Hydroxyethylcellulose (HEC) er en almindelig vandopløselig polymer, der er meget udbredt i daglige kemikalier, byggeri, belægninger, medicin, fødevarer og andre industrier. Det er en ikke-ionisk celluloseether fremstillet ved kemisk modificering af naturlig cellulose. Fremstillingsprocessen for hydroxyethylcellulose involverer komplekse kemiske reaktioner, herunder celluloseekstraktion, alkaliseringsbehandling, etherificeringsreaktion osv. Det følgende er en detaljeret introduktion til fremstillingsprocessen.
1. Udvælgelse af råvarer og udvinding af cellulose
Det grundlæggende råmateriale til hydroxyethylcellulose er naturlig cellulose, som hovedsageligt kommer fra træ, bomuld eller andre plantefibre. Celluloseindholdet i plantecellevægge er højt, og ren cellulose kan udvindes af disse naturlige materialer med mekaniske eller kemiske midler. Ekstraktionsprocessen omfatter knusning, fjernelse af urenheder (såsom lignin, hemicellulose), blegning og andre trin.
Celluloseekstraktion: Naturlig cellulose behandles sædvanligvis mekanisk eller kemisk for at fjerne ikke-cellulosestoffer for at opnå cellulose med høj renhed. Bomuldsfibre, træmasse osv. kan alle være almindelige kilder til råvarer. Under behandlingsprocessen bruges alkali (såsom natriumhydroxid) til at hjælpe med at opløse ikke-cellulosekomponenter, og det resterende er hovedsageligt cellulose.
2. Alkaliseringsbehandling
Den rensede cellulose skal først alkaliseres. Dette trin er at gøre hydroxylgrupperne på cellulosemolekylekæden mere aktive, så de lettere kan reagere med etherificeringsmidlet. De vigtigste trin i alkaliseringsbehandlingen er som følger:
Reaktion af cellulose med alkali: cellulose blandes med en stærk alkali (normalt natriumhydroxid) for at fremstille alkalicellulose (Alkali Cellulose). Denne proces udføres sædvanligvis i et vandigt medium. Alkalicellulose er reaktionsproduktet af cellulose og natriumhydroxid. Dette stof har en løsere struktur og højere reaktivitet, hvilket er befordrende for den efterfølgende etherificeringsreaktion.
Alkaliseringsprocessen foregår hovedsageligt ved passende temperatur og fugtighed, normalt i området 20 ℃ ~ 30 ℃ i flere timer for at sikre, at hydroxylgrupperne i cellulosemolekylerne er fuldt aktiverede.
3. Forætringsreaktion
Etherificering er et nøgletrin i produktionen af hydroxyethylcellulose. Hydroxyethylcellulose fremstilles ved at omsætte alkalicellulose med ethylenoxid for at indføre hydroxyethylgrupper. De specifikke trin er som følger:
Reaktion med ethylenoxid: Alkalicellulose reagerer med en vis mængde ethylenoxid under bestemte temperatur- og trykforhold. Ringstrukturen i ethylenoxid åbner for at danne en etherbinding, reagerer med hydroxylgrupperne i cellulosemolekylerne og introducerer hydroxyethylgrupper (-CH2CH2OH). Denne proces kan justere graden af etherificering ved at kontrollere reaktionsbetingelserne (såsom temperatur, tryk og tid).
Reaktionen udføres sædvanligvis i et alkalisk miljø for at sikre effektiviteten af etherificering. Reaktionstemperaturen er generelt 50 ℃ ~ 100 ℃, og reaktionstiden er flere timer. Ved at justere mængden af ethylenoxid kan graden af substitution af slutproduktet styres, det vil sige hvor mange hydroxylgrupper i cellulosemolekylerne, der erstattes af hydroxyethylgrupper.
4. Neutralisering og vask
Efter at etherificeringsreaktionen er afsluttet, skal de alkaliske stoffer i reaktionssystemet neutraliseres. Almindeligt anvendte neutralisatorer er sure stoffer, såsom eddikesyre eller saltsyre. Neutraliseringsprocessen vil neutralisere overskydende alkali til salte, hvilket ikke vil påvirke produktets ydeevne.
Neutraliseringsreaktion: Tag produktet ud af reaktoren og tilsæt en passende mængde syre til neutralisering, indtil pH-værdien i systemet når neutral. Denne proces fjerner ikke kun resterende alkali, men reducerer også virkningen af reaktionsbiprodukter på ydeevnen af hydroxyethylcellulose.
Vask og dehydrering: Det neutraliserede produkt skal vaskes flere gange, normalt med vand eller ethanol og andre opløsningsmidler for at vaske resterende urenheder og biprodukter væk. Det vaskede produkt dehydreres ved centrifugering, filterpresning og andre metoder for at reducere fugtindholdet.
5. Tørring og knusning
Efter vask og dehydrering indeholder hydroxyethylcellulosen stadig en vis mængde fugt og skal tørres yderligere. Tørreprocessen kan udføres ved lufttørring eller vakuumtørring for at sikre, at produktet har god stabilitet under opbevaring og brug.
Tørring: Tør produktet ved en bestemt temperatur (normalt under 60°C) for at fjerne resterende fugt. Tørretemperaturen bør ikke være for høj, ellers kan det forårsage produktnedbrydning og påvirke dets ydeevne.
Knusning og sigtning: Den tørrede hydroxyethylcellulose findes normalt i blokke eller klumper, og skal knuses for at opnå fint pulver. Det knuste produkt skal også sigtes for at opnå en partikelstørrelsesfordeling, der opfylder kravene til at sikre dets opløselighed og dispergerbarhed i praktiske anvendelser.
6. Test og emballering af slutprodukter
Efter fremstillingen skal hydroxyethylcellulose testes for kvalitet for at sikre, at dens ydeevneindikatorer opfylder standardkravene. Testelementer omfatter normalt:
Viskositetsmåling: Viskositeten af hydroxyethylcellulose efter opløsning i vand er en vigtig kvalitetsindikator, som påvirker dets anvendelse i belægninger, byggeri, daglige kemikalier og andre områder.
Fugtindhold: Test fugtindholdet i produktet for at sikre dets opbevaringsstabilitet.
Substitutionsgrad (DS) og molær substitution (MS): Bestem graden af substitution og molær substitution i produktet gennem kemisk analyse for at sikre effekten af etherificeringsreaktionen.
Efter bestået testen vil hydroxyethylcellulose blive pakket i pulver eller granulerede produkter, normalt i fugttætte plastikposer eller papirposer for at forhindre, at det bliver fugtigt eller forurenet.
Fremstillingsprocessen for hydroxyethylcellulose omfatter hovedsageligt trinene celluloseekstraktion, alkaliseringsbehandling, etherificeringsreaktion, neutralisering og vask, tørring og knusning. Hele processen afhænger af alkaliseringen og etherificeringen i den kemiske reaktion, og cellulosen får god vandopløselighed og fortykkende egenskaber ved at indføre hydroxyethylgrupper. Hydroxyethylcellulose er meget udbredt i mange industrier, såsom fortykningsmiddel til belægninger, vandtilbageholdende middel til byggematerialer, stabilisator i daglige kemiske produkter osv. Hvert led i produktionsprocessen skal kontrolleres strengt for at sikre høj kvalitet og stabil ydeevne af produktet.
Indlægstid: 25. oktober 2024