羟丙基甲基纤维素的发展现状与应用前景

泰山医学院毕业设计（论文）题目羟丙基甲基纤维素的发展现状与应用前景院（部）系所学专业化学工程与工艺年级、班级完成人姓名指导教师姓名专业技术职称论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业班级签名年月日摘要羟丙基甲基纤维素，也叫做羟丙甲纤维素、纤维素羟丙基甲基醚，是选用高度纯净的棉纤维素作为原料，在碱性条件下经专门醚化而制得的。羟丙甲基纤维素的最主要用途体现在建筑业、陶瓷制造业、涂料业、油墨印刷、塑料、医药等行业，这一产品还广泛用于皮革、纸制品业、果蔬保鲜和纺织业等。本文通过对羟丙甲基的合成方法、溶解方法、测定方法的介绍来阐述羟丙甲基纤维素，再通过对羟丙甲基的用途以及发展现状来介绍其应用前景。关键词羟丙甲基纤维素；用途；发展现状；应用前景ABSTRACTHYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSE,ALSOKNOWNASHYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSE,HYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSEETHER，ISHIGHLYPURECOTTONCELLULOSEASRAWMATERIALS,UNDERTHECONDITIONOFALKALINESPECIALLYMADEBYETHERIFICATIONREFLECTEDINTHEMAINPURPOSEOFHYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSEDUETOCONSTRUCTION,CERAMICMANUFACTURING,PRINTINGINK,PLASTICS,PHARMACEUTICALANDOTHERINDUSTRIES,THEPRODUCTISWIDELYUSEDINLEATHER,PAPERPRODUCTS,FRESHKEEPING,ANDTEXTILEINDUSTRYETCTHISARTICLETHROUGHTOTHESYNTHESISOFHYDROXYPROPYLMETHYL,DISSOLVINGMETHOD,THEMEASURINGMETHODISINTRODUCEDTOILLUSTRATETHEHYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSE,AGAINTHROUGHTHEUSEOFHYDROXYPROPYLMETHYLANDDEVELOPMENTPRESENTSITUATIONTOINTRODUCEITSAPPLICATIONPROSPECTKEYWORDHYDROXYPROPYLMETHYLCELLULOSE,USE,CURRENTSITUATIONOFTHEDEVELOPMENT,APPLICATIONPROSPECT目录前言1第一章文献综述21羟丙甲基纤维素的概述22羟丙甲基的理化性质221物理性质222化学性质323溶解方法43羟丙甲基的主要用途4第二章研究内容61羟丙甲基的合成方法611生产工艺6第三章基础指标101、质量标准102安全性能113、应用领域1131各个领域的应用12化学工业12化妆品业12食品工业12医药工业12器窑行业12其它行业13第四章技术前景141公司简介142实习感悟14参考文献15致谢16前言近年来，伴随着我国工业的飞速发展，非离子型纤维素醚类羟丙基甲基纤维素（HPMC）、甲基纤维素（MC）产品得到广泛应用，应用领域不断扩大，市场应用量不断增加。