羥丙基甲基纖維素的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、.11產(chǎn)品概況 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(- 纖維素,包括棉短絨或木槳粕) 經(jīng)過堿化、醚化反響而生成的一系列產(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(HPMC) 、乙基纖維素( EC) 、羥乙基纖維素(HEC) 、羥丙基纖維素(HPC) 等。 HPMC屬水溶性非離子型纖維素醚,是甲基纖維素(MC) 中局部甲氧基被羥丙氧基置換時(shí)得到的產(chǎn)物。 HPMC 為白色粉末,無味,無臭,無毒,在人體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。H

2、PMC 具有優(yōu)良的增稠、乳化、成膜、分散、保護(hù)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、化裝品、洗滌劑、瓷、油墨及化學(xué)聚合反響過程中。1生產(chǎn)工藝HPMC制造主要由棉絨堿處理、羥丙基化、甲基化等三個(gè)反響來完成的。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(jìn)各個(gè)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(jìn)展堿性處理，得到纖維素鈉鹽，在進(jìn)展羥丙基化和甲基化操作。最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(bào)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(bào)道。評價(jià)：HPMC性能的指標(biāo)是甲基取代度

3、，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(jìn)*些工藝路線，提高*些指標(biāo)水平而進(jìn)展的。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,再參加溶劑,醚化劑,在一定溫度、壓力下進(jìn)展醚化反響,反響終點(diǎn)以所需醚化度為準(zhǔn),然后經(jīng)中和洗滌、枯燥,粉碎等得成品。HPMC的生產(chǎn)采用氯甲烷和環(huán)氧丙烷作為醚化劑, 其化學(xué)反響方程是:Rcell - OH+ NaOH+ CH3Cl + CH2OCHCH3Rcell - 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，即使羥丙基化反響和甲基化反響同時(shí)進(jìn)展

4、，這是早期采用的方法，仍然是現(xiàn)在制備HPMC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(jìn)展，這樣得到的產(chǎn)品*些指標(biāo)較好。1.1一步醚化法實(shí)例1：粉末狀棉絨與50%氫氧化鈉水溶液在60時(shí)混合，在反響器壓力為2.2610-4MPa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。再次參加50%氫氧化鈉溶液，并混合之。繼續(xù)通入氯丙烷，在80反映1h。反響產(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%。在反響中，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(shí)例2：將粉末狀纖維素，50%氫

5、氧化鈉水溶液，氧化丙烯和氯甲烷依次參加反響器，在80保持30min，壓力維持在2.07MPa.反響產(chǎn)物HPMC,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(shí)例3：將50%氫氧化鈉水溶液噴灑在棉絨上，并加熱到85，參加氧化丙烯、氯甲烷，繼續(xù)加熱，直到反響完全。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。在反響中，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(shí)例4：首先使纖維素粉末與氧化丙烯在氮?dú)饬髦蟹从?h,反響溫度為3060。然后再用氯甲烷處理5h,反響溫度為3580。得到羥丙基取代度

6、為23.5%的羥丙基甲基纖維素實(shí)例5：先使堿性纖維素粉末與氧化丙烯在鹵代烴存在時(shí)發(fā)生反響，然后再在氫氧化鈉存在下，與氯甲烷反響得到羥丙基甲基纖維素。該反響中，氧化丙烯與氯甲烷的轉(zhuǎn)化率分別是42.6%與41.0%。生產(chǎn)HPMC 的關(guān)鍵設(shè)備是反響器、枯燥器、造粒機(jī)、粉碎機(jī)等。生產(chǎn)HPMC 的主要原材料是精制棉、氫氧化鈉、氯甲烷、環(huán)氧丙烷等。消耗定額見下表。表3原材料消耗定額一覽表名稱規(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. 25t2性質(zhì) 水溶性：HPMC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(shí)，

7、能溶于強(qiáng)堿、無熱力學(xué)膠凝點(diǎn)。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(shí)，則能溶于水，并且還能溶于鹵代烴。如果將高碘酸參加HPMC時(shí)，則HPMC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(shí)驗(yàn)說明，HPMC毒性甚微。HPMC按羥丙基取代度的大小，可分為高取代度H-HPMC,中取代度(M-HPMC)與低取代度(L-HPMC).經(jīng)對這三類HPMC的急性毒性試驗(yàn)說明，老鼠口服劑量為0.5、1.5、10g/kg時(shí)，結(jié)果證明，低用量時(shí)，無副作用，高用量時(shí)與未用HPMC喂養(yǎng)的老鼠，

