم، مما يؤثر على استخدامه في الطلاءات والبناء والمواد الكيميائية اليومية وغيرها من المجالات.
محتوى الرطوبة: اختبر محتوى الرطوبة في المنتج للتأكد من ثباته أثناء التخزين.
درجة الاستبدال (DS) والاستبدال المولي (MS): تحديد درجة الاستبدال والاستبدال المولي في المنتج من خلال التحليل الكيميائي للتأكد من تأثير تفاعل الأثير.
بعد اجتياز الاختبار، سيتم تعبئة هيدروكسي إيثيل السليلوز في منتجات مسحوقية أو حبيبية، عادة في أكياس بلاستيكية أو أكياس ورقية مقاومة للرطوبة لمنعها من الرطوبة أو التلوث.

تتضمن عملية تصنيع هيدروكسي إيثيل السليلوز بشكل أساسي خطوات استخلاص السليلوز ومعالجة القلوية وتفاعل الأثير والتحييد والغسيل والتجفيف والسحق. تعتمد العملية برمتها على القلونة والأثير في التفاعل الكيميائي، ويتم إعطاء السليلوز قابلية جيدة للذوبان في الماء وخصائص سماكة عن طريق إدخال مجموعات هيدروكسي إيثيل. يستخدم هيدروكسي إيثيل السليلوز على نطاق واسع في العديد من الصناعات، مثل مثخن الطلاء، وعامل الاحتفاظ بالمياه لمواد البناء، والمثبت في المنتجات الكيميائية اليومية، وما إلى ذلك. يجب التحكم بشكل صارم في كل رابط في عملية الإنتاج لضمان الجودة العالية والأداء المستقر. من المنتج.