การศึกษาการควบคุมคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ตามสถานการณ์ปัจจุบันของการผลิต HPMC ในประเทศของฉัน มีการวิเคราะห์ปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส และบนพื้นฐานนี้ มีการพูดคุยและศึกษาวิธีปรับปรุงระดับคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพื่อนำไปสู่การผลิต

คำสำคัญ:ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส; คุณภาพ; ควบคุม; วิจัย

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นอีเทอร์ผสมเซลลูโลสที่ละลายน้ำได้แบบไม่มีไอออนิกซึ่งทำจากฝ้าย ไม้ และเติมอีเทอร์เนตด้วยโพรพิลีนออกไซด์และเมทิลคลอไรด์หลังจากการบวมของอัลคาไล อีเทอร์ผสมเซลลูโลสเป็นอนุพันธ์ที่ได้รับการดัดแปลงของอีเทอร์ทดแทนเดี่ยวมีคุณสมบัติเฉพาะที่ดีกว่าโมโนอีเธอร์ดั้งเดิมและสามารถเล่นประสิทธิภาพของเซลลูโลสอีเทอร์ได้อย่างครอบคลุมและสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น ในบรรดาอีเทอร์ผสมหลายชนิด ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นสิ่งสำคัญที่สุด วิธีการเตรียมคือการเติมโพรพิลีนออกไซด์ลงในเซลลูโลสอัลคาไลน์ HPMC อุตสาหกรรมสามารถอธิบายได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์สากล ระดับการทดแทนกลุ่มเมทิล (ค่า DS ) คือ 1.3 ถึง 2.2 และระดับการทดแทนฟันกรามของไฮดรอกซีโพรพิลคือ 0.1 ถึง 0.8 จากข้อมูลข้างต้นจะเห็นได้ว่าเนื้อหาและคุณสมบัติของเมทิลและไฮดรอกซีโพรพิลใน HPMC แตกต่างกัน ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์มีความหนืดในขั้นสุดท้าย และความแตกต่างในความสม่ำเสมอทำให้เกิดความผันผวนในคุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปขององค์กรการผลิตต่างๆ

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสผลิตอนุพันธ์อีเธอร์ผ่านปฏิกิริยาเคมี ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติอย่างมาก โดยเฉพาะความสามารถในการละลายของเซลลูโลส ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามชนิดและปริมาณของหมู่อัลคิลที่แนะนำ รับอนุพันธ์อีเทอร์ที่ละลายในน้ำ สารละลายอัลคาไลเจือจาง ตัวทำละลายมีขั้ว (เช่น เอทานอล โพรพานอล) และตัวทำละลายอินทรีย์ไม่มีขั้ว (เช่น เบนซิน อีเทอร์) ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานของอนุพันธ์เซลลูโลสให้มีความหลากหลายมากขึ้น

1. ผลของกระบวนการอัลคาไลเซชันของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสต่อคุณภาพ

กระบวนการอัลคาไลเซชันเป็นขั้นตอนแรกในขั้นตอนปฏิกิริยาของการผลิต HPMC และยังเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดขั้นตอนหนึ่งอีกด้วย คุณภาพโดยธรรมชาติของผลิตภัณฑ์ HPMC นั้นส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยกระบวนการอัลคาไลเซชัน ไม่ใช่กระบวนการอีเธอริฟิเคชัน เนื่องจากผลกระทบของอัลคาไลเซชันส่งผลโดยตรงต่อผลกระทบของอีเธอริฟิเคชัน

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลน์เพื่อสร้างเซลลูโลสอัลคาไลซึ่งมีปฏิกิริยาสูง ในปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชัน ปฏิกิริยาหลักของสารอีเธอริฟิเคชันต่อการบวม การแทรกซึม และอีเธอริฟิเคชันของเซลลูโลส และอัตราของปฏิกิริยาข้างเคียง ความสม่ำเสมอของปฏิกิริยา และคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายล้วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและองค์ประกอบของ เซลลูโลสอัลคาไล ดังนั้นโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีของเซลลูโลสอัลคาไลจึงเป็นวัตถุวิจัยที่สำคัญในการผลิตเซลลูโลสอีเทอร์

2. ผลของอุณหภูมิต่อคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ในความเข้มข้นหนึ่งของสารละลายน้ำ KOH ปริมาณการดูดซับและระดับการบวมของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นด่างจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิปฏิกิริยาลดลง ตัวอย่างเช่น ผลลัพธ์ของอัลคาไลเซลลูโลสจะแตกต่างกันไปตามความเข้มข้นของ KOH: 15 %, 8% ที่ 10°C และ 4.2% ที่ 5°C. กลไกของแนวโน้มนี้คือการก่อตัวของอัลคาไลเซลลูโลสเป็นกระบวนการปฏิกิริยาคายความร้อน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การดูดซับของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสบนอัลคาไล ปริมาณจะลดลง แต่ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเซลลูโลสอัลคาไลจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งไม่เอื้อต่อการก่อตัวของเซลลูโลสอัลคาไล จากข้างต้นจะเห็นได้ว่าการลดอุณหภูมิอัลคาไลเซชันจะเอื้อต่อการสร้างเซลลูโลสอัลคาไลและยับยั้งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส

