Hydroxyethylzellulose (HEC) ist ein weit verbreitetes wasserlösliches Polymer, das häufig in der täglichen Chemie-, Bau-, Beschichtungs-, Medizin-, Lebensmittel- und anderen Industriezweigen eingesetzt wird. Es handelt sich um einen nichtionischen Celluloseether, der durch chemische Modifizierung natürlicher Cellulose hergestellt wird. Der Herstellungsprozess von Hydroxyethylcellulose umfasst komplexe chemische Reaktionen, einschließlich Celluloseextraktion, Alkalisierungsbehandlung, Veretherungsreaktion usw. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Einführung in den Herstellungsprozess.
1. Auswahl der Rohstoffe und Gewinnung von Zellulose
Der Grundrohstoff der Hydroxyethylcellulose ist natürliche Cellulose, die hauptsächlich aus Holz, Baumwolle oder anderen Pflanzenfasern gewonnen wird. Der Zellulosegehalt in pflanzlichen Zellwänden ist hoch und reine Zellulose kann aus diesen natürlichen Materialien auf mechanischem oder chemischem Wege gewonnen werden. Der Extraktionsprozess umfasst das Zerkleinern, die Entfernung von Verunreinigungen (wie Lignin, Hemizellulose), das Bleichen und andere Schritte.
Celluloseextraktion: Natürliche Cellulose wird üblicherweise mechanisch oder chemisch behandelt, um Nicht-Cellulosestoffe zu entfernen und so hochreine Cellulose zu erhalten. Baumwollfasern, Zellstoff usw. können allesamt gängige Rohstoffquellen sein. Während des Behandlungsprozesses wird Alkali (z. B. Natriumhydroxid) verwendet, um die Auflösung von Nichtzellulosebestandteilen zu unterstützen, und der Rest besteht hauptsächlich aus Zellulose.
2. Alkalisierungsbehandlung
Die gereinigte Cellulose muss zunächst alkalisiert werden. Dieser Schritt besteht darin, die Hydroxylgruppen an der Molekülkette der Cellulose aktiver zu machen, damit sie leichter mit dem Veretherungsmittel reagieren können. Die Hauptschritte der Alkalisierungsbehandlung sind wie folgt:
Reaktion von Zellulose mit Alkali: Zellulose wird mit einem starken Alkali (normalerweise Natriumhydroxid) gemischt, um Alkalizellulose (Alkalizellulose) herzustellen. Dieser Prozess wird üblicherweise in einem wässrigen Medium durchgeführt. Alkalicellulose ist das Reaktionsprodukt von Cellulose und Natriumhydroxid. Dieser Stoff weist eine lockerere Struktur und eine höhere Reaktivität auf, was die anschließende Veretherungsreaktion begünstigt.
Der Alkalisierungsprozess findet hauptsächlich bei geeigneter Temperatur und Luftfeuchtigkeit statt, üblicherweise im Bereich von 20℃~30℃ über mehrere Stunden, um sicherzustellen, dass die Hydroxylgruppen in den Cellulosemolekülen vollständig aktiviert werden.
3. Veretherungsreaktion
Die Veretherung ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Hydroxyethylcellulose. Hydroxyethylcellulose wird durch Reaktion von Alkalicellulose mit Ethylenoxid zur Einführung von Hydroxyethylgruppen hergestellt. Die spezifischen Schritte sind wie folgt:
Reaktion mit Ethylenoxid: Alkalicellulose reagiert unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen mit einer bestimmten Menge Ethylenoxid. Die Ringstruktur in Ethylenoxid öffnet sich unter Bildung einer Etherbindung, reagiert mit den Hydroxylgruppen in den Cellulosemolekülen und führt Hydroxyethylgruppen (–CH2CH2OH) ein. Dieser Prozess kann den Veretherungsgrad durch Steuerung der Reaktionsbedingungen (wie Temperatur, Druck und Zeit) anpassen.
Die Reaktion wird üblicherweise in einer alkalischen Umgebung durchgeführt, um die Effizienz der Veretherung sicherzustellen. Die Reaktionstemperatur beträgt im Allgemeinen 50℃~100℃ und die Reaktionszeit mehrere Stunden. Durch die Anpassung der Ethylenoxidmenge kann der Substitutionsgrad des Endprodukts gesteuert werden, d. h. wie viele Hydroxylgruppen in den Cellulosemolekülen durch Hydroxyethylgruppen ersetzt werden.
