محلول HPMC

1- ما هو الاستخدام الرئيسي لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)؟

إجابة :هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)يُستخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) على نطاق واسع في مواد البناء، والطلاءات، والراتنجات الاصطناعية، والسيراميك، والأدوية، والأغذية، والمنسوجات، والزراعة، ومستحضرات التجميل، والتبغ، وغيرها من الصناعات. ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة أنواع حسب الاستخدام: مواد البناء، ومواد الأغذية، والمواد الطبية. أما في الوقت الحالي، فإن معظم الإنتاج المنزلي يقتصر على مواد البناء، حيث تُستخدم كمية كبيرة من مسحوق المعجون في هذه المواد، إذ يُستهلك حوالي 90% منها في صناعة المعجون، بينما يُستخدم الباقي في صناعة ملاط ​​الأسمنت والغراء.

2- ينقسم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) إلى عدة أنواع، ما الفرق بين استخداماته؟

الإجابة: يمكن تقسيم هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) إلى نوعين: سريع الذوبان وقابل للذوبان بالحرارة. المنتجات سريعة الذوبان تتشتت بسرعة في الماء البارد وتختفي فيه، ولا يكون للسائل لزوجة في هذه المرحلة، لأن HPMC يكون متشتتًا فقط في الماء دون ذوبان حقيقي. بعد حوالي دقيقتين، تزداد لزوجة السائل تدريجيًا، مكونًا غروانيًا لزجًا شفافًا. أما المنتجات القابلة للذوبان بالحرارة، فتتكتل في الماء البارد، ويمكن إذابتها بسرعة في الماء الساخن، وتختفي فيه، إلى أن تنخفض درجة الحرارة إلى حد معين، فتظهر اللزوجة ببطء، حتى يتكون غرواني لزج شفاف. يُستخدم النوع القابل للذوبان بالحرارة فقط في مساحيق المعجون والملاط، وقد يحدث تكتل في المواد اللاصقة السائلة والطلاء، لذا لا يُنصح باستخدامه. أما النوع سريع الذوبان، فنطاق استخدامه أوسع بكثير، حيث يمكن استخدامه في مساحيق المعجون والملاط، وفي المواد اللاصقة السائلة والطلاء، ولا توجد موانع لاستخدامه.

3- هل تتضمن طرق إذابة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هذه الخصائص؟

– الإجابة: طريقة الذوبان بالماء الساخن: نظرًا لأن HPMC لا يذوب في الماء الساخن، فإنه يمكن تشتيت HPMC مبكرًا بالتساوي في الماء الساخن، ثم يذوب بسرعة عند التبريد، ويتم وصف طريقتين نموذجيتين على النحو التالي:

1) املأ الوعاء بكمية كافية من الماء الساخن وسخنه إلى حوالي 70 درجة مئوية. أضف هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تدريجياً مع التحريك البطيء، وسيطفو على سطح الماء، ثم يشكل تدريجياً معلقاً، والذي يتم تبريده مع التحريك.

٢) أضف ثلث أو ثلثي كمية الماء المطلوبة إلى الوعاء وسخّنه إلى ٧٠ درجة مئوية. وزّع هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) وفقًا للطريقة ١) لتحضير معلق الماء الساخن؛ ثم أضف الماء البارد المتبقي إلى معلق الماء الساخن وبرّد الخليط بعد التقليب.

طريقة خلط المساحيق: يُخلط مسحوق هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) مع كمية كبيرة من المكونات المسحوقة الأخرى في الخلاط، ثم يُضاف الماء لإذابتها. في هذه المرحلة، يذوب مسحوق HPMC تمامًا دون أن يتكتل، لأن كل جزء صغير منه، ولو بكمية قليلة، يذوب فورًا في الماء. يستخدم مصنّعو مساحيق المعجون والملاط هذه الطريقة. [يُستخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) كعامل مُكثّف ومُحافظ على الماء في ملاط ​​مسحوق المعجون].

