متیل هیدروکسی اتیل سلولز چگونه تهیه می‌شود؟

پیشینه و بررسی اجمالی

اتر سلولز یک ماده شیمیایی ریز پلیمری است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و از طریق عملیات شیمیایی از پلیمر طبیعی سلولز ساخته می‌شود. پس از تولید نیترات سلولز و استات سلولز در قرن نوزدهم، شیمیدانان مجموعه‌ای از مشتقات سلولزی از بسیاری از اتر سلولزها را توسعه داده‌اند و زمینه‌های کاربردی جدیدی به طور مداوم کشف شده‌اند که شامل بسیاری از بخش‌های صنعتی می‌شود. محصولات اتر سلولزی مانند سدیمکربوکسی متیل سلولز (CMC), اتیل سلولز (EC), هیدروکسی اتیل سلولز (HEC), هیدروکسی پروپیل سلولز (HPC), متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC)ومتیل هیدروکسی پروپیل سلولز (MHPC)و سایر اترهای سلولز به عنوان "مونو سدیم گلوتامات صنعتی" شناخته می‌شوند و به طور گسترده در حفاری نفت، ساخت و ساز، پوشش‌ها، غذا، دارو و مواد شیمیایی روزانه مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

هیدروکسی اتیل متیل سلولز (MHPC) یک پودر سفید بی‌بو، بی‌مزه و غیرسمی است که می‌تواند در آب سرد حل شود و یک محلول ویسکوز شفاف تشکیل دهد. این ماده دارای ویژگی‌های غلظت‌دهنده، اتصال‌دهنده، پراکنده‌کننده، امولسیون‌کننده، تشکیل‌دهنده فیلم، سوسپانسیون‌کننده، جاذب، ژل‌کننده، فعال سطحی، حفظ رطوبت و محافظت از کلوئید است. به دلیل عملکرد فعال سطحی محلول آبی، می‌توان از آن به عنوان یک عامل محافظ کلوئیدی، امولسیفایر و پراکنده‌کننده استفاده کرد. محلول آبی هیدروکسی اتیل متیل سلولز آبدوستی خوبی دارد و یک عامل نگهدارنده آب کارآمد است. از آنجا که هیدروکسی اتیل متیل سلولز حاوی گروه‌های هیدروکسی اتیل است، توانایی ضد کپک خوبی، پایداری ویسکوزیته خوب و مقاومت در برابر کپک در طول نگهداری طولانی مدت دارد.

هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) با وارد کردن جایگزین‌های اکسید اتیلن (MS 0.3~0.4) به متیل سلولز (MC) تهیه می‌شود و مقاومت نمکی آن بهتر از پلیمرهای اصلاح نشده است. دمای ژل شدن متیل سلولز نیز بالاتر از MC است.

ساختار

ویژگی

ویژگی‌های اصلی هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) عبارتند از:

۱. حلالیت: در آب و برخی از حلال‌های آلی محلول است. HEMC را می‌توان در آب سرد حل کرد. بالاترین غلظت آن فقط با ویسکوزیته تعیین می‌شود. حلالیت با ویسکوزیته متفاوت است. هرچه ویسکوزیته کمتر باشد، حلالیت بیشتر است.

۲. مقاومت در برابر نمک: محصولات HEMC اتر سلولزی غیر یونی هستند و پلی الکترولیت نیستند، بنابراین در محلول‌های آبی که نمک‌های فلزی یا الکترولیت‌های آلی وجود دارند، نسبتاً پایدار هستند، اما افزودن بیش از حد الکترولیت‌ها می‌تواند باعث ژل شدن و رسوب شود.

۳. فعالیت سطحی: با توجه به عملکرد فعال سطحی محلول آبی، می‌توان از آن به عنوان یک عامل محافظ کلوئیدی، امولسیفایر و پراکنده‌ساز استفاده کرد.

۴. ژل حرارتی: وقتی محلول آبی محصولات HEMC تا دمای خاصی گرم می‌شود، مات، ژل و رسوب می‌کند، اما وقتی به طور مداوم خنک شود، به حالت محلول اولیه برمی‌گردد و دمایی که این ژل و رسوب در آن رخ می‌دهد عمدتاً به روان‌کننده‌ها، کمک‌کننده‌های تعلیق، کلوئیدهای محافظ، امولسیفایرها و غیره بستگی دارد.

