ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) เป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในสารเคมีรายวัน การก่อสร้าง สารเคลือบ ยา อาหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ เป็นอีเทอร์เซลลูโลสที่ไม่มีไอออนิกที่ทำโดยการดัดแปลงเซลลูโลสธรรมชาติทางเคมี กระบวนการผลิตไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่ซับซ้อน รวมถึงการสกัดเซลลูโลส การบำบัดด้วยอัลคาไลเซชัน ปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชัน ฯลฯ ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการผลิต

1. การคัดเลือกวัตถุดิบและการสกัดเซลลูโลส
วัตถุดิบพื้นฐานของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือเซลลูโลสธรรมชาติ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากไม้ ฝ้าย หรือเส้นใยพืชอื่นๆ ปริมาณเซลลูโลสในผนังเซลล์พืชมีปริมาณสูง และสามารถสกัดเซลลูโลสบริสุทธิ์จากวัสดุธรรมชาติเหล่านี้ได้โดยวิธีทางกลหรือทางเคมี กระบวนการสกัดประกอบด้วยการบด การกำจัดสิ่งเจือปน (เช่น ลิกนิน เฮมิเซลลูโลส) การฟอกขาว และขั้นตอนอื่นๆ

การสกัดเซลลูโลส: เซลลูโลสธรรมชาติมักจะได้รับการบำบัดด้วยกลไกหรือทางเคมีเพื่อกำจัดสารที่ไม่ใช่เซลลูโลสเพื่อให้ได้เซลลูโลสที่มีความบริสุทธิ์สูง ใยฝ้าย เยื่อไม้ ฯลฯ ล้วนเป็นแหล่งวัตถุดิบทั่วไป ในระหว่างกระบวนการบำบัด อัลคาไล (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์) จะถูกใช้เพื่อช่วยละลายส่วนประกอบที่ไม่ใช่เซลลูโลส และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่เป็นเซลลูโลส
2. การบำบัดด้วยด่าง
เซลลูโลสบริสุทธิ์จะต้องถูกทำให้เป็นด่างก่อน ขั้นตอนนี้คือการทำให้หมู่ไฮดรอกซิลบนสายโซ่โมเลกุลเซลลูโลสมีการเคลื่อนไหวมากขึ้น เพื่อให้สามารถทำปฏิกิริยากับสารอีเทอร์ริฟายอิ้งได้ง่ายขึ้น ขั้นตอนหลักของการบำบัดด้วยด่างมีดังนี้:

ปฏิกิริยาของเซลลูโลสกับด่าง: เซลลูโลสผสมกับด่างแก่ (โดยปกติคือโซเดียมไฮดรอกไซด์) เพื่อผลิตเซลลูโลสอัลคาไล (อัลคาไลเซลลูโลส) โดยทั่วไปกระบวนการนี้จะดำเนินการในตัวกลางที่เป็นน้ำ เซลลูโลสอัลคาไลเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของเซลลูโลสและโซเดียมไฮดรอกไซด์ สารนี้มีโครงสร้างที่หลวมกว่าและมีปฏิกิริยาสูงกว่า ซึ่งเอื้อต่อปฏิกิริยาเอเทอริฟิเคชันในภายหลัง
กระบวนการทำให้เป็นด่างส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม โดยปกติจะอยู่ในช่วง 20°C~30°C เป็นเวลาหลายชั่วโมงเพื่อให้แน่ใจว่ากลุ่มไฮดรอกซิลในโมเลกุลเซลลูโลสถูกกระตุ้นอย่างเต็มที่

3. ปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชั่น
อีเทอร์ริฟิเคชันเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสผลิตโดยการทำปฏิกิริยาเซลลูโลสอัลคาไลกับเอทิลีนออกไซด์เพื่อแนะนำหมู่ไฮดรอกซีเอทิล ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:

ปฏิกิริยากับเอทิลีนออกไซด์: อัลคาไลเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับเอทิลีนออกไซด์จำนวนหนึ่งภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่แน่นอน โครงสร้างวงแหวนในเอทิลีนออกไซด์เปิดออกเพื่อสร้างพันธะอีเธอร์ ทำปฏิกิริยากับหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลเซลลูโลส และแนะนำหมู่ไฮดรอกซีเอทิล (–CH2CH2OH) กระบวนการนี้สามารถปรับระดับของอีเทอร์ริฟิเคชันได้โดยการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยา (เช่น อุณหภูมิ ความดัน และเวลา)
โดยปกติปฏิกิริยาจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของอีเทอร์ริฟิเคชั่น โดยทั่วไปอุณหภูมิของปฏิกิริยาจะอยู่ที่ 50°C~100°C และเวลาในการทำปฏิกิริยาคือหลายชั่วโมง ด้วยการปรับปริมาณเอทิลีนออกไซด์ทำให้สามารถควบคุมระดับการทดแทนผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้นั่นคือจำนวนกลุ่มไฮดรอกซิลในโมเลกุลเซลลูโลสที่ถูกแทนที่ด้วยกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล

