كيف يتم صنع هيدروكسي إيثيل السليلوز؟

هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) هو بوليمر شائع قابل للذوبان في الماء يستخدم على نطاق واسع في المواد الكيميائية اليومية ، البناء ، الطلاء ، الأدوية ، الغذاء وغيرها من الصناعات. إنه الأثير السليلوز غير الأيوني مصنوع من السليلوز الطبيعي تعديل كيميائيا. تتضمن عملية تصنيع السليلوز الهيدروكسي إيثيل ردود فعل كيميائية معقدة ، بما في ذلك استخراج السليلوز ، وعلاج القلوية ، وتفاعل الأثير ، وما إلى ذلك. فيما يلي مقدمة مفصلة لعملية التصنيع الخاصة بها.

1. اختيار المواد الخام واستخراج السليلوز
المادة الخام الأساسية من السليلوز الهيدروكسي إيثيل هي السليلوز الطبيعي ، والذي يأتي بشكل أساسي من الخشب أو القطن أو ألياف النبات الأخرى. محتوى السليلوز في جدران الخلايا النباتية عالية ، ويمكن استخراج السليلوز النقي من هذه المواد الطبيعية بالوسائل الميكانيكية أو الكيميائية. تتضمن عملية الاستخراج سحق الشوائب (مثل اللجنين ، هيمسيلولوز) ، التبييض وخطوات أخرى.

استخراج السليلوز: عادة ما يتم التعامل مع السليلوز الطبيعي ميكانيكيا أو كيميائيا لإزالة المواد غير السليلوز للحصول على السليلوز عالي النقاء. يمكن أن تكون ألياف القطن ، واللب الخشب ، وما إلى ذلك ، مصادر شائعة للمواد الخام. أثناء عملية المعالجة ، يتم استخدام القلويات (مثل هيدروكسيد الصوديوم) للمساعدة في حل المكونات غير الزيلوز ، والباقي هو السليلوز بشكل أساسي.
2. العلاج القلوي
يجب أن يكون السليلوز المنقى أولاً قلويًا. هذه الخطوة هي جعل مجموعات الهيدروكسيل على السلسلة الجزيئية السليلوز أكثر نشاطًا حتى تتمكن من التفاعل بسهولة أكبر مع عامل الإثيرين. الخطوات الرئيسية لعلاج القلوية هي كما يلي:

تفاعل السليلوز مع القلويات: يتم خلط السليلوز مع قلوي قوي (عادة هيدروكسيد الصوديوم) لإنتاج السليلوز القلوي (السليلوز القلوي). عادة ما يتم تنفيذ هذه العملية في وسط مائي. السليلوز القلوي هو نتاج التفاعل من السليلوز وهيدروكسيد الصوديوم. هذه المادة لها بنية أكثر مرونة وتفاعلية أعلى ، والتي تفضي إلى تفاعل الأثير اللاحق.
تحدث عملية القلوية بشكل أساسي في درجة الحرارة والرطوبة المناسبة ، عادة في حدود 20 ℃ ~ 30 ℃ لعدة ساعات للتأكد من تنشيط مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز بالكامل.

3. رد فعل الأثير
الأثير هو خطوة أساسية في إنتاج السليلوز هيدروكسي إيثيل. يتم إنتاج هيدروكسي إيثيل السليلوز عن طريق رد فعل 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 في ظل ظروف درجة حرارة وضغط معينة. يفتح بنية الحلقة في أكسيد الإيثيلين لتشكيل رابطة الأثير ، ويتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز ، ويقدم مجموعات هيدروكسي إيثيل (–Ch2Ch2OH). يمكن لهذه العملية ضبط درجة الأثير عن طريق التحكم في ظروف التفاعل (مثل درجة الحرارة والضغط والوقت).
عادة ما يتم رد الفعل في بيئة قلوية لضمان كفاءة الأثير. تكون درجة حرارة التفاعل عمومًا 50 ℃ ~ 100 ℃ ، ووقت التفاعل عدة ساعات. من خلال ضبط كمية أكسيد الإيثيلين ، يمكن التحكم في درجة استبدال المنتج النهائي ، أي عدد مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات السليلوز يتم استبدالها بمجموعات الهيدروكسي إيثيلي.

