A hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) é um éter misto de alquil-hidroxialquil celulose não iônico obtido por alcalinização, eterificação, neutralização e lavagem da celulose.
Como um éter misto de celulose não iônica com excelente desempenho, o HPMC tem boas propriedades de dispersão, emulsificação, espessamento, ligação, retenção de água e retenção de cola, como outros éteres de celulose, como CMC, MC, HEC, CMHEC, HEMC e HBMC. É solúvel em água e dissolvido em etanol e acetona abaixo de 70%. O HPMC pode ser amplamente usado como revestimento de filme, agente de liberação sustentada e adesivo para preparações farmacêuticas. Suas propriedades de formação de filme espessante, dispersante e emulsificante também podem ser usadas em petroquímicos, materiais de construção, cerâmicas, têxteis, alimentos, produtos químicos diários, resinas sintéticas, medicamentos, revestimentos e indústrias eletrônicas.
A reação de eterificação do HPMC é um processo complexo, porém fascinante. Ela envolve a substituição do grupo hidroxila (-OH) na celulose por hidroxipropila (-OCH₂CHOHCH₃), seguida por uma polimerização de cadeia contínua com óxido de propileno. Teoricamente, o grupo hidroxila no grupo hidroxipropil na cadeia lateral pode reagir continuamente com o óxido de propileno. Entretanto, a reação não se limita ao grupo hidroxila no anel de glicose da celulose. O cloreto de metila também pode reagir com o grupo hidroxila no grupo hidroxipropil ligado, que termina a cadeia lateral e a hidroxipropilação. Essa complexidade aumenta a intriga do processo de produção do HPMC.
- Controle do teor de metoxi e hidroxipropil da hidroxipropilmetilcelulose
O teor e a proporção de metoxi e hidroxipropil da HPMC influenciam a solubilidade em água, a capacidade de retenção de água, a atividade de superfície e a temperatura de gelificação do produto.
A HPMC com alto teor de metoxi e baixo teor de hidroxipropil geralmente tem boa solubilidade em água, atividade de superfície e baixa temperatura de gelificação. Entretanto, o ajuste do teor de hidroxipropil e a redução do teor de metoxi podem aumentar a temperatura de gelificação. É importante observar que um teor muito alto de hidroxipropil pode reduzir a temperatura de gelificação, deteriorar a solubilidade em água e a atividade de superfície e melhorar a solubilidade em solventes orgânicos.
As principais maneiras de controlar e ajustar o teor de metoxi e hidroxipropil são as seguintes.
① Alterar a quantidade de álcali usada no sistema de reação. A quantidade de álcali usada no processo de alcalinização da celulose afetará diretamente a eficiência de eterificação do produto e a proporção do conteúdo do grupo. A regra geral é: alta concentração de álcali ou maior quantidade de álcali sólido adicionado aumentará o teor de metoxi do produto; baixa concentração de álcali ou menor quantidade de álcali sólido adicionado, sob as mesmas condições de processo, pode aumentar adequadamente o teor de hidroxipropil do produto. Em outras palavras, o teor de hidroxipropil é inversamente proporcional à concentração de álcali, e o teor de metoxi é proporcional à concentração de álcali.
② Ajuste a mudança de temperatura do processo de produção. No estágio de eterificação do processo de produção de HPMC, as principais reações são metilação e hidroxipropilação. As condições de reação necessárias para essas duas reações são diferentes, e as taxas de reação positiva e negativa das duas reações também são bastante diferentes. Essa diferença nas condições de reação e a dificuldade de coordenação tornam o controle do processo de produção de HPMC e a estrutura do produto mais complexos e imprevisíveis. Combinado com os requisitos do índice do produto, a consideração total das características estruturais do equipamento e a análise quantitativa e o teste com base em uma grande quantidade de prática, é possível controlar razoavelmente o processo, ajustar a fórmula e obter o efeito desejado.
De modo geral, a reação de hidroxipropilação pode ser realizada a cerca de 30°C, e a taxa de reação é bastante acelerada a 50°C; a reação de metilação é lenta a 60°C e ainda mais fraca abaixo de 50°C. De acordo com a diferença na temperatura de reação dos dois, uma temperatura específica é geralmente controlada para tornar uma determinada reação a reação primária, como manter uma temperatura constante de 50 a 60 °C por algum tempo, principalmente para a reação de hidroxipropilação. Em seguida, a taxa de aquecimento é controlada para aumentar o segundo estágio da reação de eterificação, dominado pela reação de metilação em um determinado período, e o tempo de reação é controlado para alcançar um equilíbrio entre o grupo metoxila e o grupo hidroxipropila e obter um produto com uma estrutura razoável. Essa tecnologia de controle de vários estágios também favorece a redução de reações colaterais e o pós-processamento.
③ A quantidade de agente eterificante adicionado Sob as condições de processo determinadas, a quantidade de agentes eterificantes cloreto de metila e óxido de propileno e a proporção dos dois têm um efeito direto e perceptível sobre os valores de metoxi e hidroxipropil do produto. Condições de reação constantes, proporção inalterada, aumento do teor de agente eterificante, melhoria do teor de grupos substituintes, valores de metoxi e hidroxipropil são constantes dentro de uma faixa específica; alterando a proporção, aumentando o teor de um agente eterificante, o teor correspondente de grupos substituintes aumenta e o teor do outro grupo substituinte diminui.
Os resultados de nossa pesquisa ressaltam a importância da quantidade de cloreto de metila e óxido de propileno adicionados. Eles nos permitem controlar o teor de metoxi e hidroxipropil do produto na faixa de 4% a 12%, fornecendo informações valiosas para o processo de produção.
- Controle da viscosidade e da pureza da hidroxipropilmetilcelulose
Dependendo dos requisitos de aplicação do produto, o HPMC geralmente tem requisitos abrangentes de viscosidade e pureza.
No mesmo grau de substituição, a viscosidade tem uma influência especial na temperatura do gel: baixa viscosidade significa alta temperatura do gel; alta viscosidade significa baixa temperatura do gel. Quando os outros indicadores são os mesmos, a pureza do produto também exerce uma influência especial sobre a temperatura do gel. Quando o teor de sal é alto, a temperatura do gel do produto diminui.
O ajuste da pureza do HPMC por meio do processo de lavagem é uma etapa essencial do processo de produção. Para aumentar a viscosidade, podem ser usadas matérias-primas de celulose de alta polimerização, podem ser adicionados antioxidantes, o ar pode ser evacuado e o nitrogênio pode ser preenchido para proteção. A viscosidade do produto também pode ser aumentada por meio da micro-reticulação do produto final. Para reduzir a viscosidade do produto, podem ser usadas matérias-primas de celulose de baixa polimerização, podem ser adicionados oxidantes durante o processo de alcalinização ou o processo de eterificação, e a viscosidade também pode ser reduzida por radiação.
