هل تعرف أداء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؟

هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوزهو نوع من الإيثر المختلط السليلوز غير الأيوني. على عكس الإيثر المختلط ميثيل كربوكسي ميثيل السليلوز الأيوني، فإنه لا يتفاعل مع المعادن الثقيلة. نظرًا لاختلاف نسب محتوى الميثوكسيل ومحتوى الهيدروكسي بروبيل في هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز واختلاف اللزوجة، توجد أنواع عديدة ذات خصائص مختلفة، على سبيل المثال، محتوى ميثوكسيل مرتفع ومحتوى هيدروكسي بروبيل منخفض. أداءه قريب من أداء ميثيل السليلوز، بينما أداء محتوى ميثوكسيل منخفض ومحتوى هيدروكسي بروبيل مرتفع قريب من أداء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. ومع ذلك، في كل نوع، على الرغم من احتواء كمية صغيرة فقط من مجموعة هيدروكسي بروبيل أو كمية صغيرة من مجموعة ميثوكسيل، توجد اختلافات كبيرة في الذوبان في المذيبات العضوية أو درجة حرارة التلبد في المحاليل المائية.

(1) خصائص ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

① ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز في الماءهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوزهو في الواقع نوع من ميثيل السليلوز المعدّل بأكسيد البروبيلين (ميثوكسي بروبيلين)، لذا لا يزال له نفس خصائص ميثيل السليلوز، وله خصائص مماثلة للذوبان في الماء البارد وعدم الذوبان في الماء الساخن. ومع ذلك، نظرًا لمجموعة هيدروكسي بروبيل المعدلة، فإن درجة حرارة التجلط في الماء الساخن أعلى بكثير من درجة حرارة ميثيل السليلوز. على سبيل المثال، تبلغ لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المائي مع 2% درجة استبدال محتوى ميثوكسي DS = 0.73 ومحتوى هيدروكسي بروبيل MS = 0.46 500 ميجا باسكال · ثانية عند 20 درجة مئوية، ويمكن أن تصل درجة حرارة الجل الخاصة به إلى ما يقرب من 100 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة ميثيل السليلوز عند نفس درجة الحرارة حوالي 55 درجة مئوية فقط. أما بالنسبة لذوبانه في الماء، فقد تم تحسينه بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن شراء هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المسحوق (شكل حبيبي 0.2~0.5 مم عند 20 درجة مئوية مع لزوجة محلول مائي 4% 2pa•s) في درجة حرارة الغرفة، وهو قابل للذوبان بسهولة في الماء دون تبريد.

② ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في المذيبات العضوية: ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في المذيبات العضوية أفضل من ذوبانية ميثيل سلولوز. يجب أن تكون درجة استبدال الميثوكسيل في ميثيل سلولوز 2.1. في المنتجات المذكورة أعلاه، والتي تحتوي على هيدروكسي بروبيل MS = 1.5 ~ 1.8 وميثوكسي DS = 0.2 ~ 1.0، يُذاب هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز عالي اللزوجة، بدرجة استبدال إجمالية تزيد عن 1.8، في محاليل الميثانول والإيثانول اللامائية، ويتميز باللدونة الحرارية والذوبانية في الماء. كما أنه قابل للذوبان في الهيدروكربونات المكلورة مثل كلوريد الميثيلين والكلوروفورم، والمذيبات العضوية مثل الأسيتون والأيزوبروبانول وكحول ثنائي الأسيتون. ذوبانية المذيبات العضوية أفضل من ذوبانها في الماء.

(2) العوامل المؤثرة على لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تحديد اللزوجة القياسي لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز هو نفسه مثل إيثرات السليلوز الأخرى. يتم قياسه عند 20 درجة مئوية بمحلول مائي 2٪ كمعيار. تزداد لزوجة نفس المنتج مع زيادة التركيز. بالنسبة للمنتجات ذات الأوزان الجزيئية المختلفة عند نفس التركيز، فإن المنتج ذو الوزن الجزيئي الأكبر له لزوجة أعلى. علاقته بدرجة الحرارة مماثلة لعلاقة ميثيل السليلوز. عندما ترتفع درجة الحرارة، تبدأ اللزوجة في الانخفاض، ولكن عندما تصل إلى درجة حرارة معينة، ترتفع اللزوجة فجأة ويحدث التجلط. درجة حرارة الجل للمنتجات منخفضة اللزوجة أعلى. عالية. لا ترتبط نقطة الجل الخاصة بها بلزوجة الأثير فحسب، بل ترتبط أيضًا بنسبة تكوين مجموعة الميثوكسيل ومجموعة الهيدروكسي بروبيل في الأثير وحجم درجة الاستبدال الكلية. تجدر الإشارة إلى أن هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز هو أيضًا شبه بلاستيكي، ومحلوله مستقر في درجة حرارة الغرفة دون أي تدهور في اللزوجة باستثناء إمكانية التحلل الأنزيمي.

