纖維素醚是一類重要的水溶性高分子化合物,是以天然纖維素(α- 纖維素,包括棉短絨或木槳粕) 經(jīng)過堿化、醚化反應(yīng)而生成的一系列產(chǎn)品的總稱。纖維素醚分為離子型和非離子型兩類產(chǎn)品,離子型產(chǎn)品主要是羧甲基纖維素(CMC) ,非離子型產(chǎn)品包括甲基纖維素(MC) 、羥丙基甲基纖維素、乙基纖維素 、羥乙基纖維素(HEC) 、羥丙基纖維素等。 羥丙基甲基纖維素屬水溶性非離子型纖維素醚,是甲基纖維素(MC) 中部分甲氧基被羥丙氧基置換時得到的產(chǎn)物。
羥丙基甲基纖維素為白色粉末,無味,無臭,無毒,在人體內(nèi)完全無變化而排出體外。該品易溶于水,但不溶于熱水。水溶液為無色透明粘稠物。羥丙基甲基纖維素 具有優(yōu)良的增稠、乳化、成膜、分散、保護膠體、保持水分、粘合、耐酸堿,抗酶等性能,廣泛用于建筑、涂料、醫(yī)藥、食品、紡織、油田、化妝品、洗滌劑、陶瓷、油墨及化學(xué)聚合反應(yīng)過程中。
生產(chǎn)工藝羥丙基甲基纖維素制造主要由棉絨堿處理、羥丙基化、甲基化等三個反應(yīng)來完成的。在近幾年出現(xiàn)的各種技術(shù)方只僅僅集中在完善與改進各個單元操作方面。一般都用棉絨為原料，用50%的氫氧化鈉水溶液進行堿性處理，得到纖維素鈉鹽，在進行羥丙基化和甲基化操作。比較近常用的羥丙基化試劑是氧化丙烯，而在70年代也有用丙醇作羥丙基化試劑的報道。甲基化試劑一般都采用氯甲烷，在早期也有用溴甲烷、硫酸二甲酯的報道。
評價：羥丙基甲基纖維素HPMC的性能指標(biāo)是甲基取代度，醚化效率，聚合度，粘度等。各種新工藝方法的出現(xiàn)，均是圍繞著改進某些工藝路線，提高某些指標(biāo)水平而進行的。
纖維素醚類生產(chǎn)工藝有其共性,即精制棉或木漿經(jīng)液體燒堿浸漬,壓榨除去多余的堿液,得到堿纖維素,再加入溶劑,醚化劑,在一定溫度、壓力下進行醚化反應(yīng),反應(yīng)終點以所需醚化度為準(zhǔn),然后經(jīng)中和洗滌、干燥,粉碎等得成品。羥丙基甲基纖維素的生產(chǎn)采用氯甲烷和環(huán)氧丙烷作為醚化劑, 其化學(xué)反應(yīng)方程是:Rcell - OH+ NaOH+ CH3Cl + CH2OCHCH3 →Rcell - O - CH2OHCHCH3 + NaCl + H2O 醚化工藝大體上可分為兩大類，一類是一步醚化法，即使羥丙基化反應(yīng)和甲基化反應(yīng)同時進行，這是早期采用的方法，仍然是現(xiàn)在制備羥丙基甲基纖維素的重要方法。另一類是分步醚化法，即將羥丙基化操作和甲基化操作分開進行，這樣得到的產(chǎn)品某些指標(biāo)較好。 1.1一步醚化法 實例1：粉末狀棉絨與50%氫氧化鈉水溶液在60℃時混合，在反應(yīng)器壓力為2.26×10-4 MPa情況下，連續(xù)通入環(huán)氧丙烯。在通過組成為52%甲醚，43%氯甲烷與5%環(huán)氧丙烷混合氣體。再次加入50%氫氧化鈉溶液，并混合之。繼續(xù)通入氯丙烷，在80℃反映1h。反應(yīng)產(chǎn)物羥丙基甲基纖維素的甲基取代度為20.2%，羥丙基取代度為25.4%，不溶物＜0.05%。在反應(yīng)中，氯甲烷的轉(zhuǎn)化率為53.8%，環(huán)丙甲烷的轉(zhuǎn)化率為42.6%。