۵. بی‌اثری متابولیکی و بو و عطر کم: HEMC به طور گسترده در مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شود زیرا متابولیزه نمی‌شود و بو و عطر کمی دارد.

۶. مقاومت در برابر کپک: HEMC مقاومت نسبتاً خوبی در برابر کپک و پایداری ویسکوزیته خوبی در طول نگهداری طولانی مدت دارد.

۷. پایداری PH: ویسکوزیته محلول آبی محصولات HEMC به سختی تحت تأثیر اسید یا قلیا قرار می‌گیرد و مقدار pH در محدوده ۳.۰ تا ۱۱.۰ نسبتاً پایدار است.

کاربرد

هیدروکسی اتیل متیل سلولز به دلیل عملکرد فعال سطحی در محلول آبی، می‌تواند به عنوان یک عامل محافظ کلوئیدی، امولسیفایر و پخش‌کننده مورد استفاده قرار گیرد. نمونه‌هایی از کاربردهای آن به شرح زیر است:

۱. تأثیر هیدروکسی اتیل متیل سلولز بر عملکرد سیمان. هیدروکسی اتیل متیل سلولز یک پودر سفید بی‌بو، بی‌مزه و غیرسمی است که می‌تواند در آب سرد حل شود و یک محلول چسبناک شفاف تشکیل دهد. این ماده دارای ویژگی‌های غلیظ‌کننده، اتصال‌دهنده، پراکنده‌کننده، امولسیون‌کننده، تشکیل‌دهنده فیلم، تعلیق‌کننده، جاذب، ژل‌کننده، فعال سطحی، حفظ رطوبت و محافظت از کلوئید است. از آنجایی که محلول آبی دارای عملکرد فعال سطحی است، می‌توان از آن به عنوان یک عامل محافظ کلوئیدی، امولسیفایر و پراکنده‌کننده استفاده کرد. محلول آبی هیدروکسی اتیل متیل سلولز آب‌دوستی خوبی دارد و یک عامل نگهدارنده آب کارآمد است.

۲. یک رنگ برجسته بسیار انعطاف‌پذیر تهیه می‌شود که از مواد اولیه زیر به صورت قطعات وزنی ساخته شده است: ۱۵۰-۲۰۰ گرم آب دیونیزه؛ ۶۰-۷۰ گرم امولسیون اکریلیک خالص؛ ۵۵۰-۶۵۰ گرم کلسیم سنگین؛ ۷۰-۹۰ گرم پودر تالک؛ محلول آبی سلولز پایه ۳۰-۴۰ گرم؛ محلول آبی لیگنوسلولز ۱۰-۲۰ گرم؛ کمک تشکیل فیلم ۴-۶ گرم؛ ضدعفونی‌کننده و قارچ‌کش ۱.۵-۲.۵ گرم؛ پخش‌کننده ۱.۸-۲.۲ گرم؛ عامل مرطوب‌کننده ۱.۸-۲.۲ گرم؛ ۳.۵-۴.۵ گرم؛ اتیلن گلیکول ۹-۱۱ گرم؛ محلول آبی هیدروکسی اتیل متیل سلولز با حل کردن ۲-۴٪ هیدروکسی اتیل متیل سلولز در آب ساخته می‌شود؛ محلول آبی لیگنوسلولز از ۱-۳٪ لیگنوسلولز با حل شدن در آب ساخته می‌شود.

