كيف يتم إعداد إيثيل السليلوز

إيثيل السليلوز (EC)مشتق من السليلوز يستخدم على نطاق واسع في المستحضرات الصيدلانية والمواد الغذائية والطلاء والأحبار والبلاستيك. يتم الحصول عليها عن طريق استبدال مجموعات الهيدروكسيل من العمود الفقري السليلوز بمجموعات إثوكسي من خلال عملية الإيثر. هذا التعديل الكيميائي يجعل السليلوز ، وهو محب للماء بشكل طبيعي وغير قابل للذوبان في معظم المذيبات العضوية ، في بوليمر حراري قابل للذوبان في مختلف المذيبات العضوية ، مع زيادة الرهاب المائي والقدرة على تشكيل الأفلام.

المواد الخام للسليلوز الإيثيل

السليلوز-المادة الخام الرئيسية ، وعادة ما يتم تنقيتها من لب الخشب أو شتاء القطن. السليلوز عالي النقاء مع الحد الأدنى من الليغنين ، الهيميسيلوز ، ومحتوى الرماد مطلوب لكفاءة التفاعل المتسقة.

القلوي (NaOH) -يستخدم للقلوية ، تحويل السليلوز إلى السليلوز القلوي. هيدروكسيد الصوديوم يتضخم هيكل السليلوز ، تنشيط مجموعات الهيدروكسيل للإيتريد.

عامل الإيثيل عادة كلوريد الإيثيلي (cah-cl) أو سلفات الإيثيل (cيحات من من من من خلال: من حيث كيفية الاستفادة من السيليلوز القلوي ليحل محل مجموعات الهيدروكسيل مع مجموعات الإيثوكسي.

يمكن استخدام المذيبات العضوية-الزيلين أو البنزين أو التولوين كوسائل تفاعل. غالبًا ما تستخدم العمليات الحديثة بدائل أكثر خضرة.

الماء-مطلوب لخطوات الغسيل والتحييد.

الأحماض-يستخدم حمض الهيدروكلوريك المخفف أو حمض الخليك لتحييد بعد التفاعل.

الأساس الكيميائي للعملية

يتكون السليلوز من بيتا-دي-جلوكوز بواسطة بيتا-1 ، 4 روابط جليكوسيدية ، كل حلقة جلوكوز تحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل (-أوه) في وضع الارتباط ، و ، وتكرار. مجموعات الهيدروكسيل هذه هي مواقع تفاعلية للـ etherification.

يتضمن إعداد EC تفاعلاتين كيميائيتين رئيسيتين:

القلوية:

يحول هيدروكسيد الصوديوم مجموعات الهيدروكسيل الحرة إلى أيونات ألكوكسيد ، مما يزيد من النوكليوفيليسيتي.

إيثيلاتيون:

يتفاعل السليلوز القلوي مع كلوريد الإيثيل (أو كبريتات الإيثيل) ، مما ينتج عنه سيليلوز إيثيل وكلوريد الصوديوم كمنتجات ثانوية.

درجة الإبدال (DS) ، أي متوسط عدد مجموعات الهيدروكسيل التي تحل محلها مجموعات إيثوكسي لكل وحدة جلوكوز ، عادة ما تتراوح بين وعام من أجل سيلوز إيثيل تجاري. تؤثر DS بشكل كبير على قابلية الذوبان واللزوجة وخصائص تشكيل الغشاء للبوليمر.

عملية الإعداد خطوة بخطوة

أو. إعداد السليلوز القلوي

تجفيف السليلوز: يتم تجفيف السليلوز المنقى إلى محتوى رطوبة حوالي 5-من أجل ضمان تفاعل متحكم به.

القلوية: يعالج السليلوز المجفف بمحلول هيدروكسيد الصوديوم المائي (عادة 18-+ w/w) في درجات حرارة تتراوح بين 25-50 درجة مئوية. NaOH يخترق ألياف السليلوز ، ويحول مجموعات الهيدروكسيل إلى سليلوز الصوديوم (السليلوز القلوي).

الشيخوخة: يسمح للسليلوز القلوي بالعمر لعدة ساعات. أثناء الشيخوخة ، تتضخم البنية البلورية للسليلوز ، وتصبح سلاسل البوليمر أكثر تفاعلًا.

أو. الإيثيلين (Ethylation)

يتم نقل السليلوز القلوي إلى مفاعل الإيثيلين.

يتم تقديم كلوريد الإيثيل ، إما في شكل سائل أو غازي ، تحت الضغط (1-3 MPa). تتراوح درجات حرارة التفاعل عادة بين 60-من من من من.

