Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een belangrijke semi-synthetische cellulose-etherverbinding, die veel wordt gebruikt in de geneeskunde, bouwmaterialen, voeding, coatings en andere industrieën. HPMC heeft goede verdikkings-, emulgerings-, filmvormende, vochtinbrengende, stabilisatie- en andere eigenschappen, dus het heeft op veel gebieden een belangrijke toepassingswaarde. De belangrijkste grondstoffen voor de productie van HPMC zijn cellulose, natriumhydroxide, propyleenoxide, methylchloride en water.
1. Cellulose
Cellulose is de belangrijkste basisgrondstof van HPMC, meestal afkomstig van natuurlijke plantaardige vezels zoals katoen en hout. Cellulose is het meest voorkomende natuurlijke organische polymeer op aarde. De moleculaire structuur is een polysacharide met lange keten, samengesteld uit glucose-eenheden verbonden door β-1,4-glycosidische bindingen. Cellulose zelf is onoplosbaar in water en heeft geen goede chemische reactiviteit. Daarom is een reeks chemische modificatieprocessen vereist om de oplosbaarheid en functionaliteit ervan te verbeteren om verschillende cellulose-etherproducten te bereiden.
2. Natriumhydroxide (NaOH)
Natriumhydroxide, ook wel bijtende soda genoemd, is een sterk alkalische verbinding die een belangrijke rol speelt als alkalisator in het productieproces van HPMC. In het vroege productiestadium reageert cellulose met natriumhydroxideoplossing om de hydroxylgroepen op de moleculaire keten van cellulose te activeren, waardoor reactieplaatsen worden verschaft voor de daaropvolgende veretheringsreactie. Deze stap wordt ook wel “alkalisatiereactie” genoemd. De alkalische cellulose ondergaat bepaalde structurele veranderingen, waardoor het gemakkelijker wordt om te reageren met daaropvolgende chemische reagentia (zoals propyleenoxide en methylchloride).
3. Propyleenoxide (C3H6O)
Propyleenoxide is een van de belangrijkste veretherende middelen bij de productie van HPMC en wordt voornamelijk gebruikt om de hydroxylgroepen in cellulose om te zetten in hydroxypropylgroepen. In het bijzonder reageert de alkalische cellulose met propyleenoxide onder bepaalde temperatuur- en drukomstandigheden, en de actieve epoxygroepen in propyleenoxide worden via een ringopeningsadditiereactie met de moleculaire keten van cellulose verbonden om een hydroxypropylsubstituent te vormen. Dit proces geeft HPMC een goede oplosbaarheid in water en een goed verdikkingsvermogen.
4. Methylchloride (CH3Cl)
Methylchloride is een ander belangrijk veretheringsmiddel dat wordt gebruikt om de hydroxylgroepen van cellulose om te zetten in methoxylgroepen. Methylchloride reageert met de hydroxylgroepen op de moleculaire keten van cellulose via een nucleofiele substitutiereactie om methylcellulose te produceren. Door deze methyleringsreactie verkrijgt HPMC een goede hydrofobiciteit, waarbij het vooral een uitstekende oplosbaarheid in sommige organische oplosmiddelen vertoont. Bovendien verbetert de introductie van methoxygroepen de filmvormende eigenschappen en chemische stabiliteit van HPMC verder.
5. Water
Water loopt als oplosmiddel en reactiemedium door het gehele HPMC-productieproces. Bij de alkalisatie- en veretheringsreacties helpt water niet alleen bij het oplossen van natriumhydroxide en het aanpassen van de hydratatietoestand van cellulose, maar neemt het ook deel aan de regulering van de reactiewarmte om de temperatuurcontrole gedurende het hele reactieproces te garanderen. De zuiverheid van water heeft een belangrijke invloed op de kwaliteit van HPMC, en meestal is gedeïoniseerd water of gedestilleerd water met een hoge zuiverheid vereist.
6. Organische oplosmiddelen
In het productieproces van HPMC vereisen sommige processtappen mogelijk ook het gebruik van bepaalde organische oplosmiddelen, zoals methanol of ethanol. Deze oplosmiddelen worden soms gebruikt om de viscositeit van het reactiesysteem aan te passen, de vorming van bijproducten van de reactie te verminderen of specifieke chemische reacties te bevorderen. De keuze voor een organisch oplosmiddel moet worden bepaald op basis van de behoeften van het productieproces en de toepassing van het eindproduct.
7. Overige hulpstoffen
Naast de bovengenoemde belangrijkste grondstoffen kunnen in het eigenlijke productieproces ook enkele hulpmaterialen en additieven, zoals katalysatoren, stabilisatoren, enz., worden gebruikt om de reactie-efficiëntie te verbeteren, de reactiesnelheid te regelen of de fysische en chemische eigenschappen te verbeteren. van het eindproduct.
8. Belangrijkste stappen van het productieproces
De belangrijkste processtappen voor de productie van HPMC kunnen in drie delen worden verdeeld: alkalisatie, verethering en neutralisatiebehandeling. Ten eerste reageert cellulose met natriumhydroxide om te alkaliseren en alkalicellulose te vormen. Vervolgens vindt verethering plaats bij de reactie van alkalicellulose met propyleenoxide en methylchloride om hydroxypropyl- en methoxy-gesubstitueerde cellulose-ethers te vormen. Ten slotte worden door middel van neutralisatiebehandeling, wassen, drogen en andere processen HPMC-producten met specifieke oplosbaarheid, viscositeit en andere kenmerken verkregen.
9. Het effect van de kwaliteit van grondstoffen op de prestaties van HPMC-producten
Verschillende grondstoffenbronnen en zuiverheid hebben een aanzienlijke impact op de kwaliteit en prestaties van de uiteindelijke HPMC. De zuiverheid en molecuulgewichtsverdeling van cellulosegrondstoffen zullen bijvoorbeeld de viscositeit en oplosbaarheid van HPMC beïnvloeden; de dosering en reactieomstandigheden van propyleenoxide en methylchloride zullen de mate van hydroxypropyl- en methoxysubstitutie bepalen, waardoor het verdikkingseffect en de filmvormende eigenschappen van het product worden beïnvloed. Daarom zijn de selectie en kwaliteitscontrole van grondstoffen cruciaal tijdens het productieproces.
De belangrijkste grondstoffen van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) zijn onder meer cellulose, natriumhydroxide, propyleenoxide, methylchloride en water. Via een reeks complexe chemische reacties worden deze grondstoffen omgezet in een functioneel materiaal met een brede toepassingswaarde. Het toepassingsbereik van HPMC bestrijkt vele gebieden, zoals geneeskunde, bouwmaterialen en voeding. De goede fysische en chemische eigenschappen maken het onmisbaar in veel industrieën.
Posttijd: 30 september 2024