آماده سازی

یک روش تهیه هیدروکسی اتیل متیل سلولز، این روش به این صورت است که از پنبه تصفیه شده به عنوان ماده اولیه و از اکسید اتیلن به عنوان عامل اتری کننده برای تهیه هیدروکسی اتیل متیل سلولز استفاده می‌شود. اجزای وزنی مواد اولیه برای تهیه هیدروکسی اتیل متیل سلولز به شرح زیر است: ۷۰۰-۸۰۰ قسمت مخلوط تولوئن و ایزوپروپانول به عنوان حلال، ۳۰-۴۰ قسمت آب، ۷۰-۸۰ قسمت هیدروکسید سدیم، ۸۰-۸۵ قسمت پنبه تصفیه شده، ۲۰-۲۸ قسمت اکسی اتان حلقه شده، ۸۰-۹۰ قسمت متیل کلرید، ۱۶-۱۹ قسمت اسید استیک گلاسیال؛ مراحل خاص عبارتند از:

مرحله اول، در کتری واکنش، مخلوط تولوئن و ایزوپروپانول، آب و هیدروکسید سدیم را اضافه کنید، تا دمای 60-80 درجه سانتیگراد گرم کنید، به مدت 20-40 دقیقه گرم نگه دارید.

مرحله دوم، قلیایی‌سازی: مواد فوق را تا دمای 30 تا 50 درجه سانتیگراد خنک کنید، پنبه تصفیه شده اضافه کنید، حلال مخلوط تولوئن و ایزوپروپانول را اسپری کنید، تا فشار 0.006 مگاپاسکال خلاء کنید، به مدت 3 بار نیتروژن اضافه کنید و پس از جایگزینی، قلیایی‌سازی را انجام دهید. شرایط قلیایی‌سازی عبارتند از: زمان قلیایی‌سازی 2 ساعت و دمای قلیایی‌سازی 30 تا 50 درجه سانتیگراد است.

مرحله سوم، اتری‌سازی: پس از اتمام قلیایی‌سازی، راکتور تا دمای 0.05-0.07 مگاپاسکال تخلیه می‌شود و اتیلن اکسید و متیل کلرید به مدت 30-50 دقیقه اضافه می‌شوند؛ مرحله اول اتری‌سازی: 40-60 درجه سانتیگراد، 1.0-2.0 ساعت، فشار بین 0.15 و 0.3 مگاپاسکال کنترل می‌شود؛ مرحله دوم اتری‌سازی: 60 تا 90 درجه سانتیگراد، 2.0 تا 2.5 ساعت، فشار بین 0.4 و 0.8 مگاپاسکال کنترل می‌شود؛

مرحله چهارم، خنثی‌سازی: اسید استیک یخبندان اندازه‌گیری شده را از قبل به کتری رسوب‌دهنده اضافه کنید، برای خنثی‌سازی به ماده اتری شده فشار دهید، دما را برای رسوب‌گذاری به 75-80 درجه سانتیگراد افزایش دهید، دما به 102 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد و مقدار pH برابر با 6 تشخیص داده می‌شود. در ساعت 8، حلال‌زدایی تکمیل می‌شود. مخزن حلال‌زدایی با آب لوله‌کشی که توسط دستگاه اسمز معکوس در دمای 90 تا 100 درجه سانتیگراد تصفیه شده است، پر می‌شود.

مرحله پنجم، شستشوی گریز از مرکز: مواد در مرحله چهارم از طریق یک سانتریفیوژ افقی مارپیچی سانتریفیوژ می‌شوند و مواد جدا شده برای شستشوی مواد به یک مخزن شستشوی پر از آب داغ که از قبل پر شده است، منتقل می‌شوند.

مرحله ششم، خشک کردن گریز از مرکز: مواد شسته شده از طریق یک سانتریفیوژ افقی مارپیچی به داخل خشک کن منتقل می‌شوند و مواد در دمای ۱۵۰-۱۷۰ درجه سانتیگراد خشک می‌شوند و مواد خشک شده خرد شده و بسته بندی می‌شوند.

در مقایسه با فناوری تولید اتر سلولز موجود، اختراع حاضر از اکسید اتیلن به عنوان عامل اتری‌کننده برای تهیه هیدروکسی اتیل متیل سلولز استفاده می‌کند که به دلیل دارا بودن گروه‌های هیدروکسی اتیل، مقاومت خوبی در برابر کپک دارد. این ماده از پایداری ویسکوزیته خوبی برخوردار است و در طول نگهداری طولانی مدت در برابر کپک مقاوم است. می‌توان از آن به جای سایر اتر سلولز استفاده کرد.