2000年我国HPMC和MC消费量5000吨，其中1000吨有国内厂家生产，每年进口4000吨HPMC。今几年，由于HPMC产品在建筑、涂料、医药、化工等领域得到广泛使用，2005年我国HPMC消费量猛增至15万吨。高档HPMC仍依赖进口，进口量约为05万吨。目前，国内共有10余家企业生产HPMC，生产能力在5005000吨，与国外先进水平相比，国内HPMC厂家不仅规模小，而且生产工艺设备较落后，较高档次、有特殊功能的产品国内尚不能生产。本项目采用的设备工艺与羟甲基纤维素钠生产设备工艺可以通用，因此，本项目可以建成多功能生产线，可大大降低投资风险。本项目投资少，收益高，在价格、技术、质量上将会占有强大的优势。第一章文献综述1羟丙甲基纤维素的概述最近几年来，随着我国工业的一步步飞速发展，非离子型纤维素醚类羟丙基甲基纤维素（HPMC）、甲基纤维素（MC）产品已经得到广泛应用，并且应用领域也在扩大，应用市场不断增加。2000年我国HPMC和MC消费量为5000吨，这里边有1000吨是由国内厂家生产，每年进口4000吨HPMC。最近几年，由于HPMC产品在建筑、涂料、医药、化工等领域得到广泛使用，2005年我国HPMC消费量猛增至15万吨。高档HPMC还是依赖进口，进口量约为05万吨。在这以后的生产经营过程中，根据国内外市场的供应与需求的形势，需要积极拓宽产品的营销范围，根据销售市场的一次次扩大，需要相应提高其生产能力，同时，还要适时的研发符合市场需求的新产品，如HPMC的生产，来满足不同市场应用领域的需要。2羟丙甲基的理化性质21物理性质它是一种能溶于水和大多数极性C以及适当比例的乙醇/水、丙醇/水、二氯乙烷等物质的产品，但是它在乙醚、丙酮、无水乙醇中不溶解，能在冷水中溶胀成澄清或微浊的胶体溶液。它的水溶液具有表面活性，透明度较高、性能还算比较稳定。HPMC还具有热凝胶的性质，它的水溶液经过能够形成凝胶稀释出来，遇冷后又会溶解，不同规格的产品凝胶温度是不同的。溶解度随粘度而变化，粘度越低，溶解度越大。不同规格的HPMC它们的性质自然也是有一定差异的，PH值对HPMC在水中的溶解没有影响。颗粒度100目通过率大于985。堆密度025070G/通常04G/左右，比重126131。变色温度180200，炭化温度280300。甲氧基值190一300，羟丙基值为412。黏度22，25200000MPAS。凝胶温度0250一90。HPMC还具有增稠能力，排盐性、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。22化学性质外观它是白色或类白色粉末状。颗粒度；100目通过率大于985；80目通过率100。特殊规格的粒径4060目。炭化温度280300图11羟丙基甲基纤维素的外观及分子式羟丙基甲基纤维素25070G/CM通常在05G/CM左右，比126131。变色温度190200表面张力2水溶液为4256DYN/CM溶解性能它能溶于水和部分溶剂，比如说适当比例的乙醇/水、丙醇/水等。它的水液具有表面活性，而且透明度高，性能也比较稳定，不同规格的产品凝胶温度不同，溶解度随粘度而变化，粘度愈低，溶解度愈大，不同规格HPMC其性能有一定差异，PH值对HPMC在水中的溶解度没有影响。HPMC随甲氧基含量减少、凝胶点升高、水溶解度下降，表面活性也下降。HPMC还具有增稠能力，耐盐性低灰粉、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性、以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。