اتیل سلولز چیست و چگونه تولید می شود؟

اتیل سلولز (EC) از نظر ساختاری مشابه سلولز و استات سلولز است با این تفاوت که گروه اتوکسی (-O-CH2-CH3) جایگزین گروه کاربردی هیدروکسیل (-OH) شده است. فرمول شیمیایی اتیل سلولز را به صورت ( C6H7O2(OR1)(OR2) نشان می دهند که در آن R1 و R2 می توانند هر یک از گروههای H یا C20H38O11 باشند.

کاربردها

از جمله کاربردهای این ماده می‌توان به کاربرد دارویی، آرایشی، لاک ناخن، روکش‌های ویتامینه، جوهر چاپی، روکش‌های خاص و بسته بندی مواد غذایی اشاره کرد.

خواص فیزیکی EC تا حدودی به حلالی بستگی دارد که در آن ته نشین شده‌اند. به عنوان مثال در شکل زیر مقاومت کششی در حلالی که مخلوطی از اتانول و تولوئن است بر حسب درصد اتانول نشان داده شده است.

تولید اتیل سلولز:

با ایجاد اصلاحاتی در روش سنتز ویلیامز می‌توان تعدادی از اتر سلولزها را تهیه کرد. از این میان EC کاربرد محدودی به عنوان ماده قالب سازی دارد و بیشتر به عنوان پوشش‌های سطح استفاده می‌شود. بنزیل سلولز تا قبل از جنگ جهانی دوم به عنوان ماده قالب گیر استفاده می‌شد، در حالی که متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل سلولز، پلیمرهای مفیدتری برای انحلال در آب هستند. برای هر یک از این مواد قدم اول ساخت سلولز قلیایی (سودا سلولز) است.

این ماده با اصلاح سلولز (خمیر کاغذ سفید شده یا الیاف پنبه) با محلول غلیظ آبی سدیم هیدروکسید در یک ظرف نیکلی در دمای بالا تولید می‌شود. در نهایت باید محصول در خلا خشک شود تا میزان رطوبت آن در محدوده 10 تا 25 درصد قرار بگیرد. رطوبت و ترکیبات قلیایی دیگر باید به دقت کنترل شود زیرا تغییرات در آن منجر به تغییر در خواص اترهای حاصل می‌شود.

اتیل سلولز از طریق اختلاط آلکیل سلولز با اتیل کلراید در حظور قلیا و در دمای حدود 60 درجه سانتی‌گراد برای چند ساعت تهیه می‌شود. زمان کلی واکنش در حدود 12 ساعت می‌باشد. واکنش تحت فشار اتفاق می‌افتد. وجود باز در محیط واکنش یا از طریق خود سلولز یا به صورت آزاد به منظور خنثی سازی اسید تشکیل شده توسط هر دو واکنش اصلی و واکنش جانبی که شامل هیدرولیز اتیل کلراید است ضروری است.

اتیل اتر و اتیل الکل که محصولات جانبی هستند با استفاده از تقطیر حذف می‌شوند و اتیل سلولز با استفاده از آب داغ رسوب داده می‌شود. سپس پلیمر به دقت شستشو داده می‌شود تا سدیم هیدروکسید و کلرید سدیم حذف شود و در نهایت خشک می‌شود. خواص این محصول به وزن ملکولی، درجه جانشینی و یکنواختی ملکولی بستگی دارد.

مشتقات

این ماده دارای مشتقات مهمی است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند در ادامه به معرفی دو مشتق مهم آن می پردازیم:

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC):

HEC یک مشتق پلی ساکارید است که دارای خاصیت ضخیم‌کننده، امولسیون کننده، تشکیل دهنده حباب، نگه دارنده آب و تثبیت کننده ژل است. این ماده به صورت پودری، کاملا بی بو، بی مزه، غیر سمی و رنگ آن زرد روشن است، که به راحتی در آب سرد و گرم حل می‌شود اما در اکثر حلال‌های آلی نامحلول است. به دلیل داشتن خاصیت غیریونی و محلول در آب به عنوان یک ماده اصلی در بسیاری از محصولات تمیزکننده خانگی، روان کننده‌ها و مواد آرایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این ماده معمولا به عنوان یک ماده سازنده در داروهای مورد استفاده در چشم پزشکی، مانند محلول‌های اشک مصنوعی کاربرد دارد. از جمله کاربردهای دیگر آن می‌توان به استفاده در رنگ، جوهر، چسب، لوازم آرایشی، منسوجات، سیمان، سرامیک و محصولات کاغذی اشاره کرد. ساختار شیمیایی آن به صورت شکل زیر است.

هنگامی که در آب حل می‌شود، یک محلول شفاف چسبناک تشکیل می‌دهد که دارای رفتار غیر یونی است. گروه‌های هیدروکسیل موجود در زنجیره‎‌های جانبی HEC می‌توانند با بخش‌های آبگریز واکنش بدهند، و از این طریق می‌توان خواص این ماده را بهبود بخشید. به طور مثال اتصال زنجیره‌های پلی اتر بر روی سلولز (آلکوکسیلاسیون) منجر به تولید HEC آبگریز می‌شود.

متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC):

MHEC یک پودر یا گرانول سفید رنگ، زرد مایل به سفید یا خاکستری مایل به سفید است. یک اتر سلولز است که بر پایه متیل سلولز ساخته شده است. این محصول را می‌توان از ماده اولیه پنبه با خلوص بالا تولید کرد. این ماده هیچ گونه چربی حیوانی ندارد. متیل هیدروکسی اتیل سلولز در آب سرد و بسیاری از حلال‌های الی انحلال پذیر است. از جمله کاربردهای آن می‌توان به خاصیت ضخیم کنندگی، نگه دارنده آب و استفاده در ساخت جوهر اشاره کرد. این ماده یک افزودنی خب برای مواد پودری است. به عنوان عامل ژل کننده و نگهدارنده آب در سیمان و گچ استفاده می‌شود. علاوه بر این از MHEC به عنوان افزودنی برای خمیردندان، مواد آرایشی و مواد شوینده نیز استفاده می‌شود.

منابع

Dürig, T., & Karan, K. (2019). Binders in Wet Granulation. In Handbook of Pharmaceutical Wet Granulation (pp. 317–349). Elsevier.

McKeen, L. (2012). 12-Renewable Resource and Biodegradable Polymers. The Effect of Sterilization on Plastics and Elastomers, 305–317.

Source, F. P. I. (n.d.). Polymer Properties Database. Retrieved April 11, 2020, from https://polymerdatabase.com/Polymer Brands/HEC.html

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/4327536#section=2D-Structure

نظرات: