Waar wordt hydroxypropylmethylcellulose van gemaakt?

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een semi-synthetisch polymeer dat wordt gebruikt in een breed scala van industrieën, waaronder de bouw, voeding, farmaceutische producten en producten voor persoonlijke verzorging. Het wordt gewaardeerd vanwege zijn vermogen om de reologische eigenschappen van formuleringen te verbeteren, evenals vanwege zijn compatibiliteit met andere ingrediënten en zijn lage toxiciteit. Om te begrijpen hoe HPMC wordt gemaakt, is het belangrijk om eerst de structuur en eigenschappen van cellulose te begrijpen.

Cellulose is een lange keten van glucosemoleculen die wordt aangetroffen in de celwanden van planten. De glucosemoleculen zijn met elkaar verbonden door bèta-1,4-glycosidische bindingen, waardoor een lineaire keten ontstaat. De ketens worden vervolgens bij elkaar gehouden door waterstofbruggen en Van der Waals-krachten om sterke, vezelige structuren te vormen. Cellulose is de meest voorkomende organische verbinding op aarde en wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder papier, textiel en bouwmaterialen.

Hoewel cellulose veel nuttige eigenschappen heeft, is het vaak te stijf en onoplosbaar om in veel formuleringen te worden gebruikt. Om deze beperkingen te overwinnen hebben wetenschappers een aantal gemodificeerde cellulosederivaten ontwikkeld, waaronder HPMC. HPMC wordt gemaakt door natuurlijke cellulose te modificeren via een reeks chemische reacties.

De eerste stap bij het maken van HPMC is het verkrijgen van het cellulose-uitgangsmateriaal. Dit kan worden gedaan door cellulose te extraheren uit plantaardige bronnen zoals houtpulp, katoen of bamboe. De cellulose wordt vervolgens behandeld met een alkalische oplossing, zoals natriumhydroxide of kaliumhydroxide, om onzuiverheden te verwijderen en de cellulosevezels in kleinere deeltjes af te breken. Dit proces staat bekend als mercerisatie en maakt de cellulose reactiever en gemakkelijker te modificeren.

Na mercerisatie laat men de cellulose reageren met een mengsel van propyleenoxide en methylchloride om hydroxypropyl- en methylgroepen op de celluloseskelet te introduceren. De hydroxypropylgroepen worden toegevoegd om de oplosbaarheid en waterretentie-eigenschappen van de cellulose te verbeteren, terwijl de methylgroepen worden toegevoegd om de stabiliteit te vergroten en de reactiviteit van de cellulose te verminderen. De reactie wordt doorgaans uitgevoerd in aanwezigheid van een katalysator, zoals natriumhydroxide of kaliumhydroxide, en onder gecontroleerde omstandigheden van temperatuur, druk en reactietijd.

De substitutiegraad (DS) van HPMC verwijst naar het aantal hydroxypropyl- en methylgroepen dat op de celluloseskelet wordt geïntroduceerd. De DS kan variëren afhankelijk van de gewenste eigenschappen van de HPMC en de specifieke toepassing waarvoor deze wordt gebruikt. Over het algemeen resulteren hogere DS-waarden in HPMC met lagere viscositeit en snellere oplossnelheden, terwijl lagere DS-waarden resulteren in HPMC met hogere viscositeit en lagere oplossnelheden.

Nadat de reactie is voltooid, wordt het resulterende product gezuiverd en gedroogd om HPMC-poeder te creëren. Het zuiveringsproces omvat het verwijderen van alle niet-gereageerde chemicaliën, resterende oplosmiddelen en andere onzuiverheden uit de HPMC. Dit gebeurt doorgaans door een combinatie van was-, filtratie- en droogstappen.

Het eindproduct is een wit tot gebroken wit poeder dat geur- en smaakloos is. HPMC is oplosbaar in water en veel organische oplosmiddelen en kan afhankelijk van de gebruiksomstandigheden gels, films en andere structuren vormen. Het is een niet-ionisch polymeer, wat betekent dat het geen elektrische lading draagt, en het wordt algemeen beschouwd als niet-giftig en veilig voor gebruik in een breed scala aan toepassingen.

HPMC wordt gebruikt in een breed scala aan formuleringen, waaronder verven, lijmen, afdichtingsmiddelen, farmaceutische producten en voedingsmiddelen. In bouwtoepassingen wordt HPMC vaak gebruikt als verdikkingsmiddel, bindmiddel en filmvormer in cementgebonden en op gips gebaseerde producten, zoals mortels, voegmortels en voegverbindingen.