كيف يتم تحضير ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز؟

الخلفية ونظرة عامة

إيثر السليلوز مادة كيميائية دقيقة بوليمرية واسعة الاستخدام، تُصنع من السليلوز، وهو بوليمر طبيعي، من خلال المعالجة الكيميائية. بعد تصنيع نترات السليلوز وأسيتات السليلوز في القرن التاسع عشر، طوّر الكيميائيون سلسلة من مشتقات السليلوز من العديد من إيثرات السليلوز، واكتُشفت مجالات تطبيق جديدة باستمرار، تشمل قطاعات صناعية عديدة. ومن منتجات إيثر السليلوز الصوديومكاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC), إيثيل السليلوز (EC), هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC), هيدروكسي بروبيل السليلوز (HPC), ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (MHEC)وميثيل هيدروكسي بروبيل السليلوز (MHPC)وتُعرف إيثرات السليلوز الأخرى باسم "غلوتامات أحادية الصوديوم الصناعية" وقد تم استخدامها على نطاق واسع في حفر آبار النفط والبناء والطلاء والأغذية والأدوية والمواد الكيميائية اليومية.

هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز (MHPC) مسحوق أبيض عديم الرائحة والطعم وغير سام، يذوب في الماء البارد لتكوين محلول لزج شفاف. يتميز بخصائص التكثيف، والربط، والتشتيت، والاستحلاب، وتكوين الأغشية، والتعليق، والامتصاص، والتجلط، والنشاط السطحي، والحفاظ على الرطوبة، وحماية الغرويات. وبفضل خاصية النشاط السطحي للمحلول المائي، يُستخدم كعامل حماية للغرويات، ومستحلب، ومشتت. يتميز محلول هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز المائي بخاصية محبة الماء العالية، وهو عامل فعال في الاحتفاظ بالماء. ولأن هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز يحتوي على مجموعات هيدروكسي إيثيل، فإنه يتمتع بقدرة جيدة على مقاومة العفن، وثبات لزوجة جيد، ومقاومة للعفن أثناء التخزين طويل الأمد.

يُحضّر هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز (HEMC) بإدخال بدائل أكسيد الإيثيلين (MS 0.3~0.4) في ميثيل سلولوز (MC)، ويتميز بمقاومة أفضل للأملاح مقارنةً بالبوليمرات غير المعدلة. كما أن درجة حرارة التجلط لميثيل سلولوز أعلى من درجة حرارة التجلط لميثيل سلولوز.

بناء

ميزة

الخصائص الرئيسية لهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز (HEMC) هي:

1. الذوبانية: يذوب في الماء وبعض المذيبات العضوية. يمكن إذابة HEMC في الماء البارد. يتحدد أعلى تركيز له فقط باللزوجة. تتغير الذوبانية بتغير اللزوجة، فكلما انخفضت اللزوجة زادت الذوبانية.

2. مقاومة الملح: منتجات HEMC هي إيثرات السليلوز غير الأيونية وليست بوليمرات إلكتروليتية، لذا فهي مستقرة نسبيًا في المحاليل المائية عند وجود أملاح معدنية أو إلكتروليتات عضوية، ولكن الإضافة المفرطة للإلكتروليتات يمكن أن تسبب التجلط والترسيب.

3. النشاط السطحي: نظرًا لوظيفة النشاط السطحي للمحلول المائي، يمكن استخدامه كعامل حماية غرواني، ومستحلب، ومشتت.

4. الهلام الحراري: عندما يتم تسخين المحلول المائي لمنتجات HEMC إلى درجة حرارة معينة، يصبح معتمًا، ويتحول إلى هلام، ويترسب، ولكن عند تبريده باستمرار، يعود إلى حالة المحلول الأصلية، وتعتمد درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا الهلام والترسب بشكل أساسي على مواد التشحيم، والمواد المساعدة على التعليق، والغرويات الواقية، والمستحلبات، وما إلى ذلك.

5. الخمول الأيضي وانخفاض الرائحة والرائحة: يستخدم HEMC على نطاق واسع في الأغذية والأدوية لأنه لا يتم استقلابه وله رائحة ورائحة منخفضة.

6. مقاومة العفن: يتمتع HEMC بمقاومة جيدة نسبياً للعفن واستقرار جيد للزوجة أثناء التخزين طويل الأجل.

7. استقرار الرقم الهيدروجيني: لا تتأثر لزوجة المحلول المائي لمنتجات HEMC تقريبًا بالحمض أو القلوي، وتكون قيمة الرقم الهيدروجيني مستقرة نسبيًا في نطاق 3.0 إلى 11.0.

طلب

يمكن استخدام هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز كعامل حماية غرواني، ومستحلب، ومشتت، وذلك بفضل خصائصه الفعالة سطحياً في المحاليل المائية. وفيما يلي أمثلة على استخداماته:

1. تأثير هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز على أداء الأسمنت. هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز مسحوق أبيض عديم الرائحة والطعم وغير سام، يذوب في الماء البارد لتكوين محلول لزج شفاف. يتميز بخصائص التكثيف، والربط، والتشتيت، والاستحلاب، وتكوين الأغشية، والتعليق، والامتصاص، والتجلط، والنشاط السطحي، والحفاظ على الرطوبة، وحماية الغرويات. ولأن المحلول المائي له وظيفة نشطة سطحياً، فإنه يُستخدم كعامل حماية للغرويات، ومستحلب، ومشتت. يتميز محلول هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز المائي بخاصية محبة الماء الجيدة، وهو عامل فعال في الاحتفاظ بالماء.

