Mistä hydroksipropyylimetyyliselluloosa on valmistettu

Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC) on puolisynteettinen polymeeri, jota käytetään monilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien rakennus-, elintarvike-, lääke- ja henkilökohtaisen hygieniatuotteet. Sitä arvostetaan sen kyvystä parantaa formulaatioiden reologisia ominaisuuksia sekä sen yhteensopivuudesta muiden ainesosien kanssa ja sen alhaisesta myrkyllisyydestä. Ymmärtääksesi kuinka HPMC valmistetaan, on tärkeää ensin ymmärtää selluloosan rakenne ja ominaisuudet.

Selluloosa on pitkä ketju glukoosimolekyylejä, joita löytyy kasvien soluseinistä. Glukoosimolekyylit on liitetty toisiinsa beeta-1,4-glykosidisilla sidoksilla muodostaen lineaarisen ketjun. Ketjuja pitävät sitten yhdessä vetysidokset ja Van der Waalsin voimat muodostaen vahvoja, kuituisia rakenteita. Selluloosa on maan yleisin orgaaninen yhdiste, ja sitä käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten paperissa, tekstiileissä ja rakennusmateriaaleissa.

Vaikka selluloosalla on monia hyödyllisiä ominaisuuksia, se on usein liian jäykkää ja liukenematonta käytettäväksi monissa formulaatioissa. Näiden rajoitusten voittamiseksi tutkijat ovat kehittäneet useita modifioituja selluloosajohdannaisia, mukaan lukien HPMC. HPMC valmistetaan modifioimalla luonnollista selluloosaa useiden kemiallisten reaktioiden kautta.

Ensimmäinen vaihe HPMC:n valmistuksessa on saada selluloosalähtöaine. Tämä voidaan tehdä uuttamalla selluloosaa kasviperäisistä lähteistä, kuten puumassasta, puuvillasta tai bambusta. Selluloosa käsitellään sitten alkalisella liuoksella, kuten natriumhydroksidilla tai kaliumhydroksidilla, epäpuhtauksien poistamiseksi ja selluloosakuitujen hajottamiseksi pienemmiksi hiukkasiksi. Tämä prosessi tunnetaan merserointina, ja se tekee selluloosasta reaktiivisemman ja helpommin muunnettavan.

Merserisaation jälkeen selluloosa saatetaan reagoimaan propyleenioksidin ja metyylikloridin seoksen kanssa hydroksipropyyli- ja metyyliryhmien tuomiseksi selluloosan runkoon. Hydroksipropyyliryhmiä lisätään parantamaan selluloosan liukoisuutta ja vedenpidätysominaisuuksia, kun taas metyyliryhmiä lisätään selluloosan stabiiliuden lisäämiseksi ja reaktiivisuuden vähentämiseksi. Reaktio suoritetaan tyypillisesti katalyytin, kuten natriumhydroksidin tai kaliumhydroksidin, läsnä ollessa ja kontrolloiduissa lämpötilan, paineen ja reaktioajan olosuhteissa.

HPMC:n substituutioaste (DS) viittaa selluloosarunkoon lisättyjen hydroksipropyyli- ja metyyliryhmien lukumäärään. DS voi vaihdella riippuen HPMC:n halutuista ominaisuuksista ja erityisestä sovelluksesta, johon sitä käytetään. Yleensä korkeammat DS-arvot johtavat HPMC:hen, jolla on pienempi viskositeetti ja nopeammat liukenemisnopeudet, kun taas alhaisemmat DS-arvot johtavat HPMC:hen, jolla on korkeampi viskositeetti ja hitaammat liukenemisnopeudet.

Kun reaktio on mennyt loppuun, saatu tuote puhdistetaan ja kuivataan HPMC-jauheen muodostamiseksi. Puhdistusprosessiin kuuluu kaikkien reagoimattomien kemikaalien, jäännösliuottimien ja muiden epäpuhtauksien poistaminen HPMC:stä. Tämä tehdään tyypillisesti pesu-, suodatus- ja kuivausvaiheiden yhdistelmällä.

Lopputuote on valkoinen tai luonnonvalkoinen jauhe, joka on hajuton ja mauton. HPMC liukenee veteen ja moniin orgaanisiin liuottimiin, ja se voi muodostaa geelejä, kalvoja ja muita rakenteita käyttöolosuhteista riippuen. Se on ioniton polymeeri, mikä tarkoittaa, että se ei sisällä sähkövarausta, ja sitä pidetään yleisesti myrkyttömänä ja turvallisena käytettäväksi monissa sovelluksissa.

HPMC:tä käytetään monenlaisissa formulaatioissa, mukaan lukien maalit, liimat, tiivisteet, lääkkeet ja elintarviketuotteet. Rakennussovelluksissa HPMC:tä käytetään usein sakeuttajana, sideaineena ja kalvon muodostajana sementti- ja kipsipohjaisissa tuotteissa, kuten laastissa, laastissa ja saumaseoksissa.