羥丙甲基纖維素的合成工藝的改進(jìn)研究

費(fèi) 玉 元

（浙江中維藥業(yè)有限公司， 浙江 湖州 31300）

羥丙甲基纖維素的合成工藝的改進(jìn)研究

費(fèi) 玉 元

（浙江中維藥業(yè)有限公司， 浙江 湖州 31300）

基于現(xiàn)有羥丙基甲基纖維素合成方法的研究，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)堿化和分步醚化方法，制得具有較高黏度的羥丙基甲基纖維素。該方法合成的羥丙基甲基纖維素（HPMC）具有在冷水中分散性能好、黏度高、增稠保水性能好的優(yōu)點(diǎn)，適合建筑用的膠水的生產(chǎn)，可用于砌墻、抹灰、粉刷、嵌縫等施工中，同時(shí)也適合用于干混凝砂漿。

羥丙基甲基纖維素；高黏度；氮?dú)獗Ｗo(hù)；分步醚化

羥丙基甲基纖維素，又名羥丙甲纖維素、纖維素羥丙基甲基醚，外觀(guān)為白色粉末，無(wú)色無(wú)味，是近年來(lái)產(chǎn)量、用量與質(zhì)量都在迅速提升的纖維素混合醚品種，是由高度純凈的棉纖維素經(jīng)堿化、醚化等過(guò)程制成的非離子型纖維素混合醚。HPMC具有良好的乳化、分散、增稠、粘結(jié)、保水和保膠性能，溶于水，以及大部分的極性溶劑中，其水溶液透明度高，穩(wěn)定性極佳。[1]HPMC 可廣泛用作醫(yī)藥制劑的薄膜包衣、緩釋劑和粘結(jié)劑，也可利用其增稠、分散、乳化成膜性能廣泛用于建筑業(yè)，陶瓷制造業(yè)，涂料業(yè)，油墨印刷，醫(yī)藥化妝品，食品等多個(gè)領(lǐng)域中。

HPMC分子結(jié)構(gòu)為[C6H7O2(OH)3-m-n(OCH3) (OCH2CHOHCH3)],如今市場(chǎng)上出現(xiàn)的HPMC多種多樣，性能上也是參差不齊，這正是由于合成工藝的不同，導(dǎo)致HPMC中甲氧基和羥丙基的含量不同所引起[2]。高黏度羥丙基甲基纖維素在冷水中分散性能好、黏度高、增稠保水性能好，適合建筑用的膠水的生產(chǎn)，可以用于砌墻、抹灰、粉刷、嵌縫等施工中，同時(shí)也適合用于干混凝砂漿?，F(xiàn)有技術(shù)中，高黏度羥丙基甲基纖維素的生產(chǎn)大都采取大批量半連續(xù)式（瀘州北方）工藝路線(xiàn)，其缺點(diǎn)是：工藝設(shè)備大，更換品種不靈活，反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且反應(yīng)控制的自動(dòng)化程度低因而控制的精確度也相對(duì)較低。

本文對(duì)已有的羥丙基甲基纖維素的合成方法進(jìn)行研究改進(jìn)，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)堿化和分步醚化方法，制得具有較高黏度的羥丙基甲基纖維素

1 實(shí)驗(yàn)部分

將100 g精制棉，用粉碎機(jī)將其粉碎成為0.2～0.4 mm細(xì)料。將反應(yīng)器抽真空再使用氮?dú)猱a(chǎn)生裝置壓入氮?dú)鈦?lái)置換空氣后，將氫氧化鈉溶液（其中含80 g氫氧化鈉）同1 180 g的二元有機(jī)溶劑（由質(zhì)量比為5∶1的甲苯和異丙醇組成）先加入反應(yīng)器中，再向反應(yīng)器中投入粉碎了的精制棉細(xì)料進(jìn)行堿化處理得到堿纖維素。

將500 g的甲苯預(yù)先投放在醚化器中，將堿纖維素由泵送入醚化器，并加入100 g的異丙醇。再向醚化器中依次加入150 g氯甲烷和25 g環(huán)氧丙烷，并在40 ℃醚化反應(yīng)50 min，再在70～90 ℃醚化反應(yīng)60 min，得到HPMC粗產(chǎn)品[3]。

向HPMC粗產(chǎn)品中加入乙二醛作為交聯(lián)劑使粗產(chǎn)品暫時(shí)變成非水溶性的，然后送入密封真空帶式過(guò)濾機(jī)用冷水洗滌過(guò)濾，以脫除反應(yīng)過(guò)程中的殘余溶劑；再用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為7并干燥，以解除交聯(lián)并脫除交聯(lián)劑，得到濕產(chǎn)品。濕產(chǎn)品進(jìn)入成品粉碎機(jī)，邊粉碎邊脫除殘余水分，得到的高黏度HPMC成品進(jìn)入自動(dòng)包裝系統(tǒng)，完成粒度分級(jí)、混合和包裝。

