فرآیند تولید و عملکرد هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)

مقدمه

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) یک پلیمر غیر یونی محلول در آب است که به طور گسترده در استخراج نفت، پوشش‌ها، ساخت و ساز، مواد شیمیایی روزانه، کاغذسازی و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. HEC با اصلاح شیمیایی سلولز به دست می‌آید و خواص و کاربردهای آن عمدتاً توسط جایگزین‌های هیدروکسی اتیل روی مولکول‌های سلولز تعیین می‌شود.

دوم. فرآیند تولید

فرآیند تولید HEC عمدتاً شامل مراحل زیر است: اتری کردن سلولز، شستشو، آبگیری، خشک کردن و آسیاب کردن. در ادامه مقدمه‌ای مفصل برای هر مرحله آمده است:

اتری شدن سلولز

سلولز ابتدا با قلیا واکنش داده می‌شود تا سلولز قلیایی (سلولز آلکالی) تشکیل شود. این فرآیند معمولاً در یک راکتور انجام می‌شود و از محلول هیدروکسید سدیم برای واکنش سلولز طبیعی و تشکیل سلولز قلیایی استفاده می‌شود. واکنش شیمیایی به شرح زیر است:

سلول-OH+NaOH→Cell-O-Na+H2OCسل-OH+NaOH→Cell-O-Na+H2O

سپس، سلولز قلیایی با اکسید اتیلن واکنش داده و هیدروکسی اتیل سلولز تشکیل می‌دهد. این واکنش تحت فشار بالا، معمولاً 30 تا 100 درجه سانتیگراد، انجام می‌شود و واکنش خاص به شرح زیر است:

سلول-O-Na+CH2CH2O→Cell-O-CH2CH2OHCell-O-Na+CH 2CH 2O→Cell-O-CH 2CH2OH

این واکنش نیاز به کنترل دقیق دما، فشار و میزان اکسید اتیلن اضافه شده دارد تا یکنواختی و کیفیت محصول تضمین شود.

شستشو

HEC خام حاصل معمولاً حاوی قلیای واکنش نداده، اکسید اتیلن و سایر محصولات جانبی است که باید با شستشوی چندگانه با آب یا شستشو با حلال آلی حذف شوند. مقدار زیادی آب در طول فرآیند شستشو با آب مورد نیاز است و فاضلاب پس از شستشو باید تصفیه و تخلیه شود.

کم آبی بدن

HEC مرطوب پس از شستشو نیاز به آبگیری دارد، معمولاً با فیلتراسیون خلاء یا جداسازی گریز از مرکز برای کاهش رطوبت.

خشک کردن

HEC آبگیری شده معمولاً با خشک کردن پاششی یا خشک کردن ناگهانی خشک می‌شود. دما و زمان باید در طول فرآیند خشک کردن به شدت کنترل شود تا از تخریب یا تجمع در دمای بالا جلوگیری شود.

سنگ زنی

بلوک HEC خشک شده باید آسیاب و الک شود تا توزیع اندازه ذرات یکنواختی حاصل شود و در نهایت به صورت پودر یا دانه‌ای درآید.

III. ویژگی‌های عملکرد

حلالیت در آب

HEC حلالیت خوبی در آب دارد و می‌تواند به سرعت در آب سرد و گرم حل شود و یک محلول شفاف یا نیمه‌شفاف تشکیل دهد. این خاصیت حلالیت باعث می‌شود که به طور گسترده به عنوان غلیظ‌کننده و تثبیت‌کننده در پوشش‌ها و محصولات شیمیایی روزانه مورد استفاده قرار گیرد.

ضخیم شدن

HEC در محلول آبی اثر غلیظ‌کنندگی قوی نشان می‌دهد و ویسکوزیته آن با افزایش وزن مولکولی افزایش می‌یابد. این خاصیت غلیظ‌کنندگی، آن را قادر می‌سازد تا در غلظت‌دهی، حفظ آب و بهبود عملکرد ساخت‌وساز در پوشش‌های پایه آب و ملات‌های ساختمانی نقش داشته باشد.

رئولوژی

محلول آبی HEC خواص رئولوژیکی منحصر به فردی دارد و ویسکوزیته آن با تغییر سرعت برش تغییر می‌کند و نازک شدن برشی یا شبه‌پلاستیسیته را نشان می‌دهد. این خاصیت رئولوژیکی آن را قادر می‌سازد تا سیالیت و عملکرد ساختاری را در پوشش‌ها و سیالات حفاری میدان نفتی تنظیم کند.

امولسیون سازی و سوسپانسیون سازی

HEC خواص امولسیون‌سازی و تعلیق خوبی دارد که می‌تواند ذرات یا قطرات معلق را در سیستم پراکندگی تثبیت کند تا از لایه لایه شدن و رسوب‌گذاری جلوگیری شود. بنابراین، HEC اغلب در محصولاتی مانند پوشش‌های امولسیونی و سوسپانسیون‌های دارویی استفاده می‌شود.

زیست تخریب پذیری

HEC یک مشتق سلولز طبیعی با قابلیت تجزیه زیستی خوب، بدون آلودگی محیط زیست و مطابق با الزامات حفاظت از محیط زیست سبز است.

IV. زمینه‌های کاربرد

پوشش‌ها

در پوشش‌های پایه آب، HEC به عنوان غلیظ‌کننده و تثبیت‌کننده برای بهبود سیالیت، عملکرد ساختاری و خواص ضد شره پوشش‌ها استفاده می‌شود.

ساخت و ساز

در مصالح ساختمانی، HEC در ملات و پودر بتونه بر پایه سیمان برای بهبود عملکرد ساخت و ساز و حفظ آب استفاده می‌شود.

مواد شیمیایی روزانه

در مواد شوینده، شامپوها و خمیردندان‌ها، HEC به عنوان یک غلیظ‌کننده و تثبیت‌کننده برای بهبود حس و پایداری محصول استفاده می‌شود. 

میدان‌های نفتی

در حفاری و شکافت‌های نفتی، از HEC برای تنظیم رئولوژی و خواص تعلیق سیالات حفاری و بهبود راندمان و ایمنی حفاری استفاده می‌شود.

کاغذسازی

در فرآیند کاغذسازی، از HEC برای کنترل سیالیت خمیر کاغذ و بهبود یکنواختی و خواص سطحی کاغذ استفاده می‌شود.

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) به دلیل حلالیت عالی در آب، غلظت دهندگی، خواص رئولوژیکی، امولسیون سازی و سوسپانسیون و همچنین زیست تخریب پذیری خوب، در بسیاری از زمینه‌های صنعتی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند تولید آن نسبتاً پیشرفته است. از طریق مراحل اتری شدن سلولز، شستشو، آبگیری، خشک کردن و آسیاب کردن، می‌توان محصولات HEC با عملکرد پایدار و کیفیت خوب تهیه کرد. در آینده، با بهبود الزامات حفاظت از محیط زیست و پیشرفت فناوری، چشم‌انداز کاربرد HEC گسترده‌تر خواهد شد.