Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) važan je polusintetski celulozni eterski spoj koji se naširoko koristi u medicini, građevinskim materijalima, hrani, premazima i drugim industrijama. HPMC ima dobro zgušnjavanje, emulzifikaciju, stvaranje filma, vlaženje, stabilizaciju i druga svojstva, tako da ima važnu vrijednost primjene u mnogim područjima. Glavne sirovine za proizvodnju HPMC uključuju celulozu, natrijev hidroksid, propilen oksid, metil klorid i vodu.
1. Celuloza
Celuloza je glavna osnovna sirovina za HPMC, koja se obično dobiva iz prirodnih biljnih vlakana kao što su pamuk i drvo. Celuloza je najzastupljeniji prirodni organski polimer na zemlji. Njegova molekularna struktura je dugolančani polisaharid sastavljen od jedinica glukoze povezanih β-1,4-glikozidnim vezama. Sama celuloza je netopljiva u vodi i nema dobru kemijsku reaktivnost. Stoga je potreban niz procesa kemijske modifikacije kako bi se poboljšala njegova topljivost i funkcionalnost za pripremu različitih proizvoda celuloznog etera.
2. Natrijev hidroksid (NaOH)
Natrijev hidroksid, poznat i kao kaustična soda, jaki je alkalni spoj koji ima važnu ulogu alkalizatora u proizvodnom procesu HPMC-a. U ranoj fazi proizvodnje, celuloza reagira s otopinom natrijevog hidroksida kako bi aktivirala hidroksilne skupine na molekularnom lancu celuloze, čime se osiguravaju reakcijska mjesta za naknadnu reakciju eterifikacije. Ovaj korak se također naziva "reakcija alkalizacije". Alkalizirana celuloza prolazi kroz određene strukturne promjene, što olakšava reakciju s naknadnim kemijskim reagensima (kao što su propilen oksid i metil klorid).
3. Propilen oksid (C3H6O)
Propilen oksid je jedan od ključnih agenasa za eterifikaciju u proizvodnji HPMC, koji se uglavnom koristi za pretvaranje hidroksilnih skupina u celulozi u hidroksipropilne skupine. Točnije, alkalizirana celuloza reagira s propilen oksidom pod određenim uvjetima temperature i tlaka, a aktivne epoksi skupine u propilen oksidu povezane su s molekularnim lancem celuloze kroz reakciju dodavanja otvaranja prstena kako bi se formirao hidroksipropilni supstituent. Ovaj proces daje HPMC-u dobru topljivost u vodi i sposobnost zgušnjavanja.
4. Metil klorid (CH3Cl)
Metil klorid je još jedno važno sredstvo za eterifikaciju koje se koristi za pretvaranje hidroksilnih skupina celuloze u metoksilne skupine. Metil klorid reagira s hidroksilnim skupinama na molekularnom lancu celuloze kroz reakciju nukleofilne supstitucije i proizvodi metil celulozu. Kroz ovu reakciju metilacije, HPMC dobiva dobru hidrofobnost, posebno pokazujući izvrsnu topljivost u nekim organskim otapalima. Osim toga, uvođenje metoksi skupina dodatno poboljšava svojstvo stvaranja filma i kemijsku stabilnost HPMC-a.
5. Voda
Voda, kao otapalo i reakcijski medij, prolazi kroz cijeli proces proizvodnje HPMC-a. U reakcijama alkalizacije i eterifikacije, voda ne samo da pomaže u otapanju natrijevog hidroksida i podešavanju stanja hidratacije celuloze, već također sudjeluje u regulaciji reakcijske topline kako bi se osigurala kontrola temperature tijekom cijelog reakcijskog procesa. Čistoća vode ima važan utjecaj na kvalitetu HPMC-a, a obično je potrebna deionizirana voda visoke čistoće ili destilirana voda.
6. Organska otapala
U procesu proizvodnje HPMC-a, neki procesni koraci također mogu zahtijevati upotrebu nekih organskih otapala, poput metanola ili etanola. Ta se otapala ponekad koriste za podešavanje viskoznosti reakcijskog sustava, smanjenje stvaranja nusproizvoda reakcije ili poticanje specifičnih kemijskih reakcija. Izbor organskog otapala potrebno je odrediti prema potrebama proizvodnog procesa i primjeni konačnog proizvoda.
7. Ostali pomoćni materijali
Uz gore navedene glavne sirovine, u stvarnom procesu proizvodnje, neki pomoćni materijali i aditivi, kao što su katalizatori, stabilizatori itd., mogu se koristiti za poboljšanje učinkovitosti reakcije, kontrolu brzine reakcije ili poboljšanje fizikalnih i kemijskih svojstava konačnog proizvoda.
8. Glavni koraci proizvodnog procesa
Glavni procesni koraci za proizvodnju HPMC mogu se podijeliti u tri dijela: alkalizacija, eterifikacija i neutralizacija. Prvo, celuloza reagira s natrijevim hidroksidom da alkalizira i formira alkalnu celulozu. Zatim dolazi do eterifikacije u reakciji alkalne celuloze s propilen oksidom i metil kloridom kako bi se formirali hidroksipropil i metoksi supstituirani celulozni eteri. Konačno, neutralizacijskim tretmanom, pranjem, sušenjem i drugim postupcima dobivaju se HPMC proizvodi specifične topivosti, viskoznosti i drugih karakteristika.
9. Učinak kvalitete sirovina na performanse HPMC proizvoda
Različiti izvori sirovina i čistoća imaju značajan utjecaj na kvalitetu i učinak konačnog HPMC-a. Na primjer, čistoća i raspodjela molekularne težine celuloznih sirovina utjecat će na viskoznost i topljivost HPMC; uvjeti doziranja i reakcije propilen oksida i metil klorida odredit će stupanj hidroksipropilne i metoksi supstitucije, čime će utjecati na učinak zgušnjavanja i svojstva stvaranja filma proizvoda. Stoga su odabir i kontrola kvalitete sirovina ključni tijekom procesa proizvodnje.
Glavne sirovine hidroksipropil metilceluloze (HPMC) uključuju celulozu, natrijev hidroksid, propilen oksid, metil klorid i vodu. Nizom složenih kemijskih reakcija te se sirovine pretvaraju u funkcionalne materijale široke primjene. Raspon primjene HPMC-a pokriva mnoga područja kao što su medicina, građevinski materijali i hrana. Njegova dobra fizikalna i kemijska svojstva čine ga nezamjenjivim u mnogim industrijama.
Vrijeme objave: 30. rujna 2024