روش تولید صنعتی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)یک ترکیب پلیمری محلول در آب چند منظوره است که به طور گسترده در زمینه های ساخت و ساز ، دارو ، مواد آرایشی ، مواد غذایی و نفت استفاده می شود. این ماده بر اساس سلولز گیاهی طبیعی است و از طریق واکنشهای اصلاح شیمیایی بدست می آید. این بیماری از حلالیت آب ، ضخیم شدن ، ساخت فیلم و خاصیت چسبندگی برخوردار است. تولید صنعتی Kimacell®HPMC عمدتا شامل واکنش اصلاح سلولز است. واکنشهای اصلاح متداول شامل متیلاسیون و هیدروکسی پروپیلاسیون است.

1. مواد اولیه و پیش درمانی HPMC

مواد اولیه سلولز: تولید HPMC با سلولز طبیعی آغاز می شود. منابع متداول شامل الیاف گیاهی مانند خمیر چوب ، پنبه و کنف است. برای اطمینان از پیشرفت صاف واکنشهای بعدی ، سلولز معمولاً برای از بین بردن ناخالصی ها و افزایش فعالیت واکنش باید تحت درمان قرار گیرد.

مراحل پیش درمانی: پیش درمانی سلولز به طور کلی شامل مراحل مانند شستشو ، خشک کردن و خرد شدن برای پردازش سلولز به شکل دانه یا پودر برای واکنشهای شیمیایی بعدی است.

2. فرآیند سنتز HPMC

فرآیند سنتز HPMC عمدتا شامل واکنشهای متیلاسیون و هیدروکسی پروپیلاسیون است که در شرایط قلیایی انجام می شود. فرآیند تولید خاص شامل مراحل زیر است:

فعال سازی سلولز: به منظور آسان تر شدن سلولز در واکنش شیمیایی ، معمولاً لازم است سلولز را با محلول قلیایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) درمان کند تا یک ماتریس سلولز متورم بدست آید. در این مرحله ، تبلور سلولز کاهش می یابد و ساختار شل تر می شود که برای اصلاح شیمیایی بعدی مفید است.

واکنش متیلاسیون: واکنش متیلاسیون با معرفی یک گروه متیل (-CH₃) مولکول سلولز را تغییر می دهد. مواد متیلاسیون متداول متیل کلرید (CH₃CL) یا کلروفرم (CHCL₃) هستند. در حضور هیدروکسید سدیم ، ماده متیلاسیون با سلولز واکنش نشان می دهد تا برخی از گروه های هیدروکسیل (-OH) را بر روی مولکول سلولز با گروه های متیل (-CH₃) جایگزین کند و از این طریق متیل سلولز تشکیل شود.

واکنش هیدروکسی پروپیلاسیون: پس از اتمام متیلاسیون ، اکسید پروپیلن (PO) معمولاً به عنوان یک واکنش دهنده برای معرفی یک گروه هیدروکسی پروپیل (-ch₂ch (OH) Ch₃) استفاده می شود. واکنش در شرایط قلیایی انجام می شود. واکنش هیدروکسی پروپیلاسیون برخی از گروههای متیوکسی موجود در مولکول سلولز را با گروههای هیدروکسی پروپیل جایگزین می کند و در نتیجه HPMC تشکیل می شود.

کنترل واکنش: در طی کل فرآیند واکنش ، دما ، زمان و نسبت واکنش دهنده ها باید دقیقاً کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که وزن مولکولی ، درجه هیدروکسی پروپیلاسیون و درجه متیلاسیون Kimacell®HPMC نیازهای محصول را برآورده می کند. به طور کلی ، دمای واکنش بین 30 تا 80 درجه سانتیگراد کنترل می شود و زمان واکنش از چند ساعت تا بیش از ده ساعت متغیر است.

خنثی سازی و تصفیه: پس از اتمام واکنش ، محصول معمولاً با افزودن اسید (مانند اسید استیک ، اسید هیدروکلریک و غیره) برای خنثی کردن مواد قلیایی اضافی باید خنثی و خالص شود. مراحل تصفیه شامل شستشو ، فیلتر ، خشک کردن و سایر فرآیندها برای از بین بردن مواد اولیه ، حلالها و فرآورده های فرعی بدون واکنش است.