3. ผลของสารเติมแต่งต่อคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ในระบบเซลลูโลส-KOH-น้ำจะมีสารเติมแต่ง-เกลือมีอิทธิพลอย่างมากต่อการก่อตัวของเซลลูโลสอัลคาไล เมื่อความเข้มข้นของสารละลาย KOH ต่ำกว่า 13% การเติมเกลือโพแทสเซียมคลอไรด์จะไม่ส่งผลต่อการดูดซับเซลลูโลสเป็นด่าง เมื่อความเข้มข้นของสารละลายน้ำด่างสูงกว่า 13% หลังจากเติมโพแทสเซียมคลอไรด์ การดูดซับเซลลูโลสเป็นด่างที่ชัดเจน การดูดซับจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของโพแทสเซียมคลอไรด์ แต่ความสามารถในการดูดซับทั้งหมดลดลง และการดูดซับน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น โดยทั่วไปการเติมเกลือจะไม่เอื้ออำนวยต่อความเป็นด่างและการบวมตัวของเซลลูโลส แต่เกลือสามารถยับยั้งไฮโดรไลซิสและควบคุมระบบได้ ปริมาณน้ำอิสระจึงช่วยเพิ่มผลของการเป็นด่างและอีเธอริฟิเคชัน

4. อิทธิพลของกระบวนการผลิตที่มีต่อคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ปัจจุบันสถานประกอบการผลิตไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในประเทศของฉันส่วนใหญ่ใช้กระบวนการผลิตแบบตัวทำละลาย กระบวนการเตรียมและอิเทอร์ริฟิเคชั่นของเซลลูโลสอัลคาไลทั้งหมดดำเนินการในตัวทำละลายอินทรีย์เฉื่อย ดังนั้นวัตถุดิบฝ้ายที่ผ่านการกลั่นแล้วจึงจำเป็นต้องบดเพื่อให้ได้พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นและเกิดปฏิกิริยาได้เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

เพิ่มเซลลูโลสที่บดแล้ว ตัวทำละลายอินทรีย์ และสารละลายอัลคาไลลงในเครื่องปฏิกรณ์ และใช้การกวนเชิงกลอันทรงพลังที่อุณหภูมิและเวลาที่แน่นอนเพื่อให้ได้เซลลูโลสอัลคาไลที่มีความเป็นด่างสม่ำเสมอและการย่อยสลายน้อยลง ตัวทำละลายเจือจางอินทรีย์ (ไอโซโพรพานอล โทลูอีน ฯลฯ) มีความเฉื่อยบางอย่าง ซึ่งทำให้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสปล่อยความร้อนสม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการสร้าง แสดงความคืบหน้าในการปล่อยแบบขั้นตอน ในขณะที่ลดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเซลลูโลสอัลคาไลในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้ได้สูง เซลลูโลสอัลคาไลคุณภาพ โดยปกติความเข้มข้นของน้ำด่างที่ใช้ในลิงค์นี้จะสูงถึง 50%

หลังจากที่เซลลูโลสแช่ในน้ำด่าง จะได้เซลลูโลสอัลคาไลที่บวมเต็มที่และเป็นด่างสม่ำเสมอ น้ำด่างจะทำให้เซลลูโลสขยายตัวได้ดีกว่า โดยวางรากฐานที่ดีสำหรับปฏิกิริยาเอเทอริฟิเคชันในภายหลัง สารเจือจางทั่วไปส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอโซโพรพานอล อะซิโตน โทลูอีน ฯลฯ ความสามารถในการละลายของน้ำด่าง ประเภทของสารเจือจาง และสภาวะการกวนเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อองค์ประกอบของเซลลูโลสอัลคาไล ชั้นบนและล่างเกิดขึ้นเมื่อผสม ชั้นบนประกอบด้วยไอโซโพรพานอลและน้ำ และชั้นล่างประกอบด้วยอัลคาไลและไอโซโพรพานอลเล็กน้อย เซลลูโลสที่กระจายอยู่ในระบบสัมผัสกับชั้นของเหลวด้านบนและด้านล่างอย่างสมบูรณ์ภายใต้การกวนเชิงกล ค่าความเป็นด่างในระบบ สมดุลของน้ำจะเปลี่ยนไปจนเกิดเซลลูโลส

เนื่องจากอีเทอร์ผสมเซลลูโลสที่ไม่ใช่ไอออนิกโดยทั่วไป ปริมาณของหมู่ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะอยู่บนสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ที่แตกต่างกัน กล่าวคือ อัตราส่วนการกระจายของหมู่เมทิลและไฮดรอกซีโพรพิลจะแตกต่างกันที่ C ของตำแหน่งวงแหวนกลูโคสแต่ละตำแหน่ง มีการกระจายตัวและการสุ่มที่มากขึ้น ทำให้ยากต่อการรับประกันเสถียรภาพคุณภาพของผลิตภัณฑ์