هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز HPMC هو إيثر مختلط من السليلوز غير الأيوني، وهو إيثر مختلط من ميثيل كربوكسي ميثيل سليلوز أيوني، ولا يتفاعل مع المعادن الثقيلة. بسبب وجود جذور أكسجين واحدة، واختلاف نسبة هيدروكسي بروبيل واللزوجة، أصبحت الأنواع مختلفة من حيث الأداء. على سبيل المثال، إذا كانت الأنواع ذات محتوى ميثوكسيل مرتفع ومحتوى منخفض من هيدروكسي بروبيل، فإن أدائها قريب من إنتاج ميثيل سليلوز، بينما يكون محتوى ميثوكسيل منخفض ومحتوى عالٍ من هيدروكسي بروبيل. ولكن في كل نوع، على الرغم من احتوائه على كمية صغيرة من هيدروكسي بروبيل أو ميثوكسي، فإن هناك فرقًا كبيرًا في الذوبان في المذيبات العضوية أو درجة حرارة التخثر في المحلول المائي.
1، ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز في الماء: يُعدّ هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز في الواقع نوعًا من أكسيد البروبيلين (حلقة ميثيل أوكسي بروبيل) الميثيل سليلوز المُعدّل، لذا فهو يتمتع بخصائص مشابهة لخصائص ميثيل سليلوز، سواءً في الماء البارد أو الساخن. مع ذلك، فإن درجة حرارة تجلط هيدروكسي بروبيل المُعدّل أعلى بكثير من درجة حرارة تجلط ميثيل سليلوز في الماء الساخن. على سبيل المثال، تبلغ لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المائي، الذي يحتوي على 2% ميثوكسي (DS = 0.73) ومحتوى هيدروكسي بروبيل (MS = 0.46)، 500 ميجا باسكال عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. درجة حرارة تجلط ناتج S قريبة من 100 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة تجلط ميثيل سليلوز بنفس درجة الحرارة حوالي 55 درجة مئوية فقط. أما بالنسبة لذوبانها في الماء، فقد تحسنت أيضًا بشكل كبير، على سبيل المثال، بعد سحق هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (شكل الحبوب 0.2 ~ 0.5 مم عند 20 درجة مئوية 4٪ لزوجة مائية 2pA؟ يمكن إذابة منتجات S بسهولة في الماء دون تبريد في درجة حرارة الغرفة.
(2) هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز في المذيبات العضوية: ذوبانية هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز في المذيبات العضوية أفضل من ذوبانية ميثيل سليلوز، إذ يحتاج ميثيل سليلوز إلى 2.1 منتج أو أكثر في درجة استبدال الميثوكسي، ويحتوي على هيدروكسي بروبيل MS = 1.5 ~ 1.8 وميثوكسي DS = 0.2 ~ 1.0. هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز عالي اللزوجة، بدرجة استبدال كلي تزيد عن 1.8، يذوب في محاليل الميثانول والإيثانول اللامائية، وله ذوبانية حرارية وذوبانية في الماء. كما أنه يذوب في الهيدروكربونات المكلورة مثل ثنائي كلورو الميثان وثلاثي كلورو الميثان، والمذيبات العضوية مثل الأسيتون، وكحول الأيزوبروبيل، وكحول ثنائي الأسيتون. ذوبانية ميثيل سليلوز في المذيبات العضوية أعلى من ذوبانه في الماء.
2، لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز من العوامل المؤثرة
عوامل اللزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تحديد اللزوجة القياسية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، وإيثر السليلوز الأخرى هي نفسها، تكون عند 20 درجة مئوية مع محلول مائي 2٪ كتقدير قياسي. لزوجة المنتج نفسه، مع زيادة التركيز وزيادة، نفس تركيز منتجات الوزن الجزيئي المختلفة، الوزن الجزيئي للمنتج هو اللزوجة العالية. علاقتها بدرجة الحرارة مماثلة لعلاقتها بميثيل السليلوز. عندما ترتفع درجة الحرارة، تبدأ اللزوجة في الانخفاض، ولكن عندما تصل إلى درجة حرارة معينة، ترتفع اللزوجة فجأة ويحدث التجلط. درجة حرارة التجلط للمنتجات ذات اللزوجة المنخفضة أعلى من درجة حرارة المنتجات ذات اللزوجة العالية. مستوى نقطة التجلط، بالإضافة إلى اللزوجة العالية والمنخفضة للأثير، ولكن أيضًا مع نسبة تكوين مجموعة ميثوكسي الإيثر وهيدروكسي بروبيل والدرجة الكلية للاستبدال مرتبطة. تجدر الإشارة إلى أن هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز هو أيضًا شبه بلاستيكي؛ يكون محلوله مستقرًا عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة ولا يُظهر أي تدهور في اللزوجة باستثناء إمكانية التحلل الأنزيمي.