4- كيف يمكن تحديد جودة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) بطريقة بسيطة وبديهية؟

الإجابة: (1) البياض: على الرغم من أن البياض لا يُحدد جودة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، إلا أن إضافة مواد التبييض أثناء عملية الإنتاج قد تؤثر على جودته. مع ذلك، تتميز معظم المنتجات الجيدة ببياض جيد. (2) النعومة: تتراوح نعومة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز عادةً بين 80 و100 مش، بينما تكون 120 أقل شيوعًا. غالبًا ما يكون هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز من خبي بنعومة 80 مش، وكلما كانت النعومة أدق، كان ذلك أفضل بشكل عام. (3) النفاذية: عند إذابة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) في الماء، يتكون غرواني شفاف. تُقاس نفاذيته، فكلما زادت النفاذية كان ذلك أفضل، حيث تقل نسبة المواد غير القابلة للذوبان فيه. عادةً ما تكون نفاذية المفاعل الرأسي جيدة، بينما تكون أقل في المفاعل الأفقي، لكن هذا لا يعني بالضرورة أن جودة منتجات المفاعل الرأسي أفضل من منتجات المفاعل الأفقي. هناك العديد من العوامل التي تُحدد جودة المنتج. (4) النسبة: كلما زادت النسبة، كان ذلك أفضل. من الأفضل تجنبه، لأن محتوى قاعدة الهيدروكسيل بروبيل مرتفع بشكل عام، ومحتوى قاعدة الهيدروكسيل بروبيل مرتفع، مما يحمي الماء بشكل أفضل.

5- هل لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) أكثر ملاءمة؟

الإجابة: مسحوق الأطفال مناسب، وعادةً ما تكون لزوجته 100 ألف، بينما تتطلب بعض أنواع الملاط لزوجة أعلى، تصل إلى 150 ألف. علاوة على ذلك، يلعب هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) دورًا هامًا في الاحتفاظ بالماء، يليه التكثيف. في مسحوق المعجون، طالما أن الاحتفاظ بالماء جيد، فإن اللزوجة المنخفضة (7-80 ألف) كافية. بالطبع، كلما زادت اللزوجة، كان الاحتفاظ بالماء أفضل. عندما تتجاوز اللزوجة 100 ألف، يقل الاحتفاظ بالماء بشكل ملحوظ.

6- هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) ما هي المؤشرات التقنية الرئيسية؟

الإجابة: يُعدّ محتوى الهيدروكسي بروبيل واللزوجة من أهمّ العوامل التي يهتمّ بها معظم المستخدمين. فكلما ارتفع محتوى الهيدروكسي بروبيل، كان الاحتفاظ بالماء أفضل بشكل عام. أما اللزوجة، فكان الاحتفاظ بالماء أفضل أيضاً، نسبياً (وليس مطلقاً)، كما أن اللزوجة تُحسّن من استخدام ملاط ​​الأسمنت.

7- هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) ما هي المواد الخام الرئيسية؟

الإجابة: المواد الخام الرئيسية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC): القطن المكرر، الكلوروميثان، أكسيد البروبيلين، مواد خام أخرى، قلوي الأقراص، حمض، التولوين، كحول الأيزوبروبيل وما إلى ذلك.

8- ما هو الدور الرئيسي لمركب هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) في استخدام مسحوق المعجون، وهل يحدث تفاعل كيميائي؟