23溶解方法所有型号都能够采用干混法加入到物料中；需要直接加到常温的水溶液中时，最好使用冷水分散型，加进去之后后一般在1090分钟才能实现增稠；普通型号要先用热水搅拌使其分散，再用冷水搅拌即可溶解；溶解时如果出现结块现象，这是是因为搅拌不充分或普通型号直接加入到冷水中的原因，这个时候应加快搅拌。溶解时如果产生气泡，要放置212小时具体时间由溶液稠度决定或用抽真空、加压等方法来去除，也可以加入适量的消泡剂。3羟丙甲基的主要用途在干粉砂浆产品中，甲基纤维素醚是一种不可或缺的加入物质，它能够最大限度的增加砂浆的保水能力，使其其流动性和施工性得到改善，使其初期强度得到提高而且还能避免开裂，在高吸水性基层和高温施工中它的表现尤为突出。在掺有一定量可在分散乳胶粉的前提下，水泥砂浆抗折、抗压、拉伸粘结强度的影响规律都受纤维素醚的影响，通过压汞法测试孔结构，来分析水泥砂浆孔隙率及孔径分布受MC引入产生的影响。结果表明，掺有纤维素醚的水泥砂浆拉伸粘结强度有一定提高；掺甲基纤维素醚后，水泥砂浆抗折、抗压强度均有所降低，掺量越大，强度越低掺羟丙基甲基纤维素醚后，随着掺量增加，水泥砂浆抗折强度先增大后减小，抗压强度逐渐减小，最终确定一个最佳掺量是在0103水泥砂浆中掺了MC后，孔分布面积增大，小孔数量增多，大孔数量减少，平均孔径减小。下面介绍羟丙甲基在各个行业的用途。建筑业HPMC被称为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂。在抹灰浆、石膏料、腻子粉或其他的建材它都作为一种黏合剂，用来提高涂抹性和延长能够操纵的时间。它被用来粘贴瓷砖、大理石、塑料装饰，粘贴增强剂，还能够减少水泥用量。HPMC的保水性能使浆料在涂抹后不会因干得太快而龟裂，增强硬化后强度。陶瓷制造业在陶瓷产品制造中被大量用作黏合剂。涂料业在涂料业中被作为一种增稠剂、分散剂和稳定剂，在水或有机溶剂中都具有良好相溶性，作为脱漆剂使用。油墨印刷在油墨业被用作增稠剂、分散剂和稳定剂，在水或有机溶剂中都具有良好相溶性。塑料用作成形脱模剂、软化剂、润滑剂等。聚氯乙烯聚氯乙烯生产中被用作做分散剂，系悬浮聚合制备PVC的主要助剂。其它本品还广泛用于皮革、纸制品业、果蔬保鲜和纺织业等。医药行业包衣材料、膜材、缓释制剂的控速聚合物材料、稳定剂、助悬剂、片剂黏合剂、增黏剂。第二章研究内容1羟丙甲基的合成方法11生产工艺HPMC制造是由棉绒碱处理、羟丙基化、甲基化等三个反应来完成的。近年来出现的各种技术方只是在完善与改进各个单元操作方面比较集中。通常都用棉绒作为原料，用50的氢氧化钠水溶液来进行碱处理，得到纤维素钠盐，再进行羟丙基化和甲基化操作。近期常用的羟丙基化试剂是氧化丙烯，而在70年代也有用过丙醇作羟丙基化试剂。甲基化试剂通常采用的是采用氯甲烷，之前也有用溴甲烷、硫酸二甲酯的报道。评价HPMC性能的指标是用甲基取代度，醚化效率，聚合度，粘度等来表征。各种新工艺方法的出现，都是围绕着改进一些工艺路线，使某些指标水平提高来进行的。纤维素醚类生产工艺有一定的共性，即用精制棉或木浆经过液体烧碱浸渍，压榨除去多余的碱液，得到碱纤维素，再加入溶剂，醚化剂，在一定温度、压力下发生醚化反应，反应终点以需要的醚化度为准，然后经中和洗涤、干燥，粉碎等得成品。HPMC的生产采用氯甲烷和环氧丙烷作为醚化剂，化学反应方程是RCELLOHNAOHCH3CLCH2OCHCH3RCELLOCH2OHCHCH3NACLH2O此工艺大体上可分为两大类，一类是一步醚化法，也就是让羟丙基化反应和甲基化反应同时进行，这是最早采用的方法，但是也是现在制备HPMC的重要方法。另一类是分步醚化法，是将羟丙基化操作和甲基化操作分开进行，这样得到的产品某些指标较好。