قد يستمر التفاعل من 3 إلى 10 ساعات ، اعتمادًا على الهدف DS وحجم الجسيمات والإثارة.

في بعض الأحيان يتم استخدام مذيب مختلط (على سبيل المثال ، التولوين مع الإيثانول) لتسهيل نقل الحرارة وتحسين نشر عامل الإيثيلات.

المنتجات الثانوية ، مثل كلوريد الصوديوم ، تتولد وتبقى في كتلة التفاعل.

أو. عزل وتنقية المنتج

بعد التفاعل ، يتم فصل سلولوز إيثيل الخام عن المنتجات الثانوية.

يخضع للغسيل المتكرر بالماء الساخن لإزالة الأملاح (بشكل رئيسي NaCl) والقلويات المتبقية.

يضمن التحييد باستخدام حمض مخفف الإزالة الكاملة لمخلفات هيدروكسيد الصوديوم.

يتم غسل EC المغسول بمذيبات عضوية لإزالة كلوريد الإيثيل غير المتفاعل أو المنتجات الجانبية.

أو. تجفيف

يجفف الرطب المنقى في مجففات الهواء الساخن أو الأفران المفرغة في درجات حرارة حوالي 70-80 درجة مئوية حتى ينخفض محتوى الرطوبة إلى أقل من EC.

يتم إيلاء عناية خاصة لمنع التدهور أو تغير اللون أثناء التجفيف.

أو. الطحن والغربلة

يتم طحن EC المجفف إلى حجم الجسيمات المطلوب.

يضمن النخل توحيد توزيع الجسيمات ، وهو أمر مهم للاتساق في تطبيقات الاستخدام النهائي مثل طلاء الكمبيوتر اللوحي أو صب الغشاء.

العوامل التي تؤثر على جودة إيثيل السليلوز

درجة الإبدال (DS): تحدد قابلية الذوبان والخصائص الفيزيائية. يؤدي انخفاض DS (>2) إلى ذوبان جزئي في الماء ؛ ويحسن DS (>) أعلى الذوبان في المذيبات العضوية ولكن قد يؤثر على الخواص الميكانيكية.

اللزوجة: يتم التحكم فيها بواسطة الوزن الجزيئي لمصدر السليلوز وظروف التفاعل. EC متاحة تجاريًا في درجات اللزوجة المختلفة ، وهي مهمة للتطبيقات في الطلاء والمستحضرات الصيدلانية.

النقاء: الأملاح المتبقية ، والمواد الكيميائية غير المتفاعل ، أو المنتجات الثانوية يمكن أن تؤثر على الجودة ، وشفافية الفيلم ، والتوافق الحيوي.

محتوى الرطوبة: يمكن أن تقلل الرطوبة الزائدة من استقرار التخزين وتؤثر على قابلية التدفق.

اعتبارات البيئة والسلامة

استخدام المذيبات الخضراء: يركز الإنتاج الحديث على تقليل استخدام الهيدروكربونات العاطرية واستخدام النظم المغلقة للحد من انبعاثات كلوريد الإيثيل.

معالجة النفايات السائلة: تولد خطوات الغسيل مياه الصرف الصحي التي تحتوي على الأملاح والمخلفات العضوية ، والتي تتطلب المعالجة قبل التخلص منها.

سلامة العمال: كلوريد الإيثيل قابل للاشتعال وسام ؛ وبالتالي ، تم تصميم المفاعلات لمعايير السلامة العالية.

تطبيقات إيثيل السليلوز

المستحضرات الصيدلانية: تستخدم كفيلم سابق في الطلاء اللوحي ، مصفوفات الإفراج المستمر ، وعوامل إخفاء الذوق.

صناعة الأغذية: يعمل كمثبت ، ومثخن ، وعامل تغليف.

الطلاء والأحبار: يوفر مقاومة الرطوبة والمرونة.

البلاستيك: يعمل كرابط وتعديل في التركيبات الحرارية.

يتم تحضير إيثيل السليلوز عن طريق إيثيلين السليلوز مع كلوريد الإيثيل في وجود القلويات. تتضمن العملية عدة خطوات يتم التحكم فيها جيدًا: القلوية ، الإيثيلاتيون ، الغسيل ، التجفيف ، والطحن. عن طريق ضبط درجة الاستبدال والوزن الجزيئي ، يمكن للمصنعين خياط EC لتطبيقات محددة. تؤكد عملية التحضير على النقاء والسلامة البيئية والكفاءة ، مما يجعل إيثيل السليلوز أحد مشتقات السليلوز الأكثر تنوعًا في الاستخدام الصناعي والصيدلاني اليوم.