الإجابة: يؤدي هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) في مسحوق المعجون ثلاثة أدوار رئيسية: التكثيف، وامتصاص الماء، والتشكيل. التكثيف: يعمل السليلوز على تكثيف المعجون إلى معلق، مما يحافظ على تجانس المحلول ويمنع انسيابه. امتصاص الماء: يُبطئ جفاف مسحوق المعجون، ويساعد على امتصاص الماء عن طريق تفاعله مع كربونات الكالسيوم. التشكيل: يُسهل السليلوز عملية التشكيل، مما يُحسّن من جودة المعجون. لا يشارك هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز في أي تفاعلات كيميائية، بل يؤدي دورًا داعمًا فقط. يحدث تفاعل كيميائي بين مسحوق المعجون والماء على سطحه، مما يؤدي إلى تكوّن مواد جديدة. عند طحن مسحوق المعجون، يصبح غير صالح للاستخدام، نظرًا لتكوّن مادة جديدة (كربونات الكالسيوم). يتكون مسحوق الكالسيوم الرمادي بشكل أساسي من خليط من Ca(OH)2 وCaO وكمية صغيرة من CaCO3، CaO+H2O=Ca(OH)2 — Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O. يساعد وجود الكالسيوم الرمادي في الماء والهواء تحت تأثير ثاني أكسيد الكربون وكربونات الكالسيوم وHPMC فقط على تحسين تفاعل الكالسيوم الرمادي، ولا يشارك هو نفسه في أي تفاعل.

9. هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) هو إيثر السليلوز غير الأيوني، فما هو غير الأيوني؟

ج: بشكل عام، المواد غير الأيونية هي مواد لا تتأين في الماء. التأين هو تفكك الإلكتروليت إلى أيونات مشحونة حرة الحركة في مذيب معين، كالماء أو الكحول. على سبيل المثال، الملح الذي نتناوله يوميًا - كلوريد الصوديوم (NaCl) - يذوب في الماء ويتأين لينتج أيونات صوديوم حرة الحركة (Na+) ذات شحنة موجبة وأيونات كلوريد (Cl) ذات شحنة سالبة. أي أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) في الماء لا يتفكك إلى أيونات مشحونة، بل يبقى على شكل جزيئات.

10. ما الذي يرتبط بدرجة حرارة تجمد هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؟

– الإجابة: درجة حرارة الهلام لـهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)يرتبط ذلك بمحتوى الميثوكسيل، فكلما انخفض محتوى الميثوكسيل ↓، ارتفعت درجة حرارة الهلام.

11- هل هناك علاقة بين مسحوق المعجون ومسحوق HPMC؟

الإجابة: يتساقط مسحوق المعجون بشكل رئيسي، وترتبط جودة رماد الكالسيوم ارتباطًا وثيقًا به، بينما لا يرتبط هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) به ارتباطًا وثيقًا. يؤدي انخفاض محتوى الكالسيوم في رماد الكالسيوم وعدم تناسب نسبة أكسيد الكالسيوم (CaO) وهيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2) فيه إلى تساقط المسحوق. أما إذا كان ارتباطه بـ HPMC ضعيفًا، فإن ضعف احتفاظ HPMC بالماء يؤدي أيضًا إلى تساقط المسحوق.

12- هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز قابل للذوبان في الماء البارد وقابل للذوبان في الماء الساخن، ما الفرق في عملية الإنتاج؟

– الإجابة: النوع سريع الذوبان من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) في الماء البارد، بعد معالجته بسطح الجليوكسال، يتشتت بسرعة عند وضعه في الماء البارد، ولكنه لا يذوب تمامًا، وتزداد لزوجته عند ذوبانه. أما النوع القابل للذوبان في الحرارة، فلم يُعالج سطحه بالجليوكسال. يحتوي على كمية كبيرة من الجليوكسال، مما يؤدي إلى تشتت سريع، ولكن لزوجته تكون بطيئة عند استخدام كمية قليلة منه.

13- هل رائحة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هي كما هي؟

– الإجابة: يُصنع هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) المُنتَج بطريقة المذيبات من التولوين وكحول الأيزوبروبيل. إذا لم تكن عملية الغسل جيدة، فستبقى بعض النكهة.

14- استخدامات مختلفة، كيف نختار هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) المناسب؟

– الإجابة: بالنسبة لاستخدام بودرة الأطفال: المتطلبات بسيطة، لزوجة 100 ألف مناسبة، مع ضرورة الحفاظ على رطوبة كافية. أما بالنسبة لاستخدام الملاط: فالمتطلبات أعلى، ولزوجة عالية، ويفضل 150 ألف. أما بالنسبة لاستخدام الغراء: فالحاجة ماسة إلى منتجات سريعة الجفاف، ولزوجة عالية.