4. Neutralisation und Waschen
Nachdem die Veretherungsreaktion abgeschlossen ist, müssen die alkalischen Substanzen im Reaktionssystem neutralisiert werden. Als Neutralisationsmittel werden häufig saure Substanzen wie Essigsäure oder Salzsäure verwendet. Durch den Neutralisationsprozess wird das überschüssige Alkali in Salze neutralisiert, was die Leistung des Produkts nicht beeinträchtigt.
Neutralisierungsreaktion: Nehmen Sie das Produkt aus dem Reaktor und geben Sie zur Neutralisierung eine entsprechende Menge Säure hinzu, bis der pH-Wert im System neutral ist. Dieser Prozess entfernt nicht nur restliches Alkali, sondern reduziert auch den Einfluss von Reaktionsnebenprodukten auf die Leistung von Hydroxyethylcellulose.
Waschen und Dehydrieren: Das neutralisierte Produkt muss mehrmals gewaschen werden, normalerweise mit Wasser oder Ethanol und anderen Lösungsmitteln, um restliche Verunreinigungen und Nebenprodukte abzuwaschen. Das gewaschene Produkt wird durch Zentrifugieren, Filterpressen und andere Methoden entwässert, um den Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren.
5. Trocknen und Zerkleinern
Nach dem Waschen und Trocknen enthält die Hydroxyethylcellulose noch einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt und muss weiter getrocknet werden. Der Trocknungsprozess kann durch Lufttrocknung oder Vakuumtrocknung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Produkt während der Lagerung und Verwendung eine gute Stabilität aufweist.
Trocknen: Trocknen Sie das Produkt bei einer bestimmten Temperatur (normalerweise unter 60 °C), um Restfeuchtigkeit zu entfernen. Die Trocknungstemperatur sollte nicht zu hoch sein, da es sonst zu einer Verschlechterung des Produkts und einer Beeinträchtigung seiner Leistung kommen kann.
Zerkleinern und Sieben: Die getrocknete Hydroxyethylcellulose liegt normalerweise in Blöcken oder Klumpen vor und muss zerkleinert werden, um ein feines Pulver zu erhalten. Das zerkleinerte Produkt muss außerdem gesiebt werden, um eine Partikelgrößenverteilung zu erhalten, die den Anforderungen entspricht, um seine Löslichkeit und Dispergierbarkeit in praktischen Anwendungen sicherzustellen.
6. Prüfung und Verpackung der Endprodukte
Nach der Herstellung muss Hydroxyethylcellulose auf Qualität geprüft werden, um sicherzustellen, dass ihre Leistungsindikatoren den Standardanforderungen entsprechen. Zu den Testgegenständen gehören in der Regel:
Viskositätsmessung: Die Viskosität von Hydroxyethylcellulose nach dem Auflösen in Wasser ist ein wichtiger Qualitätsindikator, der sich auf den Einsatz in Beschichtungen, im Baugewerbe, in der täglichen Chemie und in anderen Bereichen auswirkt.
Feuchtigkeitsgehalt: Testen Sie den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts, um seine Lagerstabilität sicherzustellen.
Substitutionsgrad (DS) und molarer Substitutionsgrad (MS): Bestimmen Sie den Substitutionsgrad und den molaren Substitutionsgrad im Produkt durch chemische Analyse, um die Wirkung der Veretherungsreaktion sicherzustellen.
Nach bestandener Prüfung wird Hydroxyethylcellulose in Pulver- oder Granulatform verpackt, üblicherweise in feuchtigkeitsbeständigen Plastiktüten oder Papiertüten, um zu verhindern, dass sie feucht oder kontaminiert wird.
Der Herstellungsprozess von Hydroxyethylcellulose umfasst hauptsächlich die Schritte Celluloseextraktion, Alkalisierungsbehandlung, Veretherungsreaktion, Neutralisation und Waschen, Trocknen und Zerkleinern. Der gesamte Prozess hängt von der Alkalisierung und Veretherung in der chemischen Reaktion ab, und der Cellulose werden durch die Einführung von Hydroxyethylgruppen gute Wasserlöslichkeits- und Verdickungseigenschaften verliehen. Hydroxyethylcellulose wird in vielen Branchen häufig verwendet, beispielsweise als Verdickungsmittel für Beschichtungen, Wasserrückhaltemittel für Baumaterialien, Stabilisator in täglichen chemischen Produkten usw. Jeder Schritt im Produktionsprozess muss streng kontrolliert werden, um eine hohe Qualität und stabile Leistung sicherzustellen des Produkts.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Okt. 2024