羟丙基甲基纤维素（Hydroxypropyl Methyl Cellulose， HPMC）是近年来产量、用量与质量都在迅速提升的纤维素混合醚品种，是由棉、木经碱化、环氧丙烷和氯甲烷醚化等过程制成的非离子型纤维素混合醚，HPMC分子结构为[C₆H₇O₂(OH)_3-m-n(OCH₃)_m(OCH₂CHOHCH₃)_n]_x。由于HPMC中甲氧基与羟丙基含量的比例不同和黏度不同、产品取代的均匀性不同，因而成为在性能上有差异的不同品种和不同档次的产品。HPMC具有良好的分散、乳化、增稠、黏结、保水和保胶性能，溶于水，也能溶于70%以下的乙醇、丙酮中，特殊结构的HPMC还可直接溶于乙醇。HPMC可广泛用作医药制剂的薄膜包衣、缓释剂和黏结剂，也可利用其增稠、分散、乳化成膜性能广泛用于石油化工、建筑材料、陶瓷、纺织、食品、日化、合成树脂、医药、涂料和电子等多个领域中^[1]。
由于综合性能优越、应用面广，羟丙基甲基纤维素HPMC已经在我国接近10万吨/年，且还在不断上升；由于生产企业间工艺与设备差异，性能与品质不尽相同不同，在应用过程中 HPMC行业又凸显出亟待规范与缺乏深入研究等问题。本文综述了国内羟丙基甲基纤维素生产厂家、生产技术、市场与应用技术发展现状和目前面临的行业发展瓶颈问题。
 
1 缺乏羟丙基甲基纤维素构效关系研究专有技术
HPMC的应用领域极其广泛，其应用效果与其性能有直接关系，而其性能又取决于HPMC的基本化学结构，虽然HPMC就是羟丙基甲基纤维素的总称，但由于原材料、配方和生产工艺的差异，就导致其理化指标（甲氧基取代度（DS）、羟丙氧基摩尔取代度（MS）、基团分布、产品的粘度、灰分、水分、透光率、凝胶温度、水不溶物、pH值、假比重与细度等）存在差异，致使各个企业的产品应用效果有差异，导致HPMC在应用过程中效果出现不稳定，对一些应用领域，如高分子聚合、医药及电子领域具有严重的负面影响。
目前国内大多数羟丙基甲基纤维素厂家对HPMC结构的测试方法比较陈旧，也不统一，如何准确快速测定HPMC取代基含量，一直受到关注。一直以来采用的化学滴定技术，测试耗时、繁琐，且人为因素多，国内企业象科宏、赫达、一滕、湖州展望及泸州北方等已采用了气相色谱技术进行基团含量的测试。实践证明，该方法准确省时方便重复性好。该测试方法在《中国干混砂浆纤维素醚质量标准》^[9]得到详细描述与标准化。
另外，对于研究纤维素醚的结构来说，测定DS和MS是远远不够的。几十年来，各国科学家们都在探索不同产品其取代基在葡萄糖单元2、3、6位及在整条聚合物链上的分布。
对于这方面的研究国外早已有报道。如Yasuyuki Tezuka等^[10~13]利用¹H-NMR和¹³C-NMR方法对HPMC和HPC结构进行了研究。由于这些纤维素醚不溶于常规的有机溶剂，所以采用先将其乙酰化，再用¹³C- NMR分析，通过分析乙酰化衍生物的结构来分析表征HPMC的结构。研究得出：在醚化反应的初始阶段，位于C2位的羟基基团与环氧丙烷的反应速度最快，而 C6位的羟基是逐渐地被消耗，直到其取代度达到与C2位在后来阶段的水平。C3羟基基团与环氧丙烷的反应速度最慢，即O-2>O-6>O- 3。另外，这种方法得到的也只是取代基在葡萄糖单元2，3，6位上的分布，取代基在高分子链上分布的信息无法获取。
高效液相色谱（HPLC）和凝胶液相色谱（GLC）都能分离和定量分析纤维素衍生物的水解产物^[14]。Brownell和Purves^[15]利用纸色谱仪法来分离水解产物。然而，这种方法下一些醚并不能得到很好分离，尤其是那些在同一位置带有不同数量氧乙烯基团的产物。Croon和 Lindberg^[16]利用水解产物在碳-塞里柱上分级流出方法将产物进行了很好的分离。低速率是得到很好的分离的前提，因此这种方法非常消耗时间。Lott和Brobst^[17]利用气液色谱分析羟乙基淀粉糖的水解产物。但是由于许多单体发生重叠，色谱图的解析非常困难。Olle Ramnas和Olof Samuelson^[18]等采用了一种分析非离子型纤维素醚的新方法。首先是将样品在硫酸中水解，再通过气液谱分离水解产物，然后在离子交换柱上进行组分的分离。最后通过质谱分析来研究水解产物各组分的量，得到取代基在C2、C3、C6位的取代。