15. ما هو الاسم البديل لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؟

– الإجابة: هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، ويختصر بـ HPMC أو MHPC، أو هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؛ إيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز؛ هيبروميلوز، السليلوز، إيثر 2-هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز.

16. عند استخدام مسحوق المعجون مع مادة HPMC، ما سبب ظهور فقاعات في مسحوق المعجون؟

الإجابة: يتكون معجون HPMC من ثلاثة مكونات: التكثيف، والماء، والتشكيل. ولا يتفاعل مع أي مواد أخرى. أسباب ظهور الفقاعات: 1- زيادة كمية الماء. 2- عدم جفاف الطبقة السفلية، مما يؤدي إلى كشط الطبقة العلوية، وبالتالي سهولة ظهور الفقاعات.

17. ما الفرق بين HPMC و MC؟

الإجابة: MC هو ميثيل السليلوز، وهو عبارة عن إيثر السليلوز يُصنع من خلال سلسلة من التفاعلات باستخدام كلوريد الميثان كعامل إيثيري بعد معالجة القطن المكرر بالقلويات. عمومًا، تتراوح درجة الاستبدال بين 1.6 و2.0، وتختلف الذوبانية باختلاف درجة الاستبدال. وهو ينتمي إلى إيثر السليلوز غير الأيوني.

(1) تعتمد قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء على كمية المادة المضافة، ولزوجته، ونعومة جزيئاته، ومعدل ذوبانه. عمومًا، كلما زادت الكمية المضافة، قلت النعومة واللزوجة، وارتفع معدل الاحتفاظ بالماء. ومن بين هذه العوامل، تُعد كمية المادة المضافة العامل الأكثر تأثيرًا على الاحتفاظ بالماء، بينما لا تتناسب اللزوجة طرديًا مع معدل الاحتفاظ بالماء. يعتمد معدل الذوبان بشكل أساسي على درجة تعديل سطح جزيئات السليلوز ونعومتها. من بين أنواع إيثرات السليلوز المذكورة أعلاه، يتميز ميثيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بمعدل احتفاظ أعلى بالماء.

(2) يذوب ميثيل السليلوز في الماء البارد، ويصعب إذابته في الماء الساخن. يتميز محلوله المائي بثباته العالي ضمن نطاق الأس الهيدروجيني من 3 إلى 12. كما أنه يتمتع بتوافق جيد مع النشا، وصمغ الغوانيدين، والعديد من المواد الفعالة سطحياً. ويحدث التجلط عند بلوغ درجة الحرارة درجة حرارة التجلط.

(3) يؤثر تغير درجة الحرارة بشكل كبير على قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء. عمومًا، كلما ارتفعت درجة الحرارة، قلّت قدرة الاحتفاظ بالماء. إذا تجاوزت درجة حرارة الملاط 40 درجة مئوية، فإن قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء ستتدهور بشكل ملحوظ، مما يؤثر سلبًا على قابلية الملاط للبناء.

(4) يؤثر ميثيل السليلوز بشكل واضح على قابلية تشكيل المونة وتماسكها. ويُقصد بـ"التماسك" هنا قوة التصاق الأداة بالجدار، أي مقاومة المونة للقص. فكلما زاد التماسك، زادت مقاومة المونة للقص، وزادت الحاجة إلى قوة تحمل عالية من قِبل العمال أثناء الاستخدام، مما يؤدي إلى ضعف في تشكيل المونة. أما في منتجات إيثر السليلوز، فيكون تماسك ميثيل السليلوز متوسطًا.

يُكرر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) بواسطة القطن بعد معالجته بالقلويات، باستخدام أكسيد البروبيلين وكلوروميثان كعامل إيثيري، من خلال سلسلة من التفاعلات، ويتكون من مزيج إيثر السليلوز غير الأيوني. تتراوح درجة الاستبدال عادةً بين 1.2 و2.0. وتختلف خصائصه باختلاف نسبة محتوى الميثوكسي والهيدروكسي بروبيل.

