خصائص هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو نوع من الإيثر المختلط بالسليلوز غير الأيوني. على عكس الإيثر المختلط الميثيل كاربوكسي ميثيل سلولوز الأيوني، فإنه لا يتفاعل مع المعادن الثقيلة. نظرًا لاختلاف نسب محتوى الميثوكسيل ومحتوى الهيدروكسي بروبيل في هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز واختلاف اللزوجة، توجد أنواع عديدة ذات خصائص مختلفة، على سبيل المثال، محتوى ميثوكسيل مرتفع ومحتوى هيدروكسي بروبيل منخفض. أداءه قريب من أداء ميثيل سلولوز، بينما يكون أداء محتوى ميثوكسيل منخفض ومحتوى هيدروكسي بروبيل مرتفع قريبًا من أداء هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز. 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 التخثر في المحاليل المائية.

(1) خصائص ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
①ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في الماء: هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو في الواقع نوع من ميثيل سلولوز معدل بأكسيد البروبيلين (ميثوكسي بروبيلين)، لذلك لا يزال له نفس خصائص ميثيل سلولوز. يتميز السليلوز بخصائص مماثلة للذوبان في الماء البارد وعدم الذوبان في الماء الساخن. ومع ذلك، بسبب مجموعة هيدروكسي بروبيل المعدلة، فإن درجة حرارة التجلط في الماء الساخن أعلى بكثير من درجة حرارة ميثيل سلولوز. على سبيل المثال، لزوجة محلول مائي من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع 2٪ درجة استبدال محتوى ميثوكسي DS = 0.73 ومحتوى هيدروكسي بروبيل MS = 0.46 هي 500 ميجا باسكال · ثانية عند 20 درجة مئوية، ودرجة حرارة الجل الخاصة به يمكن أن تصل إلى ما يقرب من 100 درجة مئوية، في حين أن ميثيل سلولوز 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) بسعر 100000 دولار أمريكي. وفي درجة حرارة الغرفة، يذوب بسهولة في الماء دون تبريد.

②ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في المذيبات العضوية: ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في المذيبات العضوية أفضل من ذوبانية ميثيل سلولوز. بالنسبة للمنتجات التي تزيد عن 2.1، فإن هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز عالي اللزوجة، والذي يحتوي على هيدروكسي بروبيل MS = 1.5 ~ 1.8 وميثوكسي DS = 0.2 ~ 1.0، مع درجة استبدال إجمالية تزيد عن 1.8، قابل للذوبان في محاليل الميثانول والإيثانول اللامائية المتوسطة، وهو لدن بالحرارة وقابل للذوبان في الماء. كما أنه قابل للذوبان في الهيدروكربونات المكلورة مثل كلوريد الميثيلين والكلوروفورم، والمذيبات العضوية مثل الأسيتون والأيزوبروبانول وكحول ثنائي الأسيتون. ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز في المذيبات العضوية أفضل من ذوبانه في الماء.

(2) العوامل المؤثرة على لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز إن تحديد اللزوجة القياسي لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو نفسه مثل إيثرات السليلوز الأخرى، ويتم 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 سلولوز. 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 هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز للملح نظرًا لأن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز هو إيثر غير أيوني، فإنه لا يتأين في الوسائط المائية، على عكس إيثرات السليلوز الأيونية الأخرى، على سبيل المثال، يتفاعل كربوكسي ميثيل سليلوز مع أيونات المعادن الثقيلة ويترسب في المحلول. 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 يزيد تركيز الملح، تنخفض درجة حرارة الهلام. عندما يكون تركيز الملح أقل من نقطة التخثر، تميل لزوجة المحلول إلى الزيادة. لذلك، تتم إضافة كمية معينة من الملح. ، في التطبيق، يمكن أن يحقق تأثير التكثيف بشكل أكثر اقتصادا. لذلك، في بعض التطبيقات، من الأفضل استخدام خليط من إيثر السليلوز والملح بدلاً من تركيز أعلى من محلول الإيثر لتحقيق تأثير التكثيف.

(4) مقاومة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز للأحماض والقلويات: يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بثباته تجاه الأحماض والقلويات، ولا يتأثر بنطاق الرقم الهيدروجيني (pH) من 2 إلى 12. كما يتحمل كمية معينة من الأحماض الخفيفة، مثل حمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الستريك، وحمض السكسينيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض البوريك، وغيرها. 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) توافق هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز: يُمكن خلط محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع مركبات بوليمرية قابلة للذوبان في الماء لتكوين 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) يمكن لإيثرات السليلوز غير القابلة للذوبان في الماء من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز أن تُجري ترابطًا سطحيًا مع الألدهيدات، بحيث تترسب هذه الإيثرات القابلة للذوبان في الماء في المحلول وتصبح غير قابلة للذوبان في الماء. تشمل الألدهيدات التي تجعل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز غير قابل للذوبان: الفورمالديهايد، والجليوكسال، وألدهيد السكسينيك، والأديبالديهايد، إلخ. عند استخدام الفورمالديهايد، يجب إيلاء اهتمام خاص لقيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، حيث يتفاعل الجليوكسال بشكل أسرع، لذلك يُستخدم الجليوكسال بشكل شائع كعامل ترابط متقاطع في الإنتاج الصناعي. تبلغ كمية هذا النوع من عوامل الترابط المتقاطع في المحلول 0.2٪ ~ 10٪ من كتلة الأثير، ويفضل أن تكون 7٪ ~ 10٪، على سبيل المثال، 3.3٪ ~ 6٪ من الجليوكسال هو الأنسب. عمومًا، تتراوح درجة حرارة المعالجة بين 0 و30 درجة مئوية، ويستغرق الأمر من دقيقة إلى 120 دقيقة. يجب إجراء تفاعل الترابط في ظروف حمضية. عادةً، يُضاف أولًا حمض قوي غير عضوي أو حمض كربوكسيلي عضوي إلى المحلول لضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى حوالي 2-6، ويفضل أن يكون بين 4-6، 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، ويُفضل استخدام حمض الفورميك أو حمض الأسيتيك، ويُعتبر حمض الفورميك هو الأمثل. يمكن أيضًا إضافة الحمض والألدهيد معًا للسماح للمحلول بتفاعل ترابط ضمن نطاق الرقم الهيدروجيني المطلوب. يُستخدم هذا التفاعل غالبًا في عملية المعالجة النهائية لتحضير إيثرات السليلوز. بعد أن يصبح إيثر السليلوز غير قابل للذوبان، يكون 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 سلولوز من الناحية النظرية، فإن مشتقات السليلوز، مثل مجموعة الاستبدال المرتبطة بقوة على كل مجموعة أنهيدروجلوكوز، ليست عرضة للتآكل الميكروبي، ولكن في الواقع، عندما تتجاوز قيمة الاستبدال للمنتج النهائي 1، فسوف يتحلل أيضًا بواسطة الإنزيمات، مما يعني أن درجة استبدال كل مجموعة على سلسلة السليلوز ليست موحدة بما فيه الكفاية، ويمكن للكائنات الدقيقة أن تتآكل على مجموعة أنهيدروجلوكوز غير المستبدلة. تتشكل السكريات وتمتص كمغذيات للكائنات 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 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، وخصائصه المُكثِّفة والمُكوِّنة للأغشية، 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 المُحتمل، 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) أداء غشاء هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز: يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بخصائص ممتازة في تكوين الغشاء. يُطلى محلوله المائي أو محلول المذيب العضوي على لوح زجاجي، ويصبح حرًا بعد التجفيف. غشاء ملون وشفاف ومتين. يتميز بمقاومة جيدة للرطوبة ويبقى صلبًا في درجات الحرارة العالية. عند إضافة مُلدِّن مُرطب، يمكن تحسين استطالته ومرونته. 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 للغشاء المُضاف إليه المُلدِّن أكبر بكثير من تلك غير المُلدِّن، وتزداد مع زيادة الكمية المُضافة. أما بالنسبة لاسترطابية الغشاء، فتزداد أيضًا مع زيادة كمية المُلدِّن.