Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) je pomembna polsintetična celulozna etrska spojina, ki se pogosto uporablja v medicini, gradbenih materialih, hrani, premazih in drugih industrijah. HPMC ima dobro zgoščevanje, emulgiranje, oblikovanje filma, vlaženje, stabilizacijo in druge lastnosti, zato ima pomembno uporabno vrednost na številnih področjih. Glavne surovine za proizvodnjo HPMC so celuloza, natrijev hidroksid, propilen oksid, metil klorid in voda.
1. Celuloza
Celuloza je glavna osnovna surovina HPMC, običajno pridobljena iz naravnih rastlinskih vlaken, kot sta bombaž in les. Celuloza je najbolj razširjen naravni organski polimer na zemlji. Njegova molekularna struktura je dolgoverižni polisaharid, sestavljen iz enot glukoze, povezanih z β-1,4-glikozidnimi vezmi. Sama celuloza je netopna v vodi in nima dobre kemične reaktivnosti. Zato je za pripravo različnih produktov celuloznega etra potrebna vrsta kemičnih modifikacijskih postopkov za izboljšanje njegove topnosti in funkcionalnosti.
2. Natrijev hidroksid (NaOH)
Natrijev hidroksid, znan tudi kot kavstična soda, je močna alkalna spojina, ki ima pomembno vlogo alkalizatorja v proizvodnem procesu HPMC. V zgodnji fazi proizvodnje celuloza reagira z raztopino natrijevega hidroksida, da aktivira hidroksilne skupine na celulozni molekularni verigi in tako zagotovi reakcijska mesta za poznejšo reakcijo eterifikacije. Ta korak se imenuje tudi "reakcija alkalizacije". Alkalizirana celuloza je podvržena določenim strukturnim spremembam, zaradi česar lažje reagira s kasnejšimi kemičnimi reagenti (kot sta propilen oksid in metil klorid).
3. Propilen oksid (C3H6O)
Propilen oksid je eno ključnih sredstev za eteriranje v proizvodnji HPMC, ki se večinoma uporablja za pretvorbo hidroksilnih skupin v celulozi v hidroksipropilne skupine. Natančneje, alkalizirana celuloza reagira s propilen oksidom pod določenimi temperaturnimi in tlačnimi pogoji, aktivne epoksi skupine v propilen oksidu pa so povezane z molekularno verigo celuloze prek adicijske reakcije z odpiranjem obroča, da tvorijo hidroksipropilni substituent. Ta postopek daje HPMC dobro topnost v vodi in sposobnost zgoščevanja.
4. Metil klorid (CH3Cl)
Metil klorid je še eno pomembno sredstvo za eteriranje, ki se uporablja za pretvorbo hidroksilnih skupin celuloze v metoksilne skupine. Metil klorid reagira s hidroksilnimi skupinami na celulozni molekularni verigi z nukleofilno substitucijsko reakcijo, da proizvede metil celulozo. S to reakcijo metilacije pridobi HPMC dobro hidrofobnost, zlasti kaže odlično topnost v nekaterih organskih topilih. Poleg tega uvedba metoksi skupin dodatno izboljša lastnost tvorbe filma in kemijsko stabilnost HPMC.
5. Voda
Voda kot topilo in reakcijski medij teče skozi celoten proizvodni proces HPMC. V reakcijah alkalizacije in eterifikacije voda ne le pomaga pri raztapljanju natrijevega hidroksida in prilagajanju hidracijskega stanja celuloze, ampak sodeluje tudi pri uravnavanju reakcijske toplote, da zagotovi nadzor temperature skozi celoten reakcijski proces. Čistost vode pomembno vpliva na kakovost HPMC in običajno je potrebna deionizirana ali destilirana voda visoke čistosti.
6. Organska topila
V proizvodnem procesu HPMC lahko nekateri procesni koraki zahtevajo tudi uporabo nekaterih organskih topil, kot sta metanol ali etanol. Ta topila se včasih uporabljajo za prilagoditev viskoznosti reakcijskega sistema, zmanjšanje nastajanja reakcijskih stranskih produktov ali spodbujanje specifičnih kemičnih reakcij. Izbiro organskega topila je treba določiti glede na potrebe proizvodnega procesa in uporabo končnega izdelka.
7. Drugi pomožni materiali
Poleg zgornjih glavnih surovin se v dejanskem proizvodnem procesu lahko uporabijo nekateri pomožni materiali in dodatki, kot so katalizatorji, stabilizatorji itd., Za izboljšanje učinkovitosti reakcije, nadzor hitrosti reakcije ali izboljšanje fizikalnih in kemijskih lastnosti končnega izdelka.
8. Glavni koraki proizvodnega procesa
Glavne procesne korake za proizvodnjo HPMC lahko razdelimo na tri dele: alkalizacija, eterifikacija in nevtralizacijska obdelava. Najprej celuloza reagira z natrijevim hidroksidom, da alkalizira, da nastane alkalna celuloza. Nato pride do eterifikacije pri reakciji alkalne celuloze s propilen oksidom in metil kloridom, da nastanejo hidroksipropil in metoksi substituirani celulozni etri. Končno se z nevtralizacijsko obdelavo, pranjem, sušenjem in drugimi postopki pridobijo izdelki HPMC s specifično topnostjo, viskoznostjo in drugimi lastnostmi.
9. Vpliv kakovosti surovin na delovanje izdelkov HPMC
Različni viri surovin in čistost pomembno vplivajo na kakovost in učinkovitost končnega HPMC. Na primer, čistost in porazdelitev molekulske mase celuloznih surovin vplivata na viskoznost in topnost HPMC; odmerjanje in reakcijski pogoji propilen oksida in metil klorida bodo določili stopnjo hidroksipropilne in metoksi substitucije, kar bo vplivalo na učinek zgoščevanja in lastnosti produkta pri tvorjenju filma. Zato sta izbira in kontrola kakovosti surovin ključnega pomena v proizvodnem procesu.
Glavne surovine hidroksipropil metilceluloze (HPMC) vključujejo celulozo, natrijev hidroksid, propilen oksid, metil klorid in vodo. Z nizom zapletenih kemičnih reakcij se te surovine pretvorijo v funkcionalen material s široko uporabno vrednostjo. Področje uporabe HPMC pokriva številna področja, kot so medicina, gradbeni materiali in hrana. Zaradi dobrih fizikalnih in kemijskih lastnosti je nepogrešljiv v mnogih panogah.
Čas objave: 30. september 2024