L'idrossietilcellulosa (HEC) è un comune polimero solubile in acqua ampiamente utilizzato nei prodotti chimici quotidiani, nell'edilizia, nei rivestimenti, nella medicina, nell'alimentazione e in altri settori. È un etere di cellulosa non ionico prodotto modificando chimicamente la cellulosa naturale. Il processo di produzione dell'idrossietilcellulosa comporta reazioni chimiche complesse, tra cui l'estrazione della cellulosa, il trattamento di alcalinizzazione, la reazione di eterificazione, ecc. Quella che segue è un'introduzione dettagliata al suo processo di produzione.
1. Selezione delle materie prime ed estrazione della cellulosa
La materia prima di base dell'idrossietilcellulosa è la cellulosa naturale, che proviene principalmente da legno, cotone o altre fibre vegetali. Il contenuto di cellulosa nelle pareti cellulari delle piante è elevato e la cellulosa pura può essere estratta da questi materiali naturali mediante mezzi meccanici o chimici. Il processo di estrazione comprende la frantumazione, la rimozione delle impurità (come lignina, emicellulosa), lo sbiancamento e altre fasi.
Estrazione della cellulosa: la cellulosa naturale viene solitamente trattata meccanicamente o chimicamente per rimuovere sostanze non cellulosiche per ottenere cellulosa di elevata purezza. Fibra di cotone, pasta di legno, ecc. Possono essere tutte fonti comuni di materie prime. Durante il processo di trattamento, vengono utilizzati alcali (come l'idrossido di sodio) per aiutare a dissolvere i componenti non cellulosici e il resto è principalmente cellulosa.
2. Trattamento di alcalinizzazione
La cellulosa purificata deve prima essere alcalinizzata. Questo passaggio serve a rendere più attivi i gruppi ossidrile della catena molecolare della cellulosa in modo che possano reagire più facilmente con l'agente eterificante. Le fasi principali del trattamento di alcalinizzazione sono le seguenti:
Reazione della cellulosa con alcali: la cellulosa viene miscelata con un alcali forte (solitamente idrossido di sodio) per produrre cellulosa alcalina (cellulosa alcalina). Questo processo viene solitamente eseguito in un mezzo acquoso. La cellulosa alcalina è il prodotto di reazione tra cellulosa e idrossido di sodio. Questa sostanza ha una struttura più sciolta e una maggiore reattività, che favorisce la successiva reazione di eterificazione.
Il processo di alcalinizzazione avviene principalmente a temperatura e umidità adeguate, solitamente nell'intervallo tra 20 ℃ ~ 30 ℃ per diverse ore per garantire che i gruppi idrossilici nelle molecole di cellulosa siano completamente attivati.
3. Reazione di eterificazione
L'eterificazione è un passaggio chiave nella produzione di idrossietilcellulosa. L'idrossietilcellulosa viene prodotta facendo reagire la cellulosa alcalina con l'ossido di etilene per introdurre gruppi idrossietilici. I passaggi specifici sono i seguenti:
Reazione con ossido di etilene: la cellulosa alcalina reagisce con una certa quantità di ossido di etilene in determinate condizioni di temperatura e pressione. La struttura ad anello dell'ossido di etilene si apre per formare un legame etereo, reagisce con i gruppi ossidrile nelle molecole di cellulosa e introduce gruppi idrossietilici (–CH2CH2OH). Questo processo può regolare il grado di eterificazione controllando le condizioni di reazione (come temperatura, pressione e tempo).
La reazione viene solitamente condotta in un ambiente alcalino per garantire l'efficienza dell'eterificazione. La temperatura di reazione è generalmente di 50 ℃ ~ 100 ℃ e il tempo di reazione è di diverse ore. Regolando la quantità di ossido di etilene, è possibile controllare il grado di sostituzione del prodotto finale, ovvero quanti gruppi idrossilici nelle molecole di cellulosa vengono sostituiti da gruppi idrossietilici.