111一步醚化法实例1在60时将粉末状的棉绒和50氢氧化钠水溶液混合，使反应器压力在226104MPA状态下，连续通入环氧丙烯，通过组成为52甲醚，43氯甲烷与5环氧丙烷混合气体。再次加入50氢氧化钠溶液混合。继续通入氯丙烷，在80温度下反映1H。最终羟丙基甲基纤维素的甲基取代度为202，羟丙基取代度为254，不溶物005。反应过程中，氯甲烷的转化率为538，环丙甲烷的转化率为426。实例2在80，压力维持在207MPA时，将粉末状纤维素，50氢氧化钠水溶液，氧化丙烯和氯甲烷依次加入反应器反应30MIN，产物HPMC，具有甲基取代度为275，羟丙基取代度为65，粘度为14，000CP2水溶液。实例3在棉绒上喷洒50氢氧化钠水溶液，并加热到85，加入氧化丙烯、氯甲烷，继续加热，一直到反应结束。反应完成后可得含有甲基取代度为170，羟丙基取代度为248。反应过程中，甲基转化率为378，氧化丙烯转化率为112分步醚化法实例4在温度为3060下，让纤维素粉末与氧化丙烯在氮气流中反映3H，再在3580下用氯甲烷处理5H。最终得到羟丙基取代度为235。实例5让碱性纤维素粉末和氧化丙烯在卤代烃中存在时发生一种反应，然后再在氢氧化钠存在下，让其与氯甲烷反应得到羟丙基甲基纤维素。这一反应过程中，氧化丙烯与氯甲烷的转化率分别是426与410。生产HPMC的主要设备是反应器、干燥器、造粒机、粉碎机等。生产HPMC的原材料是精制棉、氢氧化钠、氯甲烷、环氧丙烷等。消耗定额见下表。表21原材料消耗定额一览表名称规格单耗（吨/产品）精制棉含水6093T氢氧化钠50115T氯化钾99075T环氧丙烷99025T12羟丙甲基的测定方法121名称羟丙甲纤维素羟丙氧基的测定羟丙氧基测定法应用范围本方法采用羟丙氧基测定法来测定羟丙甲纤维素中羟丙氧基的含量。本方法适用于羟丙甲纤维素。122方法原理试用品照羟丙氧基测定法，计算羟丙氧基的含量。123试剂氢氧化钠滴定液002MOL/L30G/G三氧化铬溶液酚酞指示液碳酸氢稀硫酸碘化钾硫代硫酸钠滴定液002MOL/L淀粉指示液124仪器设备及测定方法试样制备氢氧化钠滴定液002MOL/L配制取56ML澄清的氢氧化钠饱和溶液，加1000ML刚沸腾过的冷水。标定取在105中干燥至重量不变的基准邻苯二甲酸氢钾约6G，加刚沸腾过的冷水50ML，摇晃，使尽快混合；加2滴酚酞指示液，用本液滴定，在接近终点时，应使邻苯二甲酸氢钾完全溶解，一直滴定至溶液显粉红色为止。2042MG的邻苯二甲酸氢钾相当于1ML氢氧化钠滴定液1MOL/L。根据溶液的消耗量与邻苯二甲酸氢钾的用量，算出本溶液的浓度。稀释5倍后，使浓度成002MOL/L。贮藏使其于聚乙烯塑料瓶中，密封保存；塞中有两个孔，孔内各插入玻璃管1支，1管与钠石灰管相连，1管供吸出本液使用。酚酞指示液称取酚酞1G，加100ML乙醇溶解硫代硫酸钠滴定液002MOL/L配制取无水碳酸钠020G和硫代硫酸钠26G，加入适量刚沸腾过的冷水使溶解成1000ML，摇匀，放置1个月后过滤。标定取015G在120干燥至重量不变的重铬酸钾，精密称定，放置碘瓶中，加水50ML溶解，加20G碘化钾，轻轻摇晃使其溶解，加40ML稀硫酸，摇匀，密塞；放置在暗处10分钟，加250ML水进行稀释，用本液滴定至近终点时，加3ML淀粉指示液，继续滴定至蓝色消失而显亮绿色，并将滴定的结果用空白试验校正。4903G的重铬酸钾相当于1ML硫代硫酸钠（01MOL/L）。根据本液的消耗量与重铬酸钾的使用量，算出本液的浓度。定量稀释5倍，使浓度成002MOL/L。室温在25以上是，应将反应液及稀释用水降温至约20。淀粉指示液取可溶性淀粉05G，加水5ML搅匀后，缓缓倾入100ML沸水中，随加随搅拌，继续煮沸2分钟，放冷，倾出上清液，即得。本液应临用新制。