Metilcelulosa es un término general para un tipo de éter de celulosa cuyo sustituyente primario es el metilo, incluyendo el éter simple metilcelulosa (MC), hidroxietil metilcelulosa (HEMC), hidroxipropil metilcelulosa Éteres mixtos de celulosa como la hidroxibutil metilcelulosa (HPMC), hidroxibutilmetilcelulosa (HBMC), etilmetilcelulosa (EMC) y carboximetilmetilcelulosa (CMMC) tienen propiedades similares a la MC, es decir, la gelificación térmica se producirá en agua por debajo de 100°C.
La temperatura de gelificación de la MC soluble en agua disminuye al aumentar el DS. Un MC típico (DS=1,8) forma un gel a 54-56°C. Debido a la sustitución desigual, las soluciones de MC suelen contener partículas coloidales insolubles o filamentos de fibra. Para obtener un producto con un valor DS más alto, una temperatura de gelificación elevada y una solución evidente, se puede llevar a cabo una alcalinización especial utilizando el complejo NaOH-Cu(Ⅱ) o el trimetil bencil hidróxido de amonio como reactivo alcalinizante. Estos reactivos hacen que la celulosa alcalina se hinche completamente, mejorando en gran medida la accesibilidad de las macromoléculas de celulosa durante la eterificación. Sin embargo, esta tecnología no se ha industrializado por razones técnicas y de coste.
La sustitución mediante el uso de grupos mixtos es el método más eficaz para mejorar la solubilidad del producto y la temperatura del gel. Se pueden obtener muchos productos con diferentes propiedades ajustando la proporción de metilo y segundos sustituyentes. Entre estos éteres mixtos, los más importantes y comunes son la hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) y la hidroxietilmetilcelulosa (HEMC). Son éteres mixtos que se preparan introduciendo grupos hidroxialquilos en la celulosa alcalina con óxido de propileno o etileno. Tomando HPMC como ejemplo, hay muchos tipos, y la sustitución del grupo tiene un amplio rango: el valor DS del grupo metilo es de 1,3~2,2, y el valor MS del grupo hidroxipropilo es de 0,1~0,8. El HEMC se produce principalmente en Europa. El valor DS del grupo metilo es de 1,5~2,0, y el valor MS del grupo hidroxietilo es de 0,02~0,3. La hidroxibutilmetilcelulosa (HBMC) se obtiene por hidroximetilación con óxido de butileno. El DS del hidroxibutilo es de 0,04~0,1. Para la metilación general (DS=1,8~2,2), la HBMC es un éter soluble en aceite. Otro producto del Reino Unido es la etilmetilcelulosa (EMC) soluble en agua, con una DS de 0,9 para el grupo metilo y de 0,4 para el grupo etilo. Además, la carboximetilmetilcelulosa (CMMC) tiene propiedades polielectrolíticas aniónicas débiles.
Incluso si el nivel de sustitución es poco profundo tras la sustitución secundaria, la solución de éter mixto de metilcelulosa resultante es más directa y transparente que la solución de CMMC; la temperatura de gelificación aumenta, especialmente cuando se introducen grupos carboximetilo o hidroxietilo hidrófilos. Por lo general, no es deseable que la temperatura de gelificación sea superior a 95°C, ya que una temperatura demasiado elevada dificultará la eliminación de la sal residual en el sistema mediante lavado con agua caliente.
La producción de metilcelulosa y sus éteres mixtos requiere grandes cantidades de álcali. Para obtener éter soluble en agua, la proporción de material de NaOH a unidades de anhidroglucosa debe ser de 3 a 4, y la DS del grupo metilo debe ser de 1. 4 a 2. 0. La viscosidad del material se ajusta controlando la concentración de oxígeno durante la alcalinización (envejecimiento). Un exceso de cloruro de metilo (dependiendo de la cantidad de base) convertirá todo el NaOH en NaCl. El producto es casi neutro y requiere poca o ninguna neutralización ácida. Los subproductos metanol y dimetil éter se producen al reaccionar el cloruro de metilo con agua. Los principales procesos son los siguientes:
（1）Proceso de metilación gaseosa
La celulosa alcalina y el cloruro de metilo parcial se calientan a 50°C en un recipiente a presión resistente a la corrosión equipado con una mezcla eficaz para iniciar la metilación. Mediante un suplemento moderado de calor (calentamiento o enfriamiento), la temperatura de la reacción de eterificación exotérmica puede mantenerse entre 60 y 100°C durante varias horas.
Durante el proceso de producción, algunos reactivos se evaporan junto con subproductos volátiles. Estas sustancias deben separarse, condensarse y recuperarse según sea necesario. A continuación, el cloruro de metilo recuperado se recicla con nuevos reactivos para garantizar que la concentración de cloruro gaseoso en el recipiente de reacción sea constante. Las palas y los ejes de los agitadores utilizados por algunos fabricantes son huecos y porosos, y los reactantes entran directamente en el sistema de reacción después de ser recuperados.
（2）Proceso de metilación líquida
El proceso continuo que utiliza cloruro de metilo líquido requiere un tiempo de reacción inferior a 1 hora. Este proceso se lleva a cabo en un gran número de reactivos de reacción. La celulosa alcalina se lixivia a presión y se utiliza un reactor tubular calentado para bombear la lechada y evaporar los subproductos volátiles y el exceso de reactivos.
Otros procesos y tecnologías en fase líquida se llevan a cabo en presencia de una gran cantidad de líquido orgánico inerte. Este método puede reducir la presión de reacción y favorecer el intercambio de calor. Se requiere una pequeña cantidad de álcali durante la reacción, lo que inhibe la formación de subproductos.
Todos estos procesos son adecuados para la producción de éteres mixtos. El segundo reactivo puede añadirse antes o después del inicio de la metilación. El mejor método consiste en añadir gradualmente el agente eterificante y controlar la temperatura del sistema de reacción por etapas.
El NaCl y los subproductos no volátiles (como el propilenglicol) se eliminan lavando con agua caliente y, a continuación, el producto se seca en un equipo de secado ordinario. Normalmente, los productos MC contienen menos de un 1% de NaCl, y los productos de gran pureza contienen menos de un 0,1% de NaCl. Los productos de viscosidad muy baja pueden obtenerse mediante tratamiento ácido, y los productos de solubilidad controlable pueden ajustarse mediante reacciones de reticulación.