3. خشک کردن و بسته بندی محصول

خشک کردن: HPMC خالص معمولاً به صورت پودر محلول در آب وجود دارد و رطوبت باید با خشک کردن اسپری ، خشک کردن خلاء و سایر روشها برداشته شود. محصول خشک شده باید از رطوبت کم ، که معمولاً زیر 5 ٪ کنترل می شود ، حفظ کند تا از چسبیدن محصول و ظرافت جلوگیری شود.

بسته بندی: HPMC خشک شده به صورت پودر بسته بندی شده است و فرآیند بسته بندی نیاز به درمان ضد رطوبت دارد. معمولاً در کیسه های پلی اتیلن ، کیسه های کاغذی یا کیسه های کامپوزیت برای حمل و نقل و ذخیره سازی آسان بسته بندی می شود.

4. کنترل کیفیت و استانداردهای محصول

در فرآیند تولید HPMC ، کنترل کیفیت دقیق ضروری است. کیفیت HPMC نه تنها به کیفیت مواد اولیه بلکه به عواملی مانند شرایط واکنش و فرآیندهای پس از پردازش نیز بستگی دارد. تولید کنندگان معمولاً طبق استانداردهای بین المللی و منطقه ای بازرسی های با کیفیت را انجام می دهند. شاخص های کیفیت مشترک عبارتند از:

حلالیت: HPMC باید حلالیت آب خوبی داشته باشد و میزان حلالیت و انحلال برای برآورده کردن نیازهای مشخص شده نیاز دارد.

ویسکوزیته: ویسکوزیته HPMC به طور مستقیم تأثیر کاربرد آن را تحت تأثیر قرار می دهد و محصولات مختلف نیازهای ویسکوزیته متفاوتی دارند. روشهای تست ویسکوزیته متداول شامل روش ویسکوزیته بروکفیلد است.

خلوص و ناخالصی ها: محتوای ناخالصی در محصولات HPMC باید در محدوده مشخص شده کنترل شود تا از خلوص بالای محصول اطمینان حاصل شود.

اندازه ذرات: بسته به نیاز مزارع مختلف کاربردی ، اندازه ذرات HPMC ممکن است متفاوت باشد ، و پودر ریز یا محصولات دانه ای دارای سناریوهای کاربردی متفاوتی خواهند بود.

5. زمینه های برنامه HPMC

HPMC به طور گسترده در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد و دارای ارزش تجاری مهمی است.

صنعت ساخت و ساز: HPMC به طور گسترده ای به عنوان ضخیم کننده و ماده نگهدارنده آب در مصالح ساختمانی مانند خمپاره سیمانی ، ملات خشک و چسب کاشی مورد استفاده قرار می گیرد که می تواند عملکرد ساخت و ساز و حفظ آب مواد را بهبود بخشد.

صنعت داروسازی: HPMC به عنوان پوسته های کپسول ، چسب های قرص و حامل های دارویی کنترل شده ، کاربردهای مهمی در زمینه دارویی دارد.

صنایع غذایی: در غذا ، HPMC به عنوان ضخیم کننده ، تثبیت کننده ، امولسیفایر و غیره استفاده می شود که می تواند بافت و طعم غذا را بهبود بخشد.

صنعت آرایشی: HPMC به عنوان ضخیم کننده و عامل تشکیل دهنده فیلم در لوازم آرایشی استفاده می شود و در ساخت محصولاتی مانند لوسیون و کرم استفاده می شود.

زمینه های دیگر: Kimacell®HPMC نیز به طور گسترده در صنایعی مانند نفت ، منسوجات ، کاغذ و روکش ها مورد استفاده قرار می گیرد.

تولید صنعتی ازHPMCسلولز طبیعی را به یک ترکیب پلیمری محلول در آب با خواص چند منظوره از طریق یک سری واکنش های اصلاح شیمیایی تبدیل می کند. با کنترل دقیق شرایط واکنش و فرآیندهای پس از درمان ، محصولات HPMC که نیازهای مختلف کاربردی را برآورده می کنند می توانند بدست آورند. با استفاده گسترده از HPMC ، تحقیقات بیشتر و بیشتر نوآوری های فن آوری به بهبود روند تولید و کیفیت محصول خود ادامه خواهد داد.