操作步骤取01G本品，精密称定，放置蒸馏瓶D中，加10ML30G/G三氯化镉溶液。在蒸汽发生管B中装入水至接头处，连接蒸馏装置。将B与D浸入油浴中，使油浴液面和D瓶中三氯化镉溶液液面相平，开启冷却水，必要时通入氮气流并控制其流速为每秒钟1个气泡。在30分钟内将油浴升温155，并维持此温度一直收集蒸馏液够50ML，然后将冷凝管从分馏柱上取下，用水冲洗，洗涤并倒入收集液中加3滴酚酞指示液，用滴定至PH值为6971用酸度计测定，记下消耗的容积V1ML，然后加05G碳酸氢钠与10ML稀硫酸，静置至不再产生二氧化碳为止，加10G碘化钾，密塞，摇匀，在暗处放置5分钟，加1ML淀粉指示液，用硫代硫酸钠滴定液002MOL/L滴定至终点，记下消耗的容积V2ML。另外作一空白试验，分别记下消耗的氢氧化钠滴定液002MOL/L与硫代硫酸钠滴定液002MOL/L的容积VA与VBML。计算羟丙氧基含量。注“精密称取“系指称取重量应准确至所称取重量的千分之一。13溶解方法所有型号都可以使用干燥混合法加入到物料中；需要直接要加入到常温水溶液中时，最好采用冷水分散型，加入后一般在1090分钟才能增稠；普通型号先用热水搅拌分散后，加入冷水搅拌冷却后即可溶解；溶解时如果出现结块现象，是因为没有充分搅拌或普通型号直接加入到冷水中的原因，此时应快速搅拌。溶解时如果产生气泡，可以静置212小时具体时间由溶液稠度决定或抽真空、加压等方法去除，也可以加入适量的消泡剂。第三章基础指标1质量标准质量标准见表31、表32、33表31羟甲基纤维素质量标准一览表型号/指标甲氧基羟丙基凝胶温度/干燥失重残渣PH值HTE2803007012058645104080HTF270300407562685104080HTK190240401207090510408032羟丙基甲基纤维素粘度指标型号低粘度MPAS中粘度MPASHTE501004004，0006，00015，000HTF4004，0008，0002，0004，0006，00015，000HTK4004，0008，0002，0004，0006，00015，000HTJ4004，0008，0002，0004，0006，00015，00033高粘度指标型号高粘度MPASHTE40，00060，00080，000100，000150，000200，000HTF40，00060，00080，000100，000150，000200，000HTK40，00060，00080，000100，000150，000200，000HTJ40，00060，00080，000100，000150，000200，000注以上规格均有冷水分散型延时溶解，如HTK80000S，S代表该型号为冷水分散型2安全性能健康危害这一产品安全无毒，可以作为食品添加剂，没有热量，对皮肤、黏膜接触没有刺激。一般认为是安全的，每天允许的摄入量为25MG/KG，操作时应佩戴防护用品。环境影响不要向空中抛撒使粉尘飞扬造成空气污染。物理及化学性危害避免与火接触，在密闭环境中应避免形成大量的粉尘，防止爆炸性危害。运储事项注意防晒防雨防潮，避免直接接触光照，密封于干燥处存放。安全术语S24/25AVOIDCONTACTWITHSKINANDEYES避免与皮肤和眼睛接触。3应用领域综述国内外羟丙基甲基纤维素HPMC生产技术、应用技术与市场发展的现状。目前欧美等发达国家大多采用的是气相法工艺生产HPMC，单批量高，反应时间短，劳动也比较强度小；国内生产以液相法工艺为主，反应器通常在15M3以下，劳动强度大，但对设备承压要求低，危险性小。欧美的HPMC市场已较为成熟，羧甲基纤维素CMC与HPMC消费量各占50；随着中国经济的不断发展和技术水平的不断提高，国内HPMC市场处于快速增长阶段，消费量也会逐步追平CMC。