1988年，Tanaka和Hillenkamp两组科学家分别提出使用基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）后才使得激光解析电离质谱（LDI-MS）应用于生物大分子的分析得到发展。MALDI-MS和 ESI-MS都是近年来研究最多，应用广泛的软电离技术。 MALDI通常与飞行时间质谱（TOF-MS）联用。激光解析技术，通过激光束与固体样品分子的作用使其产生分子离子和具有结构信息的碎片，可以用来研究结构复杂，不易气化的大分子。电喷雾质谱（ESI-MS）是一种使用强静电场的电离技术，上世纪80年代首次成功用于蛋白质的分析^[19]。近年来，不少国外研究者将这些技术也应用到了纤维素醚的结构分子中。
Adden等人^[20，21]将HPMC和HEMC 随机水解成聚合度（DP）1~5的低聚物，再经适当处理后，用MALDI-TOF-MS定量分析样品的甲基及羟烷基沿着聚合物链的分布。方法关键是样品的处理，以HPMC为例，样品在用质谱分析之前需要经过全氘甲基化（MeI-d3），部分酸解（三氟乙酸），还原胺化（n-丙胺），最后再完全甲基化（MeI）得到O-烷基，N-烷基化的低聚糖。过程如图3。
完全氘甲基化的原因：（1）保护自由羟基。因为自由羟基的极性与取代基的极性有很大区别。（2）阻止水解时副反应的发生。因为自由羟基的存在会促使副反应发生，这些副反应会使不同稳定性的糖苷键的差别减小，对后续的部分无规水解产生影响。另外，对样品进行氨基季铵化，信号强度可以提高10倍，使得谱图清晰，具有良好的信噪比。
随着各种软离子技术的和质谱联用技术的发展，MS成为研究生物大分子如蛋白质，核酸和多糖的结构，低聚糖序列，键结合位置等信息的强有力技术。但是，对于质谱中的碎片离子裂解机理还尚有许多不明之处，还需要科学家们进一步的研究探索。还有，质谱分析的样品前处理过程繁琐复杂，要求高，对现有的实验室条件是很大的挑战。

2 羟丙基甲基纤维素HPMC应用技术研究薄弱
HPMC的分子聚合度，与其原材料精制棉一样也是个平均值，且在碱化与醚化过程中，由于设备与物料形状、搅拌形式以及工艺过程的差异，使得产品具有极其明显的不均一性，作为一个典型的纤维素非离子型混合醚，其基团含量在不同的大分子链上、在每个葡萄糖环位置不同的C上，甲氧基、羟丙氧基的分布比例具有较大的分散性与随机性，使得产品的质量稳定性永远是难以保证的。同时，在相同理化指标下，产品均匀性决定其应用指标，而影响产品质量均匀性的最主要因素是生产单台设备性能、设备主题布局以及工艺条件等。生产过程每一个环节都对产品质量均匀性有影响，最重要的是碱化和醚化反应。产品理化指标的多样性、导致性能的多变性，研究性能对应用效果的影响以及应用过程的具体配方与工艺则是个系统工程。
由于羟丙基甲基纤维素在欧美等发达国家规模生产较早，对研究HPMC的应用技术和拓宽HPMC的应用领域取得了丰富经验。
现在日本信越、陶氏沃尔富和亚什兰跨龙意识到医药食品纤维素未来的巨大市场，或增产，或兼并，都加大了在此领域内的应用投入。陶氏沃尔富最近宣布将加强对中国药物制剂市场配方，成分及需求的关注，应用研究也努力向市场靠近。在10项辅料产品专业技术中，陶氏沃尔富就占有了其中五项，药物辅料已成为陶氏沃尔富的核心业务。陶氏化学沃尔富纤维素事业部与美国卡乐康公司于2007年在全球范围建立了缓控释制剂联盟，在9个城市和15资产机构，6个GMP的公司拥有超过1200名员工，其中大量的应用研究专业人员，为约160个国家的客户提供服务。亚什兰分别在国内的北京、天津、上海、南京、常州、昆山以及江门拥有生产基地，还在上海和南京两地投资了三家技术研究中心。最近亚什兰跨龙技术专家介绍，亚什兰Benecel™ HPMC应用于油炸食品，可以最大程度地减少油炸过程中油脂的摄取，降低油炸食物的油脂总含量，还能改善油炸产品的口感，延长油炸的换油周期，提高油炸产品的得率和降低油脂的成本。
另外，医药级HPMC应用于制剂已显示出较广泛的用途，如作为薄膜包衣材料、固体制剂粘合剂或混合粘合剂、缓释制剂制孔材料、亲水凝胶剂，也用于增加药物的溶出。目前主要应用于薄膜包衣剂、VC颗粒和植物胶囊等领域。HPMC空心胶囊无论是从原材料控制还是成品的质量控制以及生产过程的控制上，都是一种比明胶空心胶囊安全性更高的胶囊产品，目前在国际市场上得到越来越多人的青睐，成为高档保健品和药品的首选胶囊，在国际市场的销售每年达到200亿粒，并且每年以20%~30%的速度增长。