(1) يذوب هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بسهولة في الماء البارد، بينما يصعب ذوبانه في الماء الساخن. ومع ذلك، فإن درجة حرارة تبلوره في الماء الساخن أعلى بشكل ملحوظ من درجة حرارة تبلور ميثيل السليلوز. كما تحسنت قابلية ذوبان ميثيل السليلوز في الماء البارد بشكل كبير.

(2) ترتبط لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بوزنه الجزيئي، فكلما زاد الوزن الجزيئي، زادت اللزوجة. كما تؤثر درجة الحرارة على اللزوجة، إذ تنخفض مع ارتفاعها. إلا أن تأثير ارتفاع درجة الحرارة على لزوجته أقل من تأثيره على لزوجة ميثيل السليلوز. ويكون المحلول مستقرًا عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة.

(3) يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بثباته في وجود الأحماض والقواعد، ومحلوله المائي مستقر للغاية ضمن نطاق الأس الهيدروجيني من 2 إلى 12. لا يؤثر كل من الصودا الكاوية وماء الجير بشكل ملحوظ على خصائصه، بينما قد يؤدي وجود القلويات إلى تسريع ذوبانه وزيادة لزوجته. كما يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بثباته في وجود الأملاح العامة، إلا أنه عند ارتفاع تركيز محلول الملح، تميل لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز إلى الزيادة.

(4) يعتمد احتفاظ هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بالماء على جرعته ولزوجته، ويكون معدل احتفاظ هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بالماء أعلى من معدل احتفاظ ميثيل السليلوز بالماء عند نفس الجرعة.

(5) يمكن خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز مع مركبات البوليمر القابلة للذوبان في الماء للحصول على محلول متجانس ذي لزوجة أعلى، مثل كحول البولي فينيل، وإيثر النشا، والغراء النباتي، وما إلى ذلك.

(6) إن قوة التصاق هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بمونة البناء أعلى من قوة التصاق ميثيل السليلوز.

(7) يتمتع هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بمقاومة أفضل للإنزيمات من ميثيل السليلوز، واحتمالية تحلله بواسطة الإنزيمات في المحلول أقل من احتمالية تحلل ميثيل السليلوز.

18. ما الذي يجب الانتباه إليه في التطبيق العملي للعلاقة بين اللزوجة ودرجة حرارة HPMC؟

الإجابة: لزوجةهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)تتناسب اللزوجة عكسياً مع درجة الحرارة، أي أنها تزداد بانخفاض درجة الحرارة. عندما نتحدث عن لزوجة منتج ما، فإننا نتحدث عن لزوجة 2% من هذا المنتج في الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

في التطبيق العملي، في المناطق التي تشهد تبايناً كبيراً في درجات الحرارة بين الصيف والشتاء، يُنصح باستخدام مواد ذات لزوجة منخفضة نسبياً في الشتاء، مما يُسهّل عملية البناء. وإلا، فعند انخفاض درجة الحرارة، ستزداد لزوجة السليلوز، مما يُسبب ثقلاً عند الكشط.

لزوجة متوسطة: 75000-100000، وتستخدم بشكل أساسي للمعجون.

السبب: احتفاظ جيد بالماء.

اللزوجة العالية: 150000-200000 تستخدم بشكل أساسي في ملاط ​​عزل جزيئات البوليسترين ومسحوق المطاط وملاط عزل الخرز الزجاجي.

السبب: اللزوجة العالية، لا يتساقط الملاط بسهولة، ويتدفق معلقًا، مما يحسن عملية البناء.

ولكن بشكل عام، كلما زادت اللزوجة، كان الاحتفاظ بالماء أفضل، لذلك تستخدم العديد من مصانع الملاط الجاف، مع مراعاة التكلفة، السليلوز متوسط ​​اللزوجة (75000-100000) لاستبدال السليلوز متوسط ​​ومنخفض اللزوجة (20000-40000) لتقليل كمية الإضافة.