Nghiên cứu công nghệ chế tạo hydroxyetyl metyl xenlulo (HEMC) từ bột xenlulo sunfat ứng dụng sản xuất sơn latex

Hydroxyethyl Methyl Cellulose (HEMC) là một ete xenlulo hòa tan trong nước, là chất phụ gia (chất làm đặc, chất kết dính, chất ổn định…), được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sơn, mỹ phẩm, khoan dầu và các ngành công nghiệp khác. Trong công nghiệp sơn, HEMC có tác dụng làm đặc trong sơn latex (sơn gốc nước), mang lại đặc tính chảy nhớt tuyệt vời, giảm sự kết bông của các thành phần khác. Ngoài ra, HEMC còn làm tăng khả năng kháng nấm mốc, giảm sự lắng cặn trong sơn.

Trên thế giới, các nghiên cứu về HEMC đã được nghiên cứu và hoàn thiện từ những năm 1973 ÷ 1979. Công bố của Ronald L. Glomski, Lewis E. Davis và Joseph A. Grover năm 1973 đã đưa ra quy trình sản xuất và ứng dụng HEMC làm chất làm đặc trong sơn latex. Nghiên cứu của Karl năm 1975 đã mô tả một số quy trình điều chế HEMC sử dụng các loại dung môi khác nhau bao gồm toluen, benzen và axeton. Nghiên cứu làm sạch sản phẩm ete xenlulo của Maurice năm 1980 cho thấy sự hiệu quả trong việc thêm glyoxal vào hỗn hợp sản phẩm thu được để thu được HEMC với hiệu suất và độ tinh khiết cao nhất. Và HEMC đã được đề cập đến trong nghiên cứu của Franz năm 2008 như một ete xenlulo điển hình sử dụng làm chất tạo đặc cho sơn latex. Đến nay, quy trình sản xuất HEMC nói riêng và các ete xenlulo nói chung đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp. Trong đó, Trung Quốc và Hàn Quốc là hai quốc gia có sản lượng sản xuất và xuất khẩu lớn nhất thế giới.

Xuất phá từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài KS. Đoàn Thị Lệ Huyền thực hiện “Nghiên cứu công nghệ chế tạo hydroxyetyl metyl xenlulo (HEMC) từ bột xenlulo sunfat ứng dụng sản xuất sơn latex” với mục tiêu: Xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo hydroxyetyl metyl xenlulo (HEMC) từ bột xenlulo sunfat ứng dụng cho sản xuất sơn latex.

Nguyên liệu là bột xenlulo sunfat được tinh chế có hàm lượng α - xenlulo lớn hơn 90% được biến tính ở điều kiện thích hợp, tiếp đó kiềm hóa bằng NaOH trong dung môi isopropanol. Kết thúc phản ứng kiềm hóa, bổ sung tác nhân thế metyl và etylen oxit, làm sạch thu được sản phẩm HEMC có nồng độ methoxy từ 21 ÷ 31%, nồng độ nhóm hydroxyetyl từ 4 ÷ 12% và độ nhớt phù hợp đáp ứng chất lượng sử dụng làm chất tạo đặc cho sản xuất sơn latex.

Quy trình được xây dựng dựa trên lý thuyết và công nghệ sản xuất HEMC trên thế giới, các nghiên cứu lựa chọn tác nhân và điều kiện công nghệ phù hợp với từng loại nguyên liệu đến chất lượng sản phẩm.

Vấn đề kỹ thuật được giải quyết trong quy trình này là lựa chọn được nguyên liệu có chất lượng, kích thước phù hợp cho việc thu nhận HEMC, đưa ra các thông số công nghệ thích hợp (tối ưu) của quá trình kiềm hóa, ete hóa từ nguồn nguyên liệu xenlulo sunfat trong nước hiện nay. Lựa chọn phương pháp làm sạch phù hợp nhằm đưa sản phẩm đạt chất lượng.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

1. Đã tiến hành khảo sát, đánh giá chất lượng của 05 sản phẩm chất làm đặc trên thị trường sử dụng cho sản xuất sơn latex.

2. Đã xây dựng được quy trình công nghệ thu nhận hydroxyetyl metyl xenlulo (HEMC) từ bột xenlulo sunfat với công đoạn kiềm hóa bằng dung dịch NaOH 20% ở nhiệt độ 30^oC trong thời gian 90 phút; tiếp đó là phản ứng ete hóa bằng tác nhân metyl với tỷ lệ mol xenlulo/metyl = 1/5 ở nhiệt độ 60^oC trong thời gian 3 giờ và phản ứng ete hóa bằng etylen oxit với tỷ lệ mol xenlulo/etylen oxit = 1/3 ở nhiệt độ 30^oC trong thời gian phản ứng là 3 giờ.

3. Điều chế được 10,50 kg HEMC đạt chất lượng có độ nhớt 5.900 mPa.s; nồng độ nhóm methoxy 30,7%; nồng độ nhóm hydroxyetyl 8,5%; pH 6,41; độ tro 1,11%; kích thước hạt qua sàng 100 mesh (≤150µm) 92,65%.

4. Ứng dụng thử nghiệm sản phẩm chất tạo đặc HEMC của đề tài cho sản xuất sơn latex tại Công ty cổ phần tập đoàn Facom. Sản phẩm được đánh giá có tính ổn định, phù hợp làm chất tạo đặc, có thể sử dụng tốt cho sản xuất sơn latex.

5. Đã đánh giá được hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của quy trình công nghệ được xác lập.

Đ.T.V (TH)