Methylcellulose ist ein allgemeiner Begriff für eine Art von Celluloseether, dessen primärer Substituent Methyl ist, einschließlich der Einzelether Methylcellulose (MC), Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC), Hydroxypropylmethylcellulose Cellulosemischether wie Hydroxybutylmethylcellulose (HPMC), Hydroxybutylmethylcellulose (HBMC), Ethylmethylcellulose (EMC) und Carboxymethylmethylcellulose (CMMC) haben alle ähnliche Eigenschaften wie MC, d. h. sie gelieren in Wasser bei Temperaturen unter 100 °C.
Die Geltemperatur von wasserlöslicher MC nimmt mit zunehmendem DS ab. Eine typische MC (DS=1,8) bildet ein Gel bei 54-56°C. Aufgrund der ungleichmäßigen Substitution enthalten MC-Lösungen in der Regel unlösliche kolloidale Partikel oder Faserfäden. Um ein Produkt mit einem höheren DS-Wert, einer hohen Geliertemperatur und einer klaren Lösung zu erhalten, kann eine spezielle Alkalisierung mit NaOH-Cu(Ⅱ)-Komplex oder Trimethylbenzylammoniumhydroxid als Alkalisierungsreagenz durchgeführt werden. Diese Reagenzien lassen die Alkalizellulose vollständig aufquellen, was die Zugänglichkeit der Zellulosemakromoleküle während der Veretherung erheblich verbessert. Diese Technologie wurde jedoch aus technischen und finanziellen Gründen noch nicht industriell eingesetzt.
Die Substitution durch gemischte Gruppen ist die wirksamste Methode zur Verbesserung der Produktlöslichkeit und der Geltemperatur. Durch Anpassung des Verhältnisses von Methyl- und Zweitsubstituenten lassen sich viele Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen. Die wichtigsten und gebräuchlichsten dieser Mischether sind Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) und Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC). Es handelt sich dabei um Mischether, die durch Einführung von Hydroxyalkylgruppen an Alkalizellulose mit Propylen- oder Ethylenoxid hergestellt werden. Es gibt viele verschiedene Arten von HPMC, und die Substitutionsgruppen haben eine große Bandbreite: der DS-Wert der Methylgruppe beträgt 1,3 bis 2,2, und der MS-Wert der Hydroxypropylgruppe liegt bei 0,1 bis 0,8. HEMC wird hauptsächlich in Europa hergestellt. Der DS-Wert der Methylgruppe beträgt 1,5 bis 2,0, und der MS-Wert der Hydroxyethylgruppe liegt bei 0,02 bis 0,3. Hydroxybutylmethylcellulose (HBMC) wird durch Hydroxymethylierung mit Butylenoxid gewonnen. Der DS von Hydroxybutyl beträgt 0,04~0,1. Bei allgemeiner Methylierung (DS=1,8~2,2) ist HBMC ein öllöslicher Ether. Ein weiteres Produkt im Vereinigten Königreich ist wasserlösliche Ethylmethylcellulose (EMC) mit einem DS von 0,9 für die Methylgruppe und 0,4 für die Ethylgruppe. Darüber hinaus hat Carboxymethylmethylcellulose (CMMC) schwache anionische Polyelektrolyteigenschaften.
Selbst wenn der Substitutionsgrad nach der sekundären Substitution gering ist, ist die resultierende Methylcellulose-Mischetherlösung einfacher und transparenter als die MC-Lösung; die Geliertemperatur steigt, insbesondere wenn hydrophile Carboxymethyl- oder Hydroxyethylgruppen eingeführt werden. Im Allgemeinen ist eine Geliertemperatur von mehr als 95 °C nicht wünschenswert, da eine zu hohe Temperatur die Entfernung des Restsalzes im System durch Waschen mit heißem Wasser erschwert.
Die Herstellung von Methylcellulose und ihren Mischethern erfordert große Mengen an Alkali. Um wasserlösliche Ether zu erhalten, sollte das Verhältnis von NaOH zu Anhydroglukoseeinheiten 3 zu 4 und der DS der Methylgruppe 1,4 zu 2,0 betragen. Die Viskosität des Materials wird durch die Kontrolle der Sauerstoffkonzentration während der Alkalisierung (Alterung) eingestellt. Ein Überschuss an Methylchlorid (abhängig von der Menge der Base) wandelt das gesamte NaOH in NaCl um. Das Produkt ist nahezu neutral und erfordert nur eine geringe oder gar keine Säureneutralisation. Methanol und Dimethylether entstehen als Nebenprodukte bei der Reaktion von Methylchlorid mit Wasser. Die wichtigsten Prozesse sind die folgenden
（1）Gasförmiges Methylierungsverfahren
Alkalizellulose und ein Teil des Methylchlorids werden in einem korrosionsbeständigen Druckbehälter mit effizienter Durchmischung auf 50°C erhitzt, um die Methylierung einzuleiten. Durch mäßige Wärmezufuhr (Heizen oder Kühlen) kann die Temperatur der exothermen Veretherungsreaktion über mehrere Stunden auf 60 bis 100 °C gehalten werden.
Während des Produktionsprozesses verdampfen einige Reaktanten zusammen mit flüchtigen Nebenprodukten. Diese Stoffe sollten abgetrennt, kondensiert und bei Bedarf zurückgewonnen werden. Das zurückgewonnene Methylchlorid wird dann mit neuen Reaktanten rezykliert, um sicherzustellen, dass die Konzentration an gasförmigem Chlorid im Reaktionsgefäß konstant bleibt. Die Schaufeln und Wellen der von einigen Herstellern verwendeten Rührwerke sind hohl und porös, und die Reaktanten gelangen nach der Rückgewinnung direkt in das Reaktionssystem.
（2）Flüssigmethylierungsverfahren
Das kontinuierliche Verfahren mit flüssigem Methylchlorid benötigt eine Reaktionszeit von weniger als 1 Stunde. Dieses Verfahren wird mit einer großen Anzahl von Reaktionsreagenzien durchgeführt. Alkalische Zellulose wird unter Druck aufgeschlämmt, und in einem beheizten Rohrreaktor wird die Aufschlämmung abgepumpt, um flüchtige Nebenprodukte und überschüssige Reaktanten zu verdampfen.
Andere Flüssigphasenverfahren und -technologien werden in Gegenwart einer großen Menge einer inerten organischen Flüssigkeit durchgeführt. Diese Methode kann den Reaktionsdruck verringern und den Wärmeaustausch fördern. Während der Reaktion ist eine geringe Menge an Alkali erforderlich, was die Bildung von Nebenprodukten verhindert.
Alle diese Verfahren sind für die Herstellung von Mischethern geeignet. Der zweite Reaktant kann vor oder nach dem Beginn der Methylierung zugegeben werden. Die beste Methode ist die schrittweise Zugabe des Veretherungsmittels und die stufenweise Kontrolle der Temperatur des Reaktionssystems.
NaCl und nichtflüchtige Nebenprodukte (z. B. Propylenglykol) werden durch Waschen mit heißem Wasser entfernt, und anschließend wird das Produkt in normalen Trocknungsanlagen getrocknet. MC-Produkte enthalten in der Regel weniger als 1 % NaCl, und hochreine Produkte enthalten weniger als 0,1 % NaCl. Produkte mit sehr niedriger Viskosität können durch Säurebehandlung erhalten werden, und Produkte mit kontrollierbarer Löslichkeit können durch Vernetzungsreaktion eingestellt werden.