4. التحييد والغسيل
بعد اكتمال تفاعل الأثير ، يجب تحييد المواد القلوية في نظام التفاعل. المحايدة شائعة الاستخدام هي مواد حمضية ، مثل حمض الأسيتيك أو حمض الهيدروكلوريك. ستؤدي عملية التحييد إلى تحييد القلويات الزائدة إلى أملاح ، والتي لن تؤثر على أداء المنتج.

تفاعل التحييد: أخرج المنتج من المفاعل وأضف كمية مناسبة من الحمض للتحييد حتى تصل قيمة الرقم الهيدروجيني في النظام إلى محايدة. هذه العملية لا تزيل القلويات المتبقية فحسب ، بل تقلل أيضًا من تأثير المنتجات الثانوية على أداء الهيدروكسي إيثيل السليلوز.

الغسيل والجفاف: يجب غسل المنتج المحايد عدة مرات ، عادةً مع الماء أو الإيثانول وغيرها من المذيبات لتغسل الشوائب المتبقية والمنتجات الثانوية. يتم تجفيف المنتج المغسول عن طريق الطرد المركزي ، وضغط المرشح وطرق أخرى لتقليل محتوى الرطوبة.

5. التجفيف والسحق
بعد الغسيل والجفاف ، لا يزال السليلوز الهيدروكسي إيثيل يحتوي على كمية معينة من الرطوبة ويجب تجفيفها. يمكن تنفيذ عملية التجفيف عن طريق تجفيف الهواء أو تجفيف الفراغ للتأكد من أن المنتج يتمتع باستقرار جيد أثناء التخزين والاستخدام.

التجفيف: تجفيف المنتج في درجة حرارة معينة (عادة ما يكون أقل من 60 درجة مئوية) لإزالة الرطوبة المتبقية. يجب ألا تكون درجة حرارة التجفيف مرتفعة للغاية ، وإلا فقد تتسبب في تدهور المنتج وتؤثر على أدائها.

التكسير والفحص: عادة ما يكون السليلوز الهيدروكسي إيثيل المجفف موجودًا في كتل أو كتل ، ويجب سحقه للحصول على مسحوق ناعم. يجب أيضًا فحص المنتج المسحوق للحصول على توزيع حجم الجسيمات يلبي المتطلبات لضمان قابليته للذوبان وتشتت في التطبيقات العملية.

6. اختبار وتعبئة المنتجات النهائية
بعد التصنيع ، يجب اختبار هيدروكسي إيثيل السليلوز للجودة لضمان تلبية مؤشرات الأداء الخاصة به بالمتطلبات القياسية. عادة ما تشمل عناصر الاختبار:

قياس اللزوجة: تعتبر لزوجة السليلوز هيدروكسي إيثيل بعد الذوبان في الماء مؤشر جودة مهم ، يؤثر على استخدامه في الطلاء والبناء والمواد الكيميائية اليومية وغيرها من الحقول.
محتوى الرطوبة: اختبر محتوى الرطوبة للمنتج لضمان استقرار التخزين.
درجة الاستبدال (DS) والاستبدال المولي (MS): تحديد درجة الاستبدال والاستبدال المولي في المنتج من خلال التحليل الكيميائي لضمان تأثير تفاعل الأثير.
بعد اجتياز الاختبار ، سيتم تعبئة هيدروكسي إيثيل السليلوز في مسحوق أو منتجات محبوبة ، وعادة ما تكون في أكياس بلاستيكية مقاومة للرطوبة أو الأكياس الورقية لمنعها من الحصول على رطبة أو ملوثة.

تتضمن عملية تصنيع السليلوز الهيدروكسي إيثيل بشكل رئيسي خطوات استخراج السليلوز ، وعلاج القلوية ، وتفاعل الأثير ، والتحييد ، والغسيل ، والتجفيف والسحق. تعتمد العملية بأكملها على تقلص القلوية والإيثرات في التفاعل الكيميائي ، ويعطى السليلوز قابلية ذوبان المياه الجيد وخصائص السماكة من خلال إدخال مجموعات الهيدروكسي إيثيل. يستخدم الهيدروكسي إيثيل السليلوز على نطاق واسع في العديد من الصناعات ، مثل مثخن للطلاء ، وكيل الاحتفاظ بالماء لمواد البناء ، والمثبت في المنتجات الكيميائية اليومية ، وما إلى ذلك. يجب التحكم في كل رابط في عملية الإنتاج بشكل صارم لضمان أداء عالية الجودة ومستقرة للمنتج.