建材领域的国外HPMC厂家主要有陶氏化学、日本信越、德国拜耳和克莱恩、韩国三星、比利时赫克力士和日本可乐丽，其技术应用和服务水平明显高于国内很多层次。欧洲的干粉砂浆工业做得很好，并且有在新技术领域的研究与开发都大量投资来满足不断提高的技术需求，从而提高其市场地位。
我国羟丙基甲基纤维素起步较晚，上世纪70年代开始进行生产工艺研究，于上世纪80～90年代进行大规模生产，并在本世纪的头10年里才得到了迅猛发展，所以和欧美日等发达国家相比，国内HPMC的应用技术就更是起步阶段。目前问题主要集中在应用领域还相对较窄，技术与方法不完善，应用效果与产品生产环节脱节等。
我国HPMC主要应用领域也涉及建筑、涂料、食品、医药、陶瓷、日化产品、高分子聚合等。而医药级、高分子聚合用HPMC产品质量总体上比不上国外，很多关键技术还掌握在欧美日等发达国家手中，通过应用研究对比和工艺设备改造，但国内产品与其差距已在逐渐缩小，个别产品指标已有超越。
随着国内产品在质量上的不断突破，应用研究不断增大力度，食品工业中HPMC开始应用于植脂奶油、果汁等行业，作为悬浮剂增稠剂、乳剂稳定剂等都表现出优良的性能。HPMC在植脂奶油中起到阻止水相与油相的转换增加产品稳定性的作用，添加量为0.1%～0.2%。美国维益以高品质的产品占有国内植脂奶油市场的57%左右，其余市场份额被国内其它厂家占有。
HPMC在国外建材领域已经使用了几十年，还未出现绝对的替代产品。国际市场需求量大，但由于国外公司的生产能力和综合优势，多数国外厂家尤其是欧美厂家仍以国外公司产品为主。近几年国内HPMC由于性价比优势明显，随着应用研究加大，国家行业标准的制订，产品质量的不断提高，几乎可以全部替代进口，在国内建材领域广泛应用。因此以后还需做好对HPMC的改性研究与配套技术研究，培养多向优势，以跟上国内外的市场发展需求。
HPMC生产与技术进步是永无止境的，产品质量的要求也是不断在提高，品种不断在增加，而且一些生产企业也在产品多样化，即在HPMC为主的生产企业，也增加其它纤维素醚的生产，以适应市场与应用过程的发展需求，这样的国内企业也很多，象山东瑞泰、泸州北方、山东赫达以及光大科技等企业都在同时进行2-6种纤维素醚的生产，品种的增加，技术与工艺的多样化也为企业的技术进步增加了动力。
羟丙基甲基纤维素作为一种非离子性纤维素醚，比起离子型纤维素醚在增稠、乳化、成膜、保护胶体、保持水分、黏合、抗敏等方面具有更优良的性能，广泛用于油田开采、乳胶涂料、高分子聚合反应、建筑材料、日用化学品、食品、制药、造纸、纺织印染等工业部门^[1]。随着国内城镇化进程的加快，产品需求量必定会逐年增加，在中国有广大的农村，下游产品也会加大增长，提高产品质量来抵御市场激烈竞争，需求会越来越大，但对HPMC产品质量和性价比要求也会更高。未来产品质量和品牌将成为竞争的焦点，突破技术壁垒，确保产品的稳定性将是未来市场持续发展的关键。
我国纤维素醚行业与国外相比，虽然企业规模不算小，但缺少能对行业发展、市场变化起决定性作用的龙头企业，在一定程度上也缺乏行业在技术升级方面的研发与投入。国外公司主要以占领高端市场为主，有专业的市场调查支持，在制定销售战略方面有长足的优势。以应用技术为先导，涉足以前未应用之领域，占据市场。国内公司主要以低端市场为主，或以攻占国外公司应用领域为主，缺乏长远的策略，或因为实力不足，无从占领市场，只是跟从市场做一些小的发展。因此，国内纤维素醚企业应努力加大研发投入，要重视市场的开拓和人才的培养，尽早实现企业的转型升级和良性发展。
HPMC产品自诞生之日起，就表现出强盛的生命力，随着科技的进步，新领域的增长，HPMC将会应用到更广泛的领域。从目前发展趋势看，未来几年内必将带来行业资源的整合，企业将会利用各自的优势越来越专业化，形成自己的企业优势、产品优势、品牌优势、成本优势， 在经过同质化和价格打压等恶性竞争后，企业会变的越来越理性和专业化，并通过整合使其具有各自的特色和核心优势。随着技术的发展和应用市场的不断拓宽深化，在未来10年内，国内将会出现几家象美国DOW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。
戈麦斯化工整理提供