مما يتكون هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هو بوليمر شبه اصطناعي يستخدم في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك البناء والمواد الغذائية والأدوية ومنتجات العناية الشخصية. وهو ذو قيمة لقدرته على تحسين الخصائص الريولوجية للتركيبات، فضلاً عن توافقه مع المكونات الأخرى وسميته المنخفضة. لفهم كيفية صنع HPMC، من المهم أن نفهم أولاً بنية وخصائص السليلوز.

السليلوز عبارة عن سلسلة طويلة من جزيئات الجلوكوز الموجودة في جدران خلايا النباتات. ترتبط جزيئات الجلوكوز معًا بروابط بيتا 1،4 جليكوسيدية، لتشكل سلسلة خطية. يتم بعد ذلك ربط السلاسل معًا بواسطة روابط هيدروجينية وقوى فان دير فالس لتشكيل هياكل ليفية قوية. السليلوز هو المركب العضوي الأكثر وفرة على وجه الأرض، ويستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الورق والمنسوجات ومواد البناء.

على الرغم من أن السليلوز له العديد من الخصائص المفيدة، إلا أنه غالبًا ما يكون قاسيًا وغير قابل للذوبان بحيث لا يمكن استخدامه في العديد من التركيبات. للتغلب على هذه القيود، قام العلماء بتطوير عدد من مشتقات السليلوز المعدلة، بما في ذلك HPMC. يتم تصنيع HPMC عن طريق تعديل السليلوز الطبيعي من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية.

الخطوة الأولى في صنع HPMC هي الحصول على مادة السليلوز الأولية. ويمكن القيام بذلك عن طريق استخلاص السليلوز من مصادر نباتية مثل لب الخشب أو القطن أو الخيزران. تتم بعد ذلك معالجة السليلوز بمحلول قلوي، مثل هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم، لإزالة الشوائب وتكسير ألياف السليلوز إلى جزيئات أصغر. تُعرف هذه العملية باسم المرسرة، وهي تجعل السليلوز أكثر تفاعلاً وأسهل في التعديل.

بعد المرسرة، يتفاعل السليلوز مع خليط من أكسيد البروبيلين وكلوريد الميثيل لإدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل والميثيل على العمود الفقري للسليلوز. تتم إضافة مجموعات الهيدروكسي بروبيل لتحسين قابلية السليلوز للذوبان واحتباس الماء، بينما تتم إضافة مجموعات الميثيل لزيادة الثبات وتقليل تفاعل السليلوز. يتم إجراء التفاعل عادةً في وجود محفز، مثل هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم، وتحت ظروف يتم التحكم فيها من درجة الحرارة والضغط وزمن التفاعل.

تشير درجة الاستبدال (DS) لـ HPMC إلى عدد مجموعات الهيدروكسي بروبيل والميثيل التي يتم إدخالها على العمود الفقري للسليلوز. يمكن أن يختلف DS وفقًا للخصائص المطلوبة لـ HPMC والتطبيق المحدد الذي يتم استخدامه من أجله. بشكل عام، تؤدي قيم DS الأعلى إلى HPMC مع لزوجة أقل ومعدلات ذوبان أسرع، بينما تؤدي قيم DS المنخفضة إلى HPMC مع لزوجة أعلى ومعدلات ذوبان أبطأ.

بعد اكتمال التفاعل، تتم تنقية المنتج الناتج وتجفيفه لتكوين مسحوق HPMC. تتضمن عملية التنقية إزالة أي مواد كيميائية غير متفاعلة، والمذيبات المتبقية، والشوائب الأخرى من HPMC. ويتم ذلك عادةً من خلال مجموعة من خطوات الغسيل والترشيح والتجفيف.

المنتج النهائي هو مسحوق أبيض إلى أبيض عديم الرائحة والمذاق. HPMC قابل للذوبان في الماء والعديد من المذيبات العضوية، ويمكن أن يشكل المواد الهلامية والأغشية وغيرها من الهياكل اعتمادا على ظروف الاستخدام. وهو بوليمر غير أيوني، مما يعني أنه لا يحمل أي شحنة كهربائية، ويعتبر بشكل عام غير سام وآمن للاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات.

يتم استخدام HPMC في مجموعة واسعة من التركيبات، بما في ذلك الدهانات والمواد اللاصقة ومانعات التسرب والأدوية والمنتجات الغذائية. في تطبيقات البناء، غالبًا ما يتم استخدام HPMC كمكثف وموثق وصانع للأفلام في المنتجات الأسمنتية والجبسية، مثل الملاط والجص والمركبات المشتركة.