Hydroxyethyl Cellulose (HEC) là một loại polymer hòa tan trong nước phổ biến được sử dụng rộng rãi trong hóa chất hàng ngày, xây dựng, sơn, y học, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác. Nó là một ete cellulose không ion được tạo ra bằng cách biến đổi cellulose tự nhiên về mặt hóa học. Quá trình sản xuất hydroxyethyl cellulose bao gồm các phản ứng hóa học phức tạp, bao gồm chiết xuất cellulose, xử lý kiềm hóa, phản ứng ether hóa, v.v. Sau đây là phần giới thiệu chi tiết về quy trình sản xuất của nó.
1. Lựa chọn nguyên liệu và chiết xuất xenlulo
Nguyên liệu thô cơ bản của hydroxyethyl cellulose là cellulose tự nhiên, chủ yếu có nguồn gốc từ gỗ, bông hoặc các loại sợi thực vật khác. Hàm lượng cellulose trong thành tế bào thực vật cao và cellulose tinh khiết có thể được chiết xuất từ các vật liệu tự nhiên này bằng phương pháp cơ học hoặc hóa học. Quá trình chiết xuất bao gồm nghiền, loại bỏ tạp chất (như lignin, hemicellulose), tẩy trắng và các bước khác.
Chiết xuất cellulose: Cellulose tự nhiên thường được xử lý cơ học hoặc hóa học để loại bỏ các chất không phải cellulose để thu được cellulose có độ tinh khiết cao. Sợi bông, bột gỗ, v.v. đều có thể là nguồn nguyên liệu thô phổ biến. Trong quá trình xử lý, chất kiềm (như natri hydroxit) được sử dụng để giúp hòa tan các thành phần không phải xenlulo, còn lại chủ yếu là xenlulo.
2. Xử lý kiềm hóa
Cellulose tinh khiết trước tiên phải được kiềm hóa. Bước này nhằm làm cho các nhóm hydroxyl trên chuỗi phân tử cellulose hoạt động mạnh hơn để chúng có thể phản ứng dễ dàng hơn với tác nhân ete hóa. Các bước chính của quá trình xử lý kiềm hóa như sau:
Phản ứng của xenluloza với kiềm: xenluloza được trộn với chất kiềm mạnh (thường là natri hydroxit) để tạo ra xenluloza kiềm (Alkali Cellulose). Quá trình này thường được thực hiện trong môi trường nước. Cellulose kiềm là sản phẩm phản ứng của cellulose và natri hydroxit. Chất này có cấu trúc lỏng lẻo hơn và khả năng phản ứng cao hơn, có lợi cho phản ứng ether hóa tiếp theo.
Quá trình kiềm hóa chủ yếu xảy ra ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, thường ở khoảng 20oC ~ 30oC trong vài giờ để đảm bảo các nhóm hydroxyl trong phân tử cellulose được kích hoạt hoàn toàn.
3. Phản ứng ete hóa
Etherification là một bước quan trọng trong việc sản xuất hydroxyethyl cellulose. Hydroxyethyl cellulose được sản xuất bằng cách cho cellulose kiềm phản ứng với ethylene oxit để tạo ra các nhóm hydroxyethyl. Các bước cụ thể như sau:
Phản ứng với ethylene oxit: Xenlulo kiềm phản ứng với một lượng ethylene oxit nhất định trong điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Cấu trúc vòng trong ethylene oxit mở ra tạo thành liên kết ether, phản ứng với các nhóm hydroxyl trong phân tử xenlulo và tạo ra các nhóm hydroxyethyl (–CH2CH2OH). Quá trình này có thể điều chỉnh mức độ ete hóa bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng (chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất và thời gian).
Phản ứng thường được thực hiện trong môi trường kiềm để đảm bảo hiệu quả của quá trình ete hóa. Nhiệt độ phản ứng thường là 50oC ~ 100oC và thời gian phản ứng là vài giờ. Bằng cách điều chỉnh lượng ethylene oxit, có thể kiểm soát được mức độ thay thế của sản phẩm cuối cùng, tức là có bao nhiêu nhóm hydroxyl trong phân tử cellulose được thay thế bằng nhóm hydroxyethyl.