4. การทำให้เป็นกลางและการซัก
หลังจากปฏิกิริยาเอเธอริฟิเคชั่นเสร็จสิ้นแล้ว สารอัลคาไลน์ในระบบปฏิกิริยาจำเป็นต้องทำให้เป็นกลาง สารทำให้เป็นกลางที่ใช้กันทั่วไปคือสารที่เป็นกรด เช่น กรดอะซิติกหรือกรดไฮโดรคลอริก กระบวนการทำให้เป็นกลางจะทำให้อัลคาไลส่วนเกินเป็นกลางกลายเป็นเกลือ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง: นำผลิตภัณฑ์ออกจากเครื่องปฏิกรณ์และเติมกรดในปริมาณที่เหมาะสมสำหรับการทำให้เป็นกลางจนกว่าค่า pH ในระบบจะเป็นกลาง กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่กำจัดอัลคาไลที่ตกค้างเท่านั้น แต่ยังช่วยลดผลกระทบของผลพลอยได้จากปฏิกิริยาที่มีต่อประสิทธิภาพของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสอีกด้วย

การซักและการทำให้แห้ง: ผลิตภัณฑ์ที่เป็นกลางจะต้องล้างหลายครั้ง โดยปกติแล้วด้วยน้ำหรือเอธานอลและตัวทำละลายอื่นๆ เพื่อชะล้างสิ่งเจือปนและผลพลอยได้ที่ตกค้าง ผลิตภัณฑ์ที่ล้างแล้วจะถูกทำให้แห้งโดยการหมุนเหวี่ยง การกรองแบบกด และวิธีการอื่นๆ เพื่อลดปริมาณความชื้น

5. การอบแห้งและการบด
หลังจากการซักและขจัดน้ำออก ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสยังคงมีความชื้นอยู่จำนวนหนึ่งและจำเป็นต้องทำให้แห้งต่อไป กระบวนการอบแห้งสามารถทำได้โดยการทำให้แห้งด้วยอากาศหรือการทำให้แห้งแบบสุญญากาศ เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์มีเสถียรภาพที่ดีระหว่างการเก็บรักษาและการใช้งาน

การอบแห้ง: ทำให้ผลิตภัณฑ์แห้งที่อุณหภูมิที่กำหนด (โดยปกติจะต่ำกว่า 60°C) เพื่อขจัดความชื้นที่ตกค้าง อุณหภูมิในการอบแห้งไม่ควรสูงเกินไป มิฉะนั้นอาจทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมคุณภาพและส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน

การบดและคัดกรอง: ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสแห้งมักมีอยู่เป็นก้อนหรือเป็นก้อน และต้องบดเพื่อให้ได้ผงละเอียด ผลิตภัณฑ์ที่บดยังต้องได้รับการคัดกรองเพื่อให้ได้การกระจายขนาดอนุภาคที่ตรงตามข้อกำหนดเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถละลายและกระจายตัวในการใช้งานจริง

6. การทดสอบและการบรรจุผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
หลังจากการผลิต ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสจำเป็นต้องได้รับการทดสอบคุณภาพเพื่อให้แน่ใจว่าตัวชี้วัดประสิทธิภาพเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน รายการทดสอบมักประกอบด้วย:

การวัดความหนืด: ความหนืดของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสหลังจากการละลายในน้ำเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพที่สำคัญ ซึ่งส่งผลต่อการใช้งานในการเคลือบ การก่อสร้าง สารเคมีรายวัน และสาขาอื่นๆ
ปริมาณความชื้น: ทดสอบปริมาณความชื้นของผลิตภัณฑ์เพื่อให้มั่นใจในความเสถียรในการจัดเก็บ
ระดับของการแทนที่ (DS) และการแทนที่ฟันกราม (MS): กำหนดระดับของการแทนที่และการแทนที่ฟันกรามในผลิตภัณฑ์ผ่านการวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อให้แน่ใจว่าผลของปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชัน
หลังจากผ่านการทดสอบแล้ว ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสจะถูกบรรจุเป็นผลิตภัณฑ์ผงหรือเป็นเม็ด โดยปกติจะอยู่ในถุงพลาสติกหรือถุงกระดาษกันความชื้น เพื่อป้องกันไม่ให้ชื้นหรือปนเปื้อน

กระบวนการผลิตไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสส่วนใหญ่ประกอบด้วยขั้นตอนของการสกัดเซลลูโลส การบำบัดด้วยอัลคาไลเซชัน ปฏิกิริยาเอเทอริฟิเคชัน การวางตัวเป็นกลาง และการซัก การอบแห้ง และการบด กระบวนการทั้งหมดขึ้นอยู่กับความเป็นด่างและอีเธอริฟิเคชันในปฏิกิริยาเคมี และเซลลูโลสจะได้รับความสามารถในการละลายน้ำได้ดีและมีคุณสมบัติทำให้ข้นขึ้นโดยการแนะนำกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น สารเพิ่มความข้นสำหรับการเคลือบ สารกักเก็บน้ำสำหรับวัสดุก่อสร้าง สารเพิ่มความคงตัวในผลิตภัณฑ์เคมีรายวัน เป็นต้น แต่ละลิงก์ในกระบวนการผลิตจำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและประสิทธิภาพการทำงานที่มั่นคงสูง ของผลิตภัณฑ์