3، حمض هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز ومقاومة القلويات
حمض هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز القلوي، وحمض هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز القلوي، مستقر بشكل عام، ولا يتأثر بدرجة الحموضة (PH) من 2 إلى 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، ولكن تأثير زيادة لزوجة المحلول قليلاً سينخفض تدريجيًا في المستقبل.
4، يمكن خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يمكن خلط محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز مع مركبات بوليمرية قابلة للذوبان في الماء، للحصول على محلول شفاف متجانس ذي لزوجة أعلى. من هذه المركبات عالية الكثافة: بولي إيثيلين جلايكول، وأسيتات بولي فينيل، وبولي سيليكون، وبولي ميثيل فينيل سيلوكسان، وهيدروكسي إيثيل سليلوز، وميثيل سليلوز، وغيرها. كما تتميز مركبات البوليمر الطبيعية، مثل الصمغ العربي، وصمغ الخروب، وصمغ الشوك، وغيرها، بمزيج جيد مع محاليلها. يمكن أيضًا خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز مع حمض الستياريك أو حمض البالمتيك، أو إستر مانيتول، أو إستر السوربيتول، وكذلك مع الجلسرين، والسوربيتول، والمانيتول، ويمكن استخدام هذه المركبات كمُلَيِّنات لهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز.
5، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز غير قابل للذوبان في الماء
هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إيثر سليلوز غير قابل للذوبان في الماء، قابل للتشابك السطحي مع الألدهيدات، مما يجعل هذه الأثيرات القابلة للذوبان في الماء المترسبة في المحلول غير قابلة للذوبان في الماء. ولتحويل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إلى ألدهيد غير قابل للذوبان، وفورمالديهايد، وجليوكسال، وسكسينالدهيد، وثنائي ألدهيد، إلخ. عند استخدام الفورمالديهايد، يجب إيلاء اهتمام خاص لقيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، حيث يتفاعل الجليوكسال بشكل أسرع، لذلك يُستخدم الجليوكسال بشكل شائع في الإنتاج الصناعي كعامل تشابك. تتراوح جرعة هذا النوع من عوامل التشابك في المحلول بين 0.2% و10% من كتلة الأثير، والأفضل بين 7% و10%، مثل استخدام الجليوكسال بتركيز 3.3% و6% وهو الأنسب. تتراوح درجة حرارة المعالجة العامة بين 0 و30 درجة مئوية، ويتراوح وقت المعالجة بين 1 و120 دقيقة. يجب إجراء تفاعل الترابط المتقاطع في ظروف حمضية. عادةً، يُضاف حمض قوي غير عضوي أو حمض كربوكسيلي عضوي إلى المحلول لضبط درجة حموضة المحلول إلى حوالي 2-6، ويفضل أن تكون بين 4-6، ثم تُضاف الألدهيدات لتفاعل الترابط المتقاطع. الأحماض المستخدمة هي حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الهيدروكسي أسيتيك، وحمض السكسينيك، أو حمض الستريك. من بين هذه الأحماض، يُعد حمض الفورميك أو حمض الأسيتيك الأفضل، بينما يُعد حمض الفورميك الأفضل. يمكن أيضًا إضافة الأحماض والألدهيدات في نفس الوقت للسماح بترابط المحلول في نطاق درجة الحموضة المطلوب. يُستخدم هذا التفاعل غالبًا في المرحلة النهائية من عملية تحضير إيثر السليلوز، بحيث لا يذوب إيثر السليلوز، وسهل الاستخدام في الماء بدرجة حرارة 20-25 درجة مئوية للغسل والتنقية. عند استخدام المنتج، يُمكن إضافة مواد قلوية إلى محلوله لضبط درجة حموضة المحلول ليصبح قلويًا، فيذوب المنتج بسرعة في المحلول. كما يُمكن استخدام هذه الطريقة عند استخدