Hydroksietyyliselluloosan (HEC) tuotantoprosessi ja suorituskyky

I. Johdanto

Hydroksietyyliselluloosa (HEC) on ioniton vesiliukoinen polymeeri, jota käytetään laajalti öljyn uuttamisessa, pinnoitteissa, rakentamisessa, päivittäiskemikaaleissa, paperinvalmistuksessa ja muilla aloilla. HEC:tä saadaan selluloosasta kemiallisesti modifioimalla, ja sen ominaisuudet ja käyttötarkoitukset määräytyvät pääasiassa selluloosamolekyylien hydroksietyylisubstituenttien perusteella.

II. Tuotantoprosessi

HEC:n tuotantoprosessi sisältää pääasiassa seuraavat vaiheet: selluloosan eetteröinti, pesu, dehydraatio, kuivaus ja jauhatus. Seuraavassa on yksityiskohtainen johdanto jokaiseen vaiheeseen:

Selluloosan eetteröinti

Selluloosa käsitellään ensin alkalilla alkaliselluloosan (selluloosa-alkali) muodostamiseksi. Tämä prosessi suoritetaan yleensä reaktorissa, jossa luonnollinen selluloosa käsitellään natriumhydroksidiliuoksella alkaliselluloosan muodostamiseksi. Kemiallinen reaktio on seuraava:

Solu-OH+NaOH→solu-O-Na+H2OCsolu-OH+NaOH→solu-O-Na+H2O

Sitten alkaliselluloosa reagoi etyleenioksidin kanssa muodostaen hydroksietyyliselluloosaa. Reaktio suoritetaan korkeassa paineessa, yleensä 30–100 °C:ssa, ja spesifinen reaktio on seuraava:

Solu-O-Na+CH2CH2O→solu-O-CH2CH2OHCell-O-Na+CH 2CH 2O→solu-O-CH 2CH 2OH

Tämä reaktio vaatii lämpötilan, paineen ja lisätyn etyleenioksidin määrän tarkkaa hallintaa tuotteen tasaisuuden ja laadun varmistamiseksi.

Pesu

Tuloksena oleva raaka HEC sisältää yleensä reagoimatonta alkalia, etyleenioksidia ja muita sivutuotteita, jotka on poistettava useilla vesipesuilla tai orgaanisilla liuottimilla tehtävällä pesulla. Vesipesuprosessissa tarvitaan suuri määrä vettä, ja pesun jälkeinen jätevesi on käsiteltävä ja poistettava.

Nestehukka

Pesun jälkeen märkä HEC on kuivattava, yleensä tyhjiösuodatuksella tai keskipakoiserottelulla kosteuspitoisuuden vähentämiseksi.

Kuivaus

Kuivattu HEC kuivataan yleensä sumutuskuivauksella tai pikakuivauksella. Lämpötilaa ja aikaa on valvottava tarkasti kuivausprosessin aikana, jotta vältetään korkeassa lämpötilassa tapahtuva hajoaminen tai agglomeraatio.

Hionta

Kuivattu HEC-lohko on jauhettava ja seulottava tasaisen hiukkaskokojakauman saavuttamiseksi ja lopulta jauheen tai rakeisen tuotteen muodostamiseksi.

III. Suorituskykyominaisuudet

Vesiliukoisuus

HEC:llä on hyvä vesiliukoisuus ja se voi liueta nopeasti sekä kylmään että kuumaan veteen muodostaen läpinäkyvän tai läpikuultavan liuoksen. Tämän liukoisuusominaisuuden ansiosta sitä käytetään laajalti sakeuttamis- ja stabilointiaineena pinnoitteissa ja päivittäisissä kemikaaleissa.

Paksuntaminen

HEC:llä on voimakas sakeuttamisvaikutus vesiliuoksessa, ja sen viskositeetti kasvaa molekyylipainon kasvaessa. Tämä sakeuttamisominaisuus mahdollistaa sen, että se vaikuttaa sakeuttamiseen, vedenpidätyskykyyn ja parantaa rakennusominaisuuksia vesipohjaisissa pinnoitteissa ja rakennuslaasteissa.

Reologia

HEC-vesiliuoksella on ainutlaatuiset reologiset ominaisuudet, ja sen viskositeetti muuttuu leikkausnopeuden muuttuessa, mikä osoittaa leikkausohenemista eli pseudoplastisuutta. Tämän reologisen ominaisuuden ansiosta sillä voidaan säätää pinnoitteiden ja öljykenttien porausnesteiden juoksevuutta ja rakenneominaisuuksia.

Emulgointi ja suspensio

HEC:llä on hyvät emulgointi- ja suspensio-ominaisuudet, jotka voivat stabiloida dispersiojärjestelmässä suspendoituneita hiukkasia tai pisaroita estäen kerrostumisen ja sedimentaation. Siksi HEC:tä käytetään usein tuotteissa, kuten emulsiopinnoitteissa ja lääkesuspensioissa.

Biohajoavuus

HEC on luonnollinen selluloosajohdannainen, jolla on hyvä biohajoavuus, joka ei saastuta ympäristöä ja täyttää vihreän ympäristönsuojelun vaatimukset.

IV. Soveltamisalat

Pinnoitteet

Vesiohenteisissa pinnoitteissa HEC:tä käytetään sakeuttamisaineena ja stabilointiaineena parantamaan pinnoitteiden juoksevuutta, rakenneominaisuuksia ja valumisenesto-ominaisuuksia.

Rakentaminen

Rakennusmateriaaleissa HEC:tä käytetään sementtipohjaisessa laastissa ja kittijauheessa parantamaan rakentamisen suorituskykyä ja vedenpidätyskykyä.

Päivittäiset kemikaalit

Pesuaineissa, shampoissa ja hammastahnoissa HEC:tä käytetään sakeuttamisaineena ja stabilointiaineena tuotteen tuntuman ja stabiilisuuden parantamiseksi. 

Öljykentät

Öljykenttien poraus- ja murtamisnesteissä HEC:tä käytetään porausnesteiden reologian ja suspensio-ominaisuuksien säätämiseen sekä poraustehokkuuden ja turvallisuuden parantamiseen.

Paperinvalmistus

Paperinvalmistusprosessissa HEC:tä käytetään sellun juoksevuuden säätelyyn ja paperin tasaisuuden ja pintaominaisuuksien parantamiseen.

Hydroksietyyliselluloosaa (HEC) on käytetty laajalti monilla teollisuudenaloilla sen erinomaisen vesiliukoisuuden, sakeuttamisominaisuuksien, reologisten ominaisuuksien, emulgointi- ja suspensio-ominaisuuksien sekä hyvän biohajoavuuden ansiosta. Sen tuotantoprosessi on suhteellisen kypsä. Selluloosan eetteröinnin, pesun, dehydraation, kuivauksen ja jauhamisen vaiheiden avulla voidaan valmistaa vakaan suorituskyvyn ja hyvän laadun omaavia HEC-tuotteita. Tulevaisuudessa ympäristönsuojeluvaatimusten parantuessa ja teknologian kehittyessä HEC:n sovellusmahdollisuudet laajenevat.