Studio sul controllo di qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa

In base alla situazione attuale della produzione di HPMC nel mio paese, vengono analizzati i fattori che influenzano la qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa e, su questa base, viene discusso e studiato come migliorare il livello di qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa, in modo da inserirla nella produzione.

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L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) è un etere misto di cellulosa idrosolubile non ionico ottenuto da cotone, legno ed eterificato con ossido di propilene e cloruro di metile dopo rigonfiamento alcalino. L'etere misto di cellulosa è il derivato modificato del singolo etere sostituente che ha proprietà uniche migliori rispetto al monoetere originale e può riprodurre le prestazioni dell'etere di cellulosa in modo più completo e perfetto. Tra i tanti eteri misti, l'idrossipropilmetilcellulosa è il più importante. Il metodo di preparazione consiste nell'aggiungere ossido di propilene alla cellulosa alcalina. L'HPMC industriale può essere descritto come un prodotto universale. Il grado di sostituzione del gruppo metilico (valore DS) è compreso tra 1,3 e 2,2 e il grado di sostituzione molare dell'idrossipropile è compreso tra 0,1 e 0,8. Dai dati di cui sopra si può vedere che il contenuto e le proprietà di metile e idrossipropile nell'HPMC sono diversi, con conseguente viscosità del prodotto finale e. La differenza di uniformità porta a fluttuazioni nella qualità dei prodotti finiti di varie imprese di produzione.

L'idrossipropilmetilcellulosa produce derivati ​​eterei attraverso reazioni chimiche, che apportano profondi cambiamenti nella sua composizione, struttura e proprietà, in particolare nella solubilità della cellulosa, che può variare a seconda del tipo e della quantità di gruppi alchilici introdotti. Ottenere derivati ​​eterei solubili in acqua, soluzione alcalina diluita, solventi polari (come etanolo, propanolo) e solventi organici non polari (come benzene, etere), che amplia notevolmente le varietà e i campi di applicazione dei derivati ​​della cellulosa.

1. Effetto del processo di alcalinizzazione dell'idrossipropilmetilcellulosa sulla qualità

Il processo di alcalinizzazione è il primo passo nella fase di reazione della produzione di HPMC ed è anche uno dei passaggi più critici. La qualità intrinseca dei prodotti HPMC è in gran parte determinata dal processo di alcalinizzazione, non dal processo di eterificazione, poiché l'effetto di alcalinizzazione influisce direttamente sull'effetto di eterificazione.

L'idrossipropilmetilcellulosa interagisce con la soluzione alcalina per formare cellulosa alcalina, che è altamente reattiva. Nella reazione di eterificazione, la reazione principale dell'agente di eterificazione al rigonfiamento, penetrazione ed eterificazione della cellulosa e la velocità delle reazioni collaterali, l'uniformità della reazione e le proprietà del prodotto finale sono tutte correlate alla formazione e alla composizione di cellulosa alcalina, quindi la struttura e le proprietà chimiche della cellulosa alcalina sono importanti oggetti di ricerca nella produzione di etere di cellulosa.

2. Effetto della temperatura sulla qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa

In una certa concentrazione di soluzione acquosa di KOH, la quantità di adsorbimento e il grado di rigonfiamento dell'idrossipropilmetilcellulosa in alcali aumentano con la diminuzione della temperatura di reazione. Ad esempio, la produzione di cellulosa alcalina varia con la concentrazione di KOH: 15%, 8% a 10°C e 4,2% a 5°C. Il meccanismo di questa tendenza è che la formazione di cellulosa alcalina è un processo di reazione esotermica. All'aumentare della temperatura, l'adsorbimento dell'idrossipropilmetilcellulosa sugli alcali si riduce, ma la reazione di idrolisi della cellulosa alcalina aumenta notevolmente, il che non favorisce la formazione di cellulosa alcalina. Da quanto sopra si può vedere che l'abbassamento della temperatura di alcalinizzazione favorisce la generazione di cellulosa alcalina e inibisce la reazione di idrolisi.

3. L'effetto degli additivi sulla qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa

Nel sistema cellulosa-KOH-acqua, l'additivo—il sale ha una grande influenza sulla formazione della cellulosa alcalina. Quando la concentrazione della soluzione KOH è inferiore al 13%, l'adsorbimento della cellulosa negli alcali non è influenzato dall'aggiunta di sale di cloruro di potassio. Quando la concentrazione della soluzione di liscivia è superiore al 13%, dopo l'aggiunta di cloruro di potassio, l'adsorbimento apparente della cellulosa negli alcali. L'adsorbimento aumenta con la concentrazione di cloruro di potassio, ma la capacità di adsorbimento totale diminuisce e l'adsorbimento di acqua aumenta notevolmente, quindi il l'aggiunta di sale è generalmente sfavorevole all'alcalinizzazione e al rigonfiamento della cellulosa, ma il sale può inibire l'idrolisi e regolare il sistema. Il contenuto di acqua libera migliora quindi l'effetto dell'alcalinizzazione e dell'eterificazione.

4. Influenza del processo di produzione sulla qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa

Attualmente, le imprese di produzione di idrossipropilmetilcellulosa nel mio paese adottano principalmente il processo di produzione del metodo con solvente. Il processo di preparazione ed eterificazione della cellulosa alcalina vengono tutti eseguiti in un solvente organico inerte, quindi il cotone raffinato della materia prima deve essere polverizzato per ottenere una maggiore area superficiale e reattività per garantire la qualità del prodotto finito.

Aggiungere la cellulosa polverizzata, il solvente organico e la soluzione alcalina nel reattore e utilizzare una potente agitazione meccanica a una determinata temperatura e tempo per ottenere cellulosa alcalina con alcalinizzazione uniforme e minore degradazione. I solventi organici di diluizione (isopropanolo, toluene, ecc.) hanno una certa inerzia, che fa sì che l'idrossipropilmetilcellulosa emetta calore uniforme durante il processo di formazione, mostrando un progresso di rilascio graduale, riducendo al contempo la reazione di idrolisi della cellulosa alcalina nella direzione opposta Per ottenere un alto- cellulosa alcalina di qualità, solitamente la concentrazione di lisciva utilizzata in questo collegamento arriva fino al 50%.

Dopo che la cellulosa è stata immersa nella lisciva, si ottiene una cellulosa alcalina completamente rigonfia e uniformemente alcalinizzata. La liscivia rigonfia osmoticamente la cellulosa, ponendo una buona base per la successiva reazione di eterificazione. I diluenti tipici includono principalmente isopropanolo, acetone, toluene, ecc. La solubilità della liscivia, il tipo di diluente e le condizioni di agitazione sono i principali fattori che influenzano la composizione della cellulosa alcalina. Gli strati superiore e inferiore si formano durante la miscelazione. Lo strato superiore è composto da isopropanolo e acqua, mentre lo strato inferiore è composto da alcali e una piccola quantità di isopropanolo. La cellulosa dispersa nel sistema è completamente a contatto con gli strati liquidi superiore ed inferiore sotto agitazione meccanica. Gli alcali nel sistema L'equilibrio idrico si sposta fino alla formazione della cellulosa.

Come un tipico etere misto non ionico di cellulosa, il contenuto di gruppi idrossipropilmetilcellulosa è su diverse catene macromolecolari, cioè il rapporto di distribuzione dei gruppi metile e idrossipropilico è diverso sul C di ciascuna posizione dell'anello del glucosio. Ha una maggiore dispersione e casualità, rendendo difficile garantire la stabilità della qualità del prodotto.