由于欧美生产HPMC较早，应用技术也比较丰富；国内HPMC应用技术起步不久，但随着城镇化进程的不断加快和人民生活水平的不断提高，建筑、食品和医药将是HPMC应用增长最快的领域。随着技术的发展和市场的拓宽，在未来10年内，国内将会出现像美国道化学公司和赫克力士公司一样的大企业或跨国公司，并带领国内各纤维素醚企业向前发展，形成百花齐放，百家争鸣的局面。31各个领域的应用化学工业氯乙烯、亚乙烯基的聚合作为聚合时悬安定剂，分散剂，可以同乙烯醇PVA羟丙基纤维素HPC并用，能控制粒形和粒子的分布。胶接剂作为墙纸的胶接剂，代替淀粉通常可以同醋酸乙烯乳胶涂料并用。农药添加于杀虫剂，除草剂中，能提高喷射时的粘附效果。胶乳提高沥青乳胶的乳化安定剂，丁苯橡胶SBR胶乳的增稠剂。粘结剂作为铅笔、蜡笔的成型粘合剂。化妆品业洗发剂提高洗发剂、洗濯剂、洗净剂的粘度和气泡的安定性。牙膏改善牙膏的流动性。食品工业柑橘罐头防止在保存中由于柑甙分解而泛白变质而达到保鲜作用。冷食果制品添加于果子露、冰中等中，使口感更好。调味汁作为调味汁、蕃茄酱的乳化安定剂或增稠剂。冷水涂复上光用于冷冻鱼贮藏，能防止变色，品质降低，用甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素水溶液涂复上光后，再冻上冰层。药片的粘合剂作为药片、药粒的成型粘合剂，粘合“同时崩溃性“服用时迅速溶化崩溃分散性良好。医药工业包复将包复剂制成有机溶剂的溶液或者水溶液给药片，特别是给制成的颗粒进行喷雾包复。缓下剂以每天23克，每次12G的投料量，于45天显出效果。眼药由于甲基纤维素水溶液的渗透压与眼泪相同，因此对眼睛刺激小，添加眼药中，作为接触眼球水晶体的润滑剂。胶冻剂作为胶冻状外用药或者软膏的基料。浸渍药作为增稠剂，保水剂。器窑行业电子材料作为陶瓷电密器，铁酸盐矾土磁器的压出成型的粘合剂，可以同12丙二醇并用。釉药用作陶瓷器的釉药及与瓷漆配合，能改善胶接性和加工性。耐火砂浆添加于耐火砖砂浆或者浇注型炉材中，能改善可塑性和保水性。其它行业纤维作为印染料浆糊用于颜料、硼土林染料、盐基性染料、纺织用染料，另外，在木棉的波纹加工中，可以同热硬化树脂并用。纸用于复写纸的皮面上胶和耐油加工等方面。皮革作为最后润滑或者一次性胶接剂使用。水性墨水添加于水基性墨水、墨汁中，作为增稠剂、成膜剂。烟草作为再生烟草的粘合剂。第四章技术前景1公司简介山东方达康纤维素有限公司位于山东省经济强县滨州市邹平县，是由济南方达康医药有限公司投资兴建，公司本着“高起点、高投入、高标准、高品质”的四高精神创办，并借用药品生产规范来指导纤维素的生产，保证了产品的质量。目前公司主导产品为羟丙基甲基纤维素，现生产有大众型和速溶型两种型号，能够供5万、10万、15万、20万和25万等级别的产品，自产品投向市场以来，得到了广大用户的一致认可，截止目前，无一质量投诉。2实习感悟在山东方达康纤维素有限公司实习这几个月，我学到了很多知识，我的导师吴秀勇老师对我帮助很大，由于我在单位实习，不能与吴老师一起天天在实验室交流，但是我们也没有断过联系，在整个实习阶段，无论我遇到什么问题，只要给吴老师打电话，吴老师都会耐心的帮我解答，他人很和蔼，对我们每一个学生也都很细心，也教会了我们很多关于纤维素方面的知识。我所实习的公司规模很小，所有的东西都是我自己去想去做，尽管最后的论文可能不是那么完美，但是这几个月的实习对我的影响很大，在这个过程中，我不仅学会了如何去处理遇到的困难，还在各个方面锻炼了自己。在此，我很感激我的指导老师吴老师以及那些曾教过我的老师，今后，我将带着老师们的希望一直努力参考文献1中国化工市场信息中心，水溶性纤维素醚发展趋向J中国话市场信