2. يتم تحضير طلاء بارز عالي المرونة، مصنوع من المواد الخام التالية بنسب وزنية: 150-200 غرام من الماء منزوع الأيونات؛ 60-70 غرام من مستحلب الأكريليك النقي؛ 550-650 غرام من الكالسيوم الثقيل؛ 70-90 غرام من بودرة التلك؛ محلول مائي أساسي من السليلوز 30-40 غرام؛ محلول مائي من اللجنين السليلوزي 10-20 غرام؛ مساعد تكوين طبقة 4-6 غرام؛ مطهر ومبيد للفطريات 1.5-2.5 غرام؛ مشتت 1.8-2.2 غرام؛ عامل ترطيب 1.8-2.2 غرام؛ 3.5-4.5 غرام؛ إيثيلين جليكول 9-11 غرام؛ يتم تحضير المحلول المائي لهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز عن طريق إذابة 2-4% من هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز في الماء؛ يتكون المحلول المائي للّجنين السليلوزي من 1-3% من اللجنين السليلوزي، ويتم تحضيره عن طريق إذابته في الماء.

تحضير

طريقة لتحضير هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز، تعتمد على استخدام القطن المكرر كمادة خام، وأكسيد الإيثيلين كعامل إيثيري. تتكون هذه الطريقة من المكونات التالية: 700-800 جزء من خليط التولوين والإيزوبروبانول كمذيب، 30-40 جزء من الماء، 70-80 جزء من هيدروكسيد الصوديوم، 80-85 جزء من القطن المكرر، 20-28 جزء من أكسيد الإيثان، 80-90 جزء من كلوريد الميثيل، 16-19 جزء من حمض الخليك الجليدي. الخطوات التفصيلية هي:

الخطوة الأولى، في وعاء التفاعل، أضف خليط التولوين والإيزوبروبانول والماء وهيدروكسيد الصوديوم، وسخن حتى 60-80 درجة مئوية، وحافظ على دفئه لمدة 20-40 دقيقة؛

الخطوة الثانية، القلوية: تبريد المواد المذكورة أعلاه إلى 30-50 درجة مئوية، إضافة القطن المكرر، رش خليط مذيب التولوين والإيزوبروبانول، تفريغ الهواء إلى 0.006 ميجا باسكال، ملء النيتروجين لثلاث عمليات استبدال، وإجراء القلوية بعد الاستبدال، شروط القلوية هي: وقت القلوية ساعتان، ودرجة حرارة القلوية من 30 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية؛

الخطوة الثالثة، وهي عملية الإيثير: بعد اكتمال عملية القلوية، يتم تفريغ المفاعل إلى 0.05-0.07 ميجا باسكال، ويتم إضافة أكسيد الإيثيلين وكلوريد الميثيل لمدة 30-50 دقيقة؛ المرحلة الأولى من عملية الإيثير: 40-60 درجة مئوية، 1.0-2.0 ساعة، ويتم التحكم في الضغط بين 0.15 و0.3 ميجا باسكال؛ المرحلة الثانية من عملية الإيثير: 60-90 درجة مئوية، 2.0-2.5 ساعة، ويتم التحكم في الضغط بين 0.4 و0.8 ميجا باسكال؛

الخطوة الرابعة، وهي المعادلة: أضف حمض الخليك الجليدي المقاس مسبقًا إلى غلاية الترسيب، واضغط على المادة الإيثيرية للمعادلة، وارفع درجة الحرارة إلى 75-80 درجة مئوية للترسيب، وترتفع درجة الحرارة إلى 102 درجة مئوية، ويتم الكشف عن قيمة الرقم الهيدروجيني لتكون 6. عند الساعة 8، تكتمل عملية إزالة المذيبات؛ ويتم ملء خزان إزالة المذيبات بماء الصنبور المعالج بواسطة جهاز التناضح العكسي عند درجة حرارة تتراوح بين 90 درجة مئوية و100 درجة مئوية؛

الخطوة الخامسة، الغسل بالطرد المركزي: يتم طرد المادة في الخطوة الرابعة من خلال جهاز طرد مركزي لولبي أفقي، ويتم نقل المادة المفصولة إلى خزان غسيل مملوء بالماء الساخن مسبقًا لغسل المادة؛

الخطوة السادسة، التجفيف بالطرد المركزي: يتم نقل المادة المغسولة إلى المجفف من خلال جهاز طرد مركزي لولبي أفقي، ويتم تجفيف المادة عند درجة حرارة 150-170 درجة مئوية، ثم يتم سحق المادة المجففة وتعبئتها.

بالمقارنة مع تقنية إنتاج إيثر السليلوز الحالية، يستخدم هذا الاختراع أكسيد الإيثيلين كعامل إيثر لتحضير هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز، الذي يتميز بمقاومة جيدة للعفن لاحتوائه على مجموعات هيدروكسي إيثيل. كما يتميز بثبات لزوجته ومقاومته للعفن أثناء التخزين طويل الأمد، ويمكن استخدامه بدلاً من أنواع إيثر السليلوز الأخرى.