8、增加體重略少一些，但其它生理功能正常。因此，美國聯(lián)邦政府食品、醫(yī)藥、化裝品局允許將HPMC直接參加糖果中。經(jīng)粘度測定實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典光散射法、超高速離心實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，HPMC的特性與其分子中有一水合的隨機(jī)基因的構(gòu)造相符合。 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HPMC發(fā)生降解作用。這在環(huán)境保護(hù)方面，有重要意義。3應(yīng)用按HPMC在國民經(jīng)濟(jì)與生活的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，分別表達(dá)之。3.1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、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。處

9、方例1吡氧噻嗪250份乙二胺四乙酸鈉鹽5份磷酸氫二鈉500份氫化苯甲酰胺10份 氯化鈉2，500份 HPMC300份處方例2含解酸劑的口服劑含鎂硅酸鹽鋁酸鹽3份甘氨酸0.9份HPMC0.1份蔗糖9.0份苯甲酸鈉0.05份食用香料假設(shè)干上述配比，加水配成100ml溶液。處方例3 (含葵烯醌的藥物，在水中具有很好的分散劑)HPMC: 葵烯醌0.05：1HPMC還可用于VB1鹽的顆粒制造中，作為粘合劑參加。崩解劑：在不溶性甾族藥物中，參加HPMC,可以較快地釋放甾族物質(zhì)，增加其生物活性，減少用藥量，保證人體血液中所需的甾族物質(zhì)的濃度，到達(dá)治療目的。藥物的包衣：處方例1：溴麥角環(huán)肽多巴胺拮抗劑甲磺酸溴

10、麥角環(huán)肽5.735份乳糖184份甘油三棕櫚酯20份HPMC60份其它在人造血漿、人造唾液、繃帶中均能應(yīng)用3.2在建筑行業(yè)中的應(yīng)用用作瓷瓦的粘合劑HPMC0.3份珍珠巖19.1份脂肪酰胺與環(huán)狀硫代物2.0份 粘土95.4份硅石調(diào)料22 420份水450.4份用在無機(jī)磚、瓦、石或水泥粘接的水泥中HPMC(分散度為1.3)0.3份卡特蘭水泥100份二氧化硅砂50份水50份用在瓷硅瓦與混凝土板面粘合水泥的添加劑時(shí)：水泥100份砂200份HPMC0.5份葡萄糖酸鈣0.2份水50份還可用作高強(qiáng)度水泥建筑材料添加劑:卡特蘭水泥100份石棉5份聚乙烯醇綹維1份硅酸鈣15份粘土0.5份水32份HPMC0.8份用

11、作墻紙粘合劑將6gHPMC溶于500g水中，配成溶液，然后將174gHPMC與1，321g甲醇混合配成溶液，最后將與混合，即得粘合劑，粘度20為32PaS，能在80g/紙上涂上5g固體/。用作電器元件粘合劑HPMC可用于粘結(jié)Ni電極柵極，該柵極對于粘合劑涂層有良好的粘合性。羰基鎳10份MC甲基纖維素0.3份HPMC0.3份水14份3.3在涂料工業(yè)中的應(yīng)用 HPMC可作為掩蔽劑涂在電學(xué)裝置上，也可添加在聚醚膜層中，該膜層可增加聚醚織布印花的熱傳遞效率；它還能作為鋼鐵涂料組份，隨后用硅酸鹽處理，可以防止腐蝕；它用于氟樹脂涂料的配方如下：HPMC甲基取代度22%，羥丙基取代度8%，粘度100cP6份

12、聚乙烯乙二醇二硬酸酯HLB16.012份十二烷基磺酸鈉3份醋酸鈉1份 醋酸1份 水412份 過硫酸銨0.5份 乙烯/乙烯基乙酸400份該方法粘度為4，600cP，假設(shè)不用HPMC，僅為800cP，使該涂層有較好的抗流掛能力。用于PVC的涂料組份硅膠L-1(15m)1.0份Snowte*-20L (45m)1.0份HPMC1.0份水80份乙醇20份該涂料具有較強(qiáng)的粘結(jié)性、透明，具有較好的防霧性能。3.4在食品工業(yè)中的應(yīng)用 在食品中使用水溶性高分子，可以賦予其*些功能，改善其性質(zhì)。它在食品中宜作為穩(wěn)定劑、粘合劑、增稠劑、成膜劑。 干食品的快速再水化：將24gHPMC在加熱下溶于1，000g水中，再參加200g脫水并粉碎過的洋蔥，5min后，可再水化將全部水吸收。 用作食品面膜：可防止食品中的水分揮發(fā)，并抵抗微生物對食品的侵害，防止食品腐敗變質(zhì)，保持食品的外觀與新鮮。 用作食品的粘合劑與穩(wěn)定劑：HPMC參加食品，能使食品造型優(yōu)美，防止食品香味的散失，提高食品質(zhì)量。3.5