Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een veelzijdige verbinding die wordt gebruikt in verschillende industrieën, waaronder de farmaceutische industrie, de voedingsmiddelenindustrie, de bouw en de cosmetica. Het begrijpen van de samenstelling, structuur, eigenschappen en toepassingen ervan vereist een diepgaande studie van de chemische samenstelling en het syntheseproces.
compositie en structuur
Cellulose-ruggengraat: HPMC is afgeleid van cellulose, een natuurlijk polymeer dat voorkomt in plantencelwanden. Cellulose bestaat uit lange ketens van glucose-eenheden die met elkaar zijn verbonden door β-1,4-glycosidische bindingen.
Methylering: Methylcellulose is een voorloper van HPMC en wordt geproduceerd door cellulose te behandelen met alkali en methylchloride. Het proces omvat het vervangen van hydroxylgroepen (-OH) op de celluloseskelet door methylgroepen (-CH3).
Hydroxypropylering: Na methylering vindt hydroxypropylering plaats. In deze stap reageert propyleenoxide met gemethyleerde cellulose, waarbij hydroxypropylgroepen (-OCH2CHOHCH3) op de celluloseruggengraat worden geïntroduceerd.
Substitutiegraad (DS): De substitutiegraad verwijst naar het gemiddelde aantal hydroxypropyl- en methylgroepen per glucose-eenheid in de celluloseketen. Deze parameter beïnvloedt de eigenschappen van HPMC, inclusief de oplosbaarheid, viscositeit en thermisch gedrag ervan.
synthese
Alkalische behandeling: Cellulosevezels worden eerst behandeld met een alkalische oplossing, meestal natriumhydroxide (NaOH), om intermoleculaire waterstofbruggen te verbreken en de toegankelijkheid van de cellulosehydroxylgroepen te vergroten.
Methylering: Cellulose behandeld met alkali wordt onder gecontroleerde omstandigheden gereageerd met methylchloride (CH3Cl), wat resulteert in de vervanging van hydroxylgroepen door methylgroepen.
Hydroxypropylering: Gemethyleerde cellulose reageert verder met propyleenoxide (C3H6O) in aanwezigheid van een katalysator zoals natriumhydroxide. Deze reactie introduceert hydroxypropylgroepen in de celluloseskelet.
Neutralisatie en zuivering: Neutraliseer het reactiemengsel om eventuele overtollige base te verwijderen. Het verkregen product ondergaat zuiveringsstappen zoals filtratie, wassen en drogen om het uiteindelijke HPMC-product te verkrijgen.
karakteristiek
Oplosbaarheid: HPMC is oplosbaar in water en vormt een heldere, stroperige oplossing. De oplosbaarheid hangt af van factoren zoals de mate van substitutie, het molecuulgewicht en de temperatuur.
Viscositeit: HPMC-oplossingen vertonen pseudoplastisch gedrag, wat betekent dat hun viscositeit afneemt naarmate de afschuifsnelheid toeneemt. De viscositeit kan worden geregeld door parameters zoals DS, molecuulgewicht en concentratie aan te passen.
Filmvorming: HPMC vormt flexibele en transparante films wanneer het uit de waterige oplossing wordt gegoten. Deze films vinden toepassingen in coatings, verpakkingen en farmaceutische producten.
Thermische stabiliteit: HPMC is thermisch stabiel bij een bepaalde temperatuur, waarboven afbraak optreedt. Thermische stabiliteit hangt af van factoren zoals DS, vochtgehalte en aanwezigheid van additieven.
Toepassingsgebieden
Farmaceutische producten: HPMC wordt veel gebruikt in farmaceutische formuleringen als verdikkingsmiddelen, bindmiddelen, filmvormende middelen en matrices met verlengde afgifte. Het verbetert de desintegratie, oplossing en biologische beschikbaarheid van tabletten.
Voedsel: In de voedingsmiddelenindustrie wordt HPMC gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator, emulgator en vulmiddel in producten zoals sauzen, dressings, gebak en zuivelproducten.
Constructie: HPMC wordt toegevoegd aan mortels op cementbasis, stucwerk en tegellijmen om de verwerkbaarheid, waterretentie en hechting te verbeteren. Het verbetert de prestaties van deze bouwmaterialen onder verschillende omstandigheden.
Cosmetica: HPMC wordt gebruikt als verdikkingsmiddel, emulgator en stabilisator in cosmetische formuleringen zoals crèmes, lotions en gels. Het verleent gewenste reologische eigenschappen en verbetert de stabiliteit van het product.
Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een multifunctionele verbinding die wordt gesynthetiseerd uit cellulose via methylerings- en hydroxypropyleringsprocessen. De chemische structuur, eigenschappen en toepassingen maken het tot een waardevol ingrediënt in uiteenlopende industrieën, zoals de farmaceutische industrie, de voeding, de bouw en de cosmetica. Verder onderzoek en ontwikkeling van de HPMC-technologie blijft de potentiële toepassingen uitbreiden en de prestaties ervan in een verscheidenheid aan formuleringen verbeteren.
Posttijd: 20 februari 2024