2 結(jié)果與分析

將制得的HPMC成品作為HPMC樣品，并按照以下過(guò)程對(duì)其進(jìn)行透光度分析、黏度分析和保水率測(cè)試，其測(cè)試過(guò)程和結(jié)果分析如下：

透光度分析：將HPMC樣品的1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水溶液倒入1 cm比色皿中，用UV-757CRT型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在580 nm下測(cè)試其透光率[4]。分三次測(cè)試并取平均值，得HPMC樣品的透光率為93.7%。（70 ℃下），見(jiàn)表1。

黏度分析：稱(chēng)取高溫干燥后的 HPMC樣品2.5 g，放于250 mL燒杯中，再在燒杯內(nèi)加入100 mL的80 ℃的熱水，溶脹10 min，然后將燒杯放入或冰水中，充分?jǐn)嚢?，使HPMC樣品溶解后加水稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液。將燒杯放入20 ℃恒溫下水浴1 h，取出，手動(dòng)攪拌10 s，用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)其黏度[1]。

在25 ℃條件下，分3次用NDJ-1型黏度計(jì)測(cè)試HPMC 1%（質(zhì)量百分比）水溶液黏度，取平均值，得HPMC樣品的1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水溶液的黏度為1.75×104mPa·s。

保水率測(cè)試：參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3183-2003t3l中保水率的測(cè)試方法：分別稱(chēng)取0.15 g HPMC樣品，0.15 g檸檬酸和100 g石膏粉，然后干混均勻。稱(chēng)取一定質(zhì)量的吸水紙，置于玻璃板上，并把環(huán)?？墼谖埳?大口向下)。將干混均勻的樣品置于燒杯中，加入80 mL水，靜置1.5 min，在燒杯中快速攪拌l min，倒入環(huán)模靜置3.5 min。用玻璃板扣住環(huán)?？冢従彽怪眠^(guò)來(lái)，取出吸水紙稱(chēng)其質(zhì)量，同時(shí)做不含HPMC的空白實(shí)驗(yàn)。然后按下式計(jì)算：

式中：α — 保水率,%；

x — 加HPMC樣品的水分損失量, g；

y — 空白試樣的水分損失量, g。

分3次對(duì)HPMC樣品進(jìn)行保水率測(cè)試，取平均值，得HPMC樣品的保水率為79.4%。

表1 不同醚化溫度對(duì)透光率，黏度和保水率的影響Table 1 The viscosity，water retention and light transmittance at different temperature

3 結(jié) 論

本改進(jìn)工藝采用氮?dú)獗Ｗo(hù)堿化和低、高溫分步醚化方法改進(jìn)了合成羥丙甲纖維素的工藝，從而制備具有較高黏度的羥丙基甲基纖維素。另一方面引入了密封真空帶式過(guò)濾機(jī)、成品粉碎機(jī)和自動(dòng)包裝系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)得到的HMPC粗產(chǎn)品進(jìn)行精制處理，采用密封真空帶式過(guò)濾機(jī)利于環(huán)境保護(hù)，交聯(lián)后可用冷水洗滌，大大地節(jié)約了熱能，交聯(lián)后如用熱水洗滌則可減少熱損失。本改進(jìn)的合成方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件容易實(shí)現(xiàn)、且反應(yīng)參數(shù)便于控制，自動(dòng)化程度高，還有效降低生產(chǎn)成本、并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

［1］趙明,王霞,徐原,邵自強(qiáng).高黏羥丙基甲基纖維素的黏度測(cè)試方法研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2010，18(1)：38-42．

［2］賈曉輝，沈青。羥丙基甲基纖維素的流變性質(zhì)及熱凝膠化行為[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2008，16(3)：48-53.

［3］龔增培．甲基纖維素及羥丙基甲基纖維素的工藝研究[J]. 塑料工業(yè)，2010，38(8)：10-14.

［4］趙明, 張有德, 邵自強(qiáng), 姚培源．羥丙基甲基纖維素與淀粉醚復(fù)配體系性能的研究[J]. 纖維素科學(xué)與技術(shù), 2011，19(2)：30-34．

Research on Improvement of Hydroxypropyl Methyl Cellulose Synthesis Process

FEI Yu-yuan
（Zhejiang Zhongwei Pharmaceutical Co., Ltd., Zhejiang Huzhou 313000，China）

Based on existing synthetic methods of hydroxypropyl methyl cellulose, by using nitrogen protection alkalization and step-by-step etherification method, high viscosity of hydroxypropyl methyl cellulose was prepared. The hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) produced with this method has good dispersion performance in cold water, high viscosity, thickening water performance, and is suitable for the production of construction glue, can be also used in laying bricks or stones wall, plaster, paint, sealing construction, and is also suitable for dry mortar.

Hydroxypropyl methyl cellulose; High viscosity; Nitrogen protection; Step-by-step etherification

TQ 028

A

1671-0460（2015）01-0051-02

2014-07-28

費(fèi)玉元（1967-），浙江湖州人，高級(jí)工程師，研究方向：從事纖維素的研發(fā)工作。E-mail：fei855172@163.com。