(3) تحمل الملح لهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز نظرًا لأن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز هو إيثر غير أيوني، فإنه لا يتأين في الوسائط المائية، على عكس إيثرات السليلوز الأيونية الأخرى، مثل كاربوكسي ميثيل سليلوز القاعدة، في المحلول للتفاعل مع أيونات المعادن الثقيلة وترسيبها. لن تترسب الأملاح العامة مثل الكلوريد والبروميد والفوسفات والنترات وما إلى ذلك عند إضافتها إلى محلولها المائي. ومع ذلك، فإن إضافة الملح لها بعض التأثير على درجة حرارة التخثر في محلولها المائي. عندما يزداد تركيز الملح، تنخفض درجة حرارة الهلام. عندما يكون تركيز الملح أقل من نقطة التخثر، تميل لزوجة المحلول إلى الزيادة. لذلك، عند إضافة كمية معينة من الملح، يمكن تحقيق تأثير التكثيف بشكل أكثر اقتصادا في التطبيق. لذلك، في بعض التطبيقات، من الأفضل استخدام خليط من إيثر السليلوز والملح بدلاً من تركيز أعلى من محلول الإيثر لتحقيق تأثير التكثيف.

(4) هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مقاوم للأحماض والقلويات: يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بثباته تجاه الأحماض والقلويات، ولا يتأثر بنطاق الرقم الهيدروجيني 2-12. ويمكنه تحمل كمية معينة من الأحماض الخفيفة، مثل حمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الستريك، وحمض السكسينيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض البوريك، إلخ. إلا أن الأحماض المركزة تُقلل اللزوجة. أما القلويات مثل الصودا الكاوية، وهيدروكسيد البوتاسيوم، وماء الجير، فلا تؤثر عليها، ولكنها قد تزيد لزوجة المحلول قليلاً، ثم تُقللها تدريجيًا.

(٥) قابلية امتزاج هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز: يُمكن خلط محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع مركبات بوليمرية قابلة للذوبان في الماء للحصول على محلول متجانس وشفاف ذي لزوجة أعلى. تشمل هذه المركبات البوليمرية بولي إيثيلين جلايكول، وأسيتات بولي فينيل، وبولي سيليكون، وبولي ميثيل فينيل سيلوكسان، وهيدروكسي إيثيل سلولوز، وميثيل سلولوز. كما تتميز المركبات الطبيعية عالية الوزن الجزيئي، مثل الصمغ العربي، وصمغ الخروب، وصمغ الكرايا، وغيرها، بتوافق جيد مع محاليلها. كما يُمكن خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع إستر مانيتول أو إستر سوربيتول لحمض الستياريك أو حمض البالمتيك، ومع الجلسرين والسوربيتول والمانيتول، وتُستخدم هذه المركبات كمُلَيِّن للسليلوز.

(6) غير قابلة للذوبان في الماءإيثرات السليلوزيمكن لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز أن يُجري تشابكًا سطحيًا مع الألدهيدات، مما يؤدي إلى ترسيب هذه الإيثرات القابلة للذوبان في الماء في المحلول وتصبح غير قابلة للذوبان فيه. تشمل الألدهيدات التي تجعل هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز غير قابل للذوبان: الفورمالديهايد، والجليوكسال، وألدهيد السكسينيك، والأديبالديهايد، وغيرها. عند استخدام الفورمالديهايد، يجب الانتباه بشكل خاص إلى قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، حيث يتفاعل الجليوكسال بشكل أسرع، لذلك يُستخدم الجليوكسال بشكل شائع كعامل تشابك في الإنتاج الصناعي. تتراوح جرعة هذا النوع من عوامل التشابك في المحلول بين 0.2% و10% من كتلة الأثير، ويفضل أن تكون بين 7% و10%، على سبيل المثال، تُعد نسبة الجليوكسال بين 3.3% و6% هي الأنسب. تتراوح درجة حرارة المعالجة عمومًا بين 0 و30 درجة مئوية، ويتراوح وقت المعالجة بين دقيقة و120 دقيقة. يجب إجراء تفاعل الترابط في ظروف حمضية. عادةً، يُضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول إلى حوالي ٢-٦ بإضافة حمض قوي غير عضوي أو حمض كربوكسيلي عضوي إلى المحلول، ويفضل أن يكون بين ٤-٦، ثم تُضاف الألدهيدات لإجراء تفاعل الترابط. يحتوي الحمض المستخدم على حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الهيدروكسي-أسيتيك، وحمض السكسينيك، أو حمض الستريك، إلخ. ويُنصح باستخدام حمض الفورميك أو حمض الأسيتيك، ويُعتبر حمض الفورميك هو الأمثل. كما يمكن إضافة الحمض والألدهيد في وقت واحد للسماح للمحلول بإجراء تفاعل ترابط ضمن نطاق الرقم الهيدروجيني المطلوب. يُستخدم هذا التفاعل غالبًا في عملية المعالجة النهائية في عملية تحضير إيثرات السليلوز. بعد أن يصبح إيثر السليلوز غير قابل للذوبان، يصبح مناسبًا للاستخدام.