4. Neutralizzazione e lavaggio
Una volta completata la reazione di eterificazione, le sostanze alcaline nel sistema di reazione devono essere neutralizzate. I neutralizzatori comunemente usati sono sostanze acide, come l'acido acetico o l'acido cloridrico. Il processo di neutralizzazione neutralizzerà gli alcali in eccesso trasformandoli in sali, il che non influirà sulle prestazioni del prodotto.
Reazione di neutralizzazione: estrarre il prodotto dal reattore e aggiungere una quantità adeguata di acido per la neutralizzazione fino a quando il valore del pH nel sistema raggiunge la neutralità. Questo processo non solo rimuove gli alcali residui, ma riduce anche l'impatto dei sottoprodotti della reazione sulle prestazioni dell'idrossietilcellulosa.
Lavaggio e disidratazione: il prodotto neutralizzato deve essere lavato più volte, solitamente con acqua o etanolo e altri solventi per lavare via le impurità residue e i sottoprodotti. Il prodotto lavato viene disidratato mediante centrifugazione, filtropressatura e altri metodi per ridurre il contenuto di umidità.
5. Essiccazione e frantumazione
Dopo il lavaggio e la disidratazione, l'idrossietilcellulosa contiene ancora una certa quantità di umidità e necessita di essere ulteriormente essiccata. Il processo di essiccazione può essere effettuato mediante essiccazione all'aria o sotto vuoto per garantire che il prodotto abbia una buona stabilità durante lo stoccaggio e l'uso.
Asciugatura: Asciugare il prodotto ad una certa temperatura (solitamente inferiore a 60°C) per eliminare l'umidità residua. La temperatura di asciugatura non deve essere troppo elevata, altrimenti potrebbe causare il degrado del prodotto e influenzarne le prestazioni.
Frantumazione e vagliatura: l'idrossietilcellulosa essiccata esiste solitamente in blocchi o grumi e deve essere frantumata per ottenere una polvere fine. Il prodotto frantumato necessita inoltre di essere vagliato per ottenere una distribuzione granulometrica che soddisfi i requisiti per garantirne la solubilità e disperdibilità nelle applicazioni pratiche.
6. Test e confezionamento dei prodotti finali
Dopo la produzione, l'idrossietilcellulosa deve essere testata per verificarne la qualità per garantire che i suoi indicatori di prestazione soddisfino i requisiti standard. Gli elementi di test solitamente includono:
Misurazione della viscosità: la viscosità dell'idrossietilcellulosa dopo la dissoluzione in acqua è un importante indicatore di qualità, che ne influenza l'uso nei rivestimenti, nell'edilizia, nei prodotti chimici quotidiani e in altri campi.
Contenuto di umidità: testare il contenuto di umidità del prodotto per garantirne la stabilità allo stoccaggio.
Grado di sostituzione (DS) e sostituzione molare (MS): determinare il grado di sostituzione e sostituzione molare nel prodotto attraverso l'analisi chimica per garantire l'effetto della reazione di eterificazione.
Dopo aver superato il test, l'idrossietilcellulosa verrà confezionata in prodotti in polvere o granulari, solitamente in sacchetti di plastica o sacchetti di carta resistenti all'umidità per evitare che si inumidisca o si contamini.
Il processo di produzione dell'idrossietilcellulosa comprende principalmente le fasi di estrazione della cellulosa, trattamento di alcalinizzazione, reazione di eterificazione, neutralizzazione e lavaggio, essiccazione e frantumazione. L'intero processo dipende dall'alcalinizzazione e dall'eterificazione nella reazione chimica e alla cellulosa vengono conferite buone proprietà di solubilità in acqua e addensamento introducendo gruppi idrossietilici. L'idrossietilcellulosa è ampiamente utilizzata in molti settori, come addensante per rivestimenti, agente di ritenzione idrica per materiali da costruzione, stabilizzante nei prodotti chimici quotidiani, ecc. Ogni anello del processo di produzione deve essere rigorosamente controllato per garantire alta qualità e prestazioni stabili del prodotto.
Orario di pubblicazione: 25 ottobre 2024