Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) je důležitá polosyntetická sloučenina éteru celulózy, která je široce používána v lékařství, stavebních materiálech, potravinářství, nátěrech a dalších průmyslových odvětvích. HPMC má dobré zahušťovací, emulgační, filmotvorné, zvlhčující, stabilizační a další vlastnosti, takže má důležitou aplikační hodnotu v mnoha oblastech. Mezi hlavní suroviny pro výrobu HPMC patří celulóza, hydroxid sodný, propylenoxid, methylchlorid a voda.
1. Celulóza
Celulóza je hlavní základní surovinou HPMC, která se obvykle získává z přírodních rostlinných vláken, jako je bavlna a dřevo. Celulóza je nejrozšířenějším přírodním organickým polymerem na Zemi. Jeho molekulární struktura je polysacharid s dlouhým řetězcem složený z glukózových jednotek spojených β-1,4-glykosidickými vazbami. Celulóza je sama o sobě nerozpustná ve vodě a nemá dobrou chemickou reaktivitu. K přípravě různých produktů etherů celulózy je proto zapotřebí řada chemických modifikačních procesů, aby se zlepšila jeho rozpustnost a funkčnost.
2. Hydroxid sodný (NaOH)
Hydroxid sodný, také známý jako louh sodný, je silně alkalická sloučenina, která hraje důležitou roli jako alkalizátor ve výrobním procesu HPMC. V rané fázi výroby celulóza reaguje s roztokem hydroxidu sodného, aby se aktivovaly hydroxylové skupiny na molekulárním řetězci celulózy, a tím poskytla reakční místa pro následnou etherifikační reakci. Tento krok se také nazývá „alkalizační reakce“. Alkalizovaná celulóza prochází určitými strukturálními změnami, což usnadňuje reakci s následnými chemickými činidly (jako je propylenoxid a methylchlorid).
3. Propylenoxid (C3H6O)
Propylenoxid je jedním z klíčových etherifikačních činidel při výrobě HPMC, používá se hlavně k přeměně hydroxylových skupin v celulóze na hydroxypropylové skupiny. Konkrétně, alkalizovaná celulóza reaguje s propylenoxidem za určitých teplotních a tlakových podmínek a aktivní epoxidové skupiny v propylenoxidu jsou připojeny k molekulárnímu řetězci celulózy prostřednictvím adiční reakce s otevřením kruhu za vzniku hydroxypropylového substituentu. Tento proces poskytuje HPMC dobrou rozpustnost ve vodě a zahušťovací schopnost.
4. Methylchlorid (CH3Cl)
Methylchlorid je další důležité etherifikační činidlo používané k přeměně hydroxylových skupin celulózy na methoxylové skupiny. Methylchlorid reaguje s hydroxylovými skupinami na molekulárním řetězci celulózy prostřednictvím nukleofilní substituční reakce za vzniku methylcelulózy. Prostřednictvím této methylační reakce získává HPMC dobrou hydrofobnost, zejména vykazuje vynikající rozpustnost v některých organických rozpouštědlech. Kromě toho zavedení methoxyskupin dále zlepšuje filmotvornou vlastnost a chemickou stabilitu HPMC.
5. Voda
Voda jako rozpouštědlo a reakční médium prochází celým procesem výroby HPMC. Při alkalizačních a etherifikačních reakcích voda nejen pomáhá rozpouštět hydroxid sodný a upravovat hydratační stav celulózy, ale podílí se také na regulaci reakčního tepla, aby byla zajištěna kontrola teploty v průběhu reakčního procesu. Čistota vody má důležitý vliv na kvalitu HPMC a obvykle je vyžadována vysoce čistá deionizovaná voda nebo destilovaná voda.
6. Organická rozpouštědla
Ve výrobním procesu HPMC mohou některé procesní kroky také vyžadovat použití některých organických rozpouštědel, jako je methanol nebo ethanol. Tato rozpouštědla se někdy používají k úpravě viskozity reakčního systému, ke snížení tvorby vedlejších produktů reakce nebo k podpoře specifických chemických reakcí. Volbu organického rozpouštědla je potřeba určit podle potřeb výrobního procesu a aplikace konečného produktu.
7. Ostatní pomocné materiály
Kromě výše uvedených hlavních surovin lze ve vlastním výrobním procesu použít některé pomocné materiály a přísady, jako jsou katalyzátory, stabilizátory atd., pro zlepšení účinnosti reakce, řízení rychlosti reakce nebo zlepšení fyzikálních a chemických vlastností. konečného produktu.
8. Hlavní kroky výrobního procesu
Hlavní procesní kroky pro výrobu HPMC lze rozdělit do tří částí: alkalizace, etherifikace a neutralizace. Nejprve celulóza reaguje s hydroxidem sodným za alkalizace za vzniku alkalické celulózy. Poté dochází k etherifikaci při reakci alkalické celulózy s propylenoxidem a methylchloridem za vzniku hydroxypropylových a methoxysubstituovaných etherů celulózy. Nakonec se neutralizací, praním, sušením a dalšími procesy získají produkty HPMC se specifickou rozpustností, viskozitou a dalšími vlastnostmi.
9. Vliv kvality surovin na výkonnost produktů HPMC
Různé zdroje surovin a čistota mají významný vliv na kvalitu a výkonnost finálního HPMC. Například čistota a distribuce molekulové hmotnosti celulózových surovin ovlivní viskozitu a rozpustnost HPMC; dávkování a reakční podmínky propylenoxidu a methylchloridu určují stupeň hydroxypropylové a methoxy substituce, čímž ovlivní zahušťovací účinek a filmotvorné vlastnosti produktu. Proto je výběr a kontrola kvality surovin během výrobního procesu zásadní.
Mezi hlavní suroviny hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) patří celulóza, hydroxid sodný, propylenoxid, methylchlorid a voda. Prostřednictvím řady složitých chemických reakcí se tyto suroviny přeměňují na funkční materiál s širokou aplikační hodnotou. Rozsah použití HPMC pokrývá mnoho oblastí, jako je medicína, stavební materiály a potraviny. Jeho dobré fyzikální a chemické vlastnosti ho činí nepostradatelným v mnoha průmyslových odvětvích.
Čas odeslání: 30. září 2024