ماء بدرجة حرارة تتراوح بين ٢٠ و٢٥ درجة مئوية للغسيل والتنقية. عند استخدام المنتج، يمكن إضافة مواد قلوية إلى محلوله لضبط درجة حموضة المحلول ليصبح قلويًا، مما يُذيب المنتج في المحلول بسرعة. تُطبق هذه الطريقة أيضًا على معالجة الغشاء بعد تحويل محلول إيثر السليلوز إلى غشاء لجعله غشاءً غير قابل للذوبان.

(7) مقاومة إنزيم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز هي نظريًا مشتقات السليلوز، مثل كل مجموعة أنهيدروجلوكوز، إذا كانت هناك مجموعة بديلة مرتبطة بقوة، فليس من السهل أن تصاب بالكائنات الحية الدقيقة، ولكن في الواقع المنتج النهائي عندما تتجاوز قيمة الاستبدال 1، فسوف يتحلل أيضًا بواسطة الإنزيمات، مما يعني أن درجة استبدال كل مجموعة على سلسلة السليلوز ليست موحدة بما فيه الكفاية، ويمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تتآكل على مجموعة أنهيدروجلوكوز غير المستبدلة لتكوين السكريات، كمغذيات لامتصاص الكائنات الحية الدقيقة. لذلك، إذا زادت درجة استبدال الأثير للسليلوز، فإن مقاومة التآكل الأنزيمي لإيثر السليلوز ستزداد أيضًا. وفقًا للتقارير، وفي ظل ظروف مُتحكم بها، أظهرت نتائج التحلل المائي للإنزيمات المُنتجة أن اللزوجة المتبقية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (DS=1.9) هي 13.2%، وميثيل سلولوز (DS=1.83) 7.3%، وميثيل سلولوز (DS=1.66) 3.8%، وهيدروكسي إيثيل سلولوز 1.7%. يُلاحظ أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز يتمتع بقدرة قوية على مقاومة الإنزيمات. لذلك، تُستخدم مقاومته الممتازة للإنزيمات، بالإضافة إلى قابليته الجيدة للتشتت والتكثيف وتكوين الأغشية، في طلاءات المستحلب المائي وغيرها، ولا يحتاج عادةً إلى إضافة مواد حافظة. ومع ذلك، يُمكن إضافة المواد الحافظة كإجراء احترازي للتخزين طويل الأمد للمحلول أو لتجنب التلوث الخارجي المحتمل، ويُحدد الخيار بناءً على المتطلبات النهائية للمحلول. أسيتات فينيل الزئبق وفلوروسيليكات المنغنيز مواد حافظة فعالة، ولكن جميعها سامة، لذا يجب الانتباه إلى طريقة التحضير. عمومًا، يمكن إضافة ١ إلى ٥ ملغ من أسيتات فينيل الزئبق إلى المحلول لكل لتر من الجرعة.

(8) أداءهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوزيتميز فيلم هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بخصائص ممتازة في تكوين الأغشية. يُطلى محلوله المائي أو محلول المذيب العضوي على لوح زجاجي، ويصبح عديم اللون وشفافًا بعد التجفيف. وهو فيلم متين. يتميز بمقاومة جيدة للرطوبة ويبقى صلبًا في درجات الحرارة العالية. يمكن تحسين استطالته ومرونته بإضافة مُلدِّن مُرطب. من حيث تحسين المرونة، تُعد المُلدِّنات مثل الجلسرين والسوربيتول هي الأنسب. عمومًا، يتراوح تركيز المحلول بين 2% و3%، وتتراوح كمية المُلدِّن بين 10% و20% من إيثر السليلوز. إذا كانت نسبة المُلدِّن عالية جدًا، فسيحدث انكماش غرواني بسبب الجفاف في الرطوبة العالية. تكون قوة الشد للفيلم المُضاف إليه المُلدِّن أكبر بكثير من تلك غير المُلدِّن، وتزداد مع زيادة الكمية المُضافة. أما بالنسبة لاسترطابية الفيلم، فتزداد أيضًا مع زيادة كمية المُلدِّن.