實例：將粉末狀纖維素，50%氫氧化鈉水溶液，氧化丙烯和氯甲烷依次加入反應(yīng)器，在80℃保持30min，壓力維持在2.07MPa.反應(yīng)產(chǎn)物羥丙基甲基纖維素,具有甲基取代度為27.5%，羥丙基取代度為6.5%，粘度為14，000Cp(2%水溶液)。 實例3：將50%氫氧化鈉水溶液噴灑在棉絨上，并加熱到85℃，加入氧化丙烯、氯甲烷，繼續(xù)加熱，直到反應(yīng)完全。結(jié)果可得含有甲基取代度為17.0%，羥丙基取代度為24.8%的羥丙基甲基纖維素HPMC。在反應(yīng)中，甲基轉(zhuǎn)化率為37.8%，氧化丙烯轉(zhuǎn)化率為26.2%。 1.2分步醚化法
實例：首先使纖維素粉末與氧化丙烯在氮氣流中反映3h,反應(yīng)溫度為30～60℃。然后再用氯甲烷處理5h,反應(yīng)溫度為35～80℃。得到羥丙基取代度為23.5%的羥丙基甲基纖維素 實例5：先使堿性纖維素粉末與氧化丙烯在鹵代烴存在時發(fā)生反應(yīng)，然后再在氫氧化鈉存在下，與氯甲烷反應(yīng)得到羥丙基甲基纖維素。該反應(yīng)中，氧化丙烯與氯甲烷的轉(zhuǎn)化率分別是42.6%與41.0%。 生產(chǎn)羥丙基甲基纖維素 的關(guān)鍵設(shè)備是反應(yīng)器、干燥器、造粒機、粉碎機等。生產(chǎn)羥丙基甲基纖維素 的主要原材料是精制棉、氫氧化鈉、氯甲烷、環(huán)氧丙烷等。
名稱，規(guī)格 單耗(噸產(chǎn)品) 精制棉 含水≤6 % ，0. 93t 氫氧化鈉 ≥50 % 1. 15t 氯甲烷 ≥99 % 0. 75t 環(huán)氧丙烷 ≥99 % 0. 25t 2 性質(zhì) 水溶性：羥丙基甲基纖維素是水溶性高分子之一，其水溶性與甲氧基的含量有關(guān)，當(dāng)甲氧基含量低時，能溶于強堿、無熱力學(xué)膠凝點。隨著甲氧基含量的升高，其對水的溶脹性顯得更為敏感，并能溶于稀堿、弱堿。當(dāng)甲氧基含量＞38℃時，則能溶于水，并且還能溶于鹵代烴。如果將高碘酸加入羥丙基甲基纖維素時，則羥丙基甲基纖維素會迅速在水中分散，而不至于產(chǎn)生難溶的結(jié)塊性物質(zhì)。這主要應(yīng)歸功于高碘酸具有分散糖元上處于鄰位的二羥基之故。 毒性：大量的動物喂養(yǎng)實驗表明，羥丙基甲基纖維素毒性甚微。羥丙基甲基纖維素按羥丙基取代度的大小，可分為高取代度（H-羥丙基甲基纖維素）,中取代度(M-羥丙基甲基纖維素)與低取代度(L-羥丙基甲基纖維素).經(jīng)對這三類羥丙基甲基纖維素的急性毒性試驗表明，老鼠口服劑量為0.5、1.5、10g/kg時，結(jié)果證明，低用量時，無副作用，高用量時與未用羥丙基甲基纖維素喂養(yǎng)的老鼠，增加體重略少一些，但其它生理功能正常。因此，美國聯(lián)邦ZF食品、醫(yī)藥、化妝品局允許將羥丙基甲基纖維素直接加入糖果中。經(jīng)粘度測定實驗、經(jīng)典光散射法、超高速離心實驗發(fā)現(xiàn)，羥丙基甲基纖維素的特性與其分子中有一水合的隨機基因的結(jié)構(gòu)相符合。降解性：可用含0.00001%～5?與0.0001%～5?螯合劑的充氧水溶性介質(zhì)處理，可使羥丙基甲基纖維素發(fā)生降解作用。這在環(huán)境保護方面，有重要意義。
應(yīng)用按羥丙基甲基纖維素在國民經(jīng)濟與生活的各個領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，分別敘述之。在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用在分散型制劑中的應(yīng)用。分散型制劑包括注射劑、內(nèi)服劑、外用藥等。為了適應(yīng)治療的不同要求，通常把藥物做成上述各種不同的劑型，例如：分散型制劑、片劑、顆粒劑、丸劑等。