La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un éter mixto hidroxialquil celulósico no iónico obtenido por alcalinización, eterificación, neutralización y lavado de la celulosa.
Como éter mixto de celulosa no iónico con excelentes prestaciones, el HPMC tiene buenas propiedades dispersantes, emulsionantes, espesantes, aglutinantes, de retención de agua y de retención de cola, al igual que otros éteres de celulosa como el CMC, MC, HEC, CMHEC, HEMC y HBMC. Es soluble en agua y se disuelve en etanol y acetona por debajo del 70%. HPMC puede utilizarse ampliamente como recubrimiento de películas, agente de liberación sostenida y adhesivo para preparaciones farmacéuticas. Sus propiedades espesantes, dispersantes y emulsionantes para la formación de películas también pueden utilizarse comúnmente en las industrias petroquímica, de materiales de construcción, cerámica, textil, alimentaria, química diaria, de resinas sintéticas, médica, de revestimientos y electrónica.
La reacción de eterificación de la HPMC es un proceso complejo pero fascinante. Implica la sustitución del grupo hidroxilo (-OH) de la celulosa por hidroxipropilo (-OCH₂CHOHCH₃), seguida de una polimerización en cadena continua con óxido de propileno. Teóricamente, el grupo hidroxilo del grupo hidroxipropilo de la cadena lateral puede reaccionar continuamente con óxido de propileno. Sin embargo, la reacción no se limita al grupo hidroxilo del anillo de glucosa de la celulosa. El cloruro de metilo también puede reaccionar con el grupo hidroxilo del grupo hidroxipropilo unido, que termina la cadena lateral y la hidroxipropilación. Esta complejidad añade intriga al proceso de producción de HPMC.
- Control del contenido de metoxi e hidroxipropil de la hidroxipropilmetilcelulosa
El contenido y la proporción de metoxi e hidroxipropil de HPMC influyen en la solubilidad en agua, la capacidad de retención de agua, la actividad superficial y la temperatura de gelificación del producto.
La HPMC con alto contenido en metoxi y bajo contenido en hidroxipropilo suele tener buena solubilidad en agua, actividad superficial y baja temperatura de gelificación. Sin embargo, ajustar el contenido de hidroxipropilo y reducir el contenido de metoxi puede aumentar la temperatura de gelificación. Es importante señalar que un contenido demasiado alto de hidroxipropilo puede reducir la temperatura de gelificación, deteriorar la solubilidad en agua y la actividad superficial, y mejorar la solubilidad en disolventes orgánicos.
Las principales formas de controlar y ajustar el contenido de metoxi e hidroxipropilo son las siguientes.
① Cambiar la cantidad de álcali utilizado en el sistema de reacción. La cantidad de álcali utilizada en el proceso de alcalinización de la celulosa afectará directamente a la eficiencia de eterificación del producto y a la relación de contenido de grupo. La regla general es: una alta concentración de álcali o una mayor cantidad de álcali sólido añadido aumentará el contenido de metoxi del producto; una baja concentración de álcali o una menor cantidad de álcali sólido añadido, en las mismas condiciones de proceso, puede aumentar adecuadamente el contenido de hidroxipropilo del producto. En otras palabras, el contenido de hidroxipropilo es inversamente proporcional a la concentración de álcali, y el contenido de metoxi es proporcional a la concentración de álcali.
② Ajustar el cambio de temperatura del proceso de producción. En la etapa de eterificación del proceso de producción de HPMC, las reacciones primarias son la metilación y la hidroxipropilación. Las condiciones de reacción requeridas para estas dos reacciones son diferentes, y las velocidades de reacción positiva y negativa de las dos reacciones también son bastante diferentes. Esta diferencia en las condiciones de reacción y la dificultad de coordinación hacen que el control del proceso de producción de HPMC y la estructura del producto sean más complejos e impredecibles. Combinando los requisitos del índice del producto, la plena consideración de las características estructurales del equipo y el análisis cuantitativo y las pruebas sobre la base de una gran cantidad de práctica, es posible controlar razonablemente el proceso, ajustar la fórmula y lograr el efecto deseado.
En términos generales, la reacción de hidroxipropilación puede llevarse a cabo a unos 30°C, y la velocidad de reacción se acelera enormemente a 50°C; la reacción de metilación es lenta a 60°C e incluso más débil por debajo de 50°C. Según la diferencia en la temperatura de reacción de ambas, se suele controlar una temperatura específica para que una reacción concreta sea la reacción primaria, como mantener una temperatura constante a 50-60°C durante algún tiempo, principalmente para la reacción de hidroxipropilación. A continuación, se controla la velocidad de calentamiento para pasar a la segunda etapa de reacción de eterificación, dominada por la reacción de metilación, en un período determinado, y se controla el tiempo de reacción para lograr un equilibrio entre el grupo metoxilo y el grupo hidroxipropilo y obtener un producto con una estructura razonable. Esta tecnología de control multietapa también permite reducir las reacciones secundarias y el postprocesado. ③ La cantidad de agente eterificante añadido En las condiciones de proceso determinadas, la cantidad de agentes eterificantes cloruro de metilo y óxido de propileno y la proporción de ambos tienen un efecto directo y notable en los valores metoxi e hidroxipropil del producto. Si se mantienen constantes las condiciones de reacción, sin cambiar la proporción, al aumentar el contenido de agente eterificante, mejora el contenido de grupos sustituyentes, los valores de metoxi e hidroxipropilo son constantes dentro de un intervalo específico; si se cambia la proporción, al aumentar el contenido de un agente eterificante, aumenta el contenido correspondiente de grupos sustituyentes, y disminuye el contenido del otro grupo sustituyente.Los resultados de nuestra investigación subrayan la importancia de la cantidad de cloruro de metilo y óxido de propileno añadidos. Nos permiten controlar el contenido de metoxi e hidroxipropil del producto dentro del intervalo del 4% al 12%, lo que aporta información valiosa para el proceso de producción.
- Control de la viscosidad y la pureza de la hidroxipropilmetilcelulosa
Dependiendo de los requisitos de aplicación del producto, la HPMC suele tener amplios requisitos de viscosidad y pureza.
A igual grado de sustitución, la viscosidad influye especialmente en la temperatura de gel: baja viscosidad significa alta temperatura de gel; alta viscosidad significa baja temperatura de gel. Cuando otros indicadores son los mismos, la pureza del producto también tiene una influencia particular en la temperatura de gel. Cuando el contenido de sal es alto, la temperatura de gel del producto disminuirá.
Ajustar la pureza de HPMC mediante el proceso de lavado es un paso crítico en el proceso de producción. Para aumentar la viscosidad, se pueden utilizar materias primas de celulosa de alta polimerización, añadir antioxidantes, evacuar el aire y rellenar con nitrógeno como protección. También se puede aumentar la viscosidad del producto microentrecruzando el producto final. Para reducir la viscosidad del producto, pueden utilizarse materias primas de celulosa de baja polimerización, pueden añadirse oxidantes durante el proceso de alcalinización o el proceso de eterificación, y también puede reducirse la viscosidad mediante radiación.