4. Trung hòa và rửa sạch
Sau khi phản ứng ether hóa hoàn thành, các chất kiềm trong hệ thống phản ứng cần được trung hòa. Chất trung hòa thường được sử dụng là các chất có tính axit, chẳng hạn như axit axetic hoặc axit clohydric. Quá trình trung hòa sẽ trung hòa lượng kiềm dư thừa thành muối, không ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm.
Phản ứng trung hòa: Lấy sản phẩm ra khỏi lò phản ứng và thêm một lượng axit thích hợp để trung hòa cho đến khi giá trị pH trong hệ thống đạt mức trung tính. Quá trình này không chỉ loại bỏ lượng kiềm dư mà còn làm giảm tác động của các sản phẩm phụ phản ứng đến hiệu suất của hydroxyethyl cellulose.
Rửa và khử nước: Sản phẩm trung hòa cần được rửa nhiều lần, thường bằng nước hoặc etanol và các dung môi khác để rửa sạch tạp chất còn sót lại và sản phẩm phụ. Sản phẩm đã rửa được khử nước bằng cách ly tâm, ép lọc và các phương pháp khác để giảm độ ẩm.
5. Sấy và nghiền
Sau khi rửa và khử nước, hydroxyethyl cellulose vẫn chứa một lượng ẩm nhất định và cần được sấy khô thêm. Quá trình sấy có thể được thực hiện bằng phương pháp sấy không khí hoặc sấy chân không để đảm bảo sản phẩm có độ ổn định tốt trong quá trình bảo quản và sử dụng.
Sấy khô: Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ nhất định (thường dưới 60°C) để loại bỏ độ ẩm còn sót lại. Nhiệt độ sấy không được quá cao, nếu không có thể làm sản phẩm bị biến chất và ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm.
Nghiền và sàng lọc: Hydroxyethyl cellulose khô thường tồn tại ở dạng khối hoặc cục và phải được nghiền nát để thu được bột mịn. Sản phẩm nghiền cũng cần được sàng lọc để đạt được phân bổ kích thước hạt đáp ứng yêu cầu nhằm đảm bảo độ hòa tan và phân tán trong các ứng dụng thực tế.
6. Kiểm tra và đóng gói sản phẩm cuối cùng
Sau khi sản xuất, hydroxyethyl cellulose cần được kiểm tra chất lượng để đảm bảo các chỉ tiêu hoạt động của nó đạt yêu cầu tiêu chuẩn. Các hạng mục kiểm tra thường bao gồm:
Đo độ nhớt: Độ nhớt của hydroxyethyl cellulose sau khi hòa tan trong nước là một chỉ số chất lượng quan trọng, ảnh hưởng đến việc sử dụng nó trong sơn, xây dựng, hóa chất hàng ngày và các lĩnh vực khác.
Độ ẩm: Kiểm tra độ ẩm của sản phẩm để đảm bảo độ ổn định khi bảo quản.
Mức độ thay thế (DS) và mức độ thay thế mol (MS): Xác định mức độ thay thế và thay thế mol trong sản phẩm thông qua phân tích hóa học để đảm bảo hiệu quả của phản ứng ether hóa.
Sau khi vượt qua bài kiểm tra, hydroxyethyl cellulose sẽ được đóng gói thành các sản phẩm dạng bột hoặc dạng hạt, thường là trong túi nhựa chống ẩm hoặc túi giấy để tránh bị ẩm hoặc nhiễm bẩn.
Quy trình sản xuất hydroxyethyl cellulose chủ yếu bao gồm các bước chiết xuất cellulose, xử lý kiềm hóa, phản ứng ether hóa, trung hòa và rửa, sấy khô và nghiền. Toàn bộ quá trình phụ thuộc vào quá trình kiềm hóa và ete hóa trong phản ứng hóa học, và cellulose có khả năng hòa tan trong nước tốt và đặc tính làm đặc bằng cách đưa vào các nhóm hydroxyethyl. Hydroxyethyl cellulose được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, như chất làm đặc cho lớp phủ, chất giữ nước cho vật liệu xây dựng, chất ổn định trong các sản phẩm hóa chất hàng ngày, v.v. Mỗi mắt xích trong quá trình sản xuất cần phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng cao và hiệu suất ổn định của sản phẩm.
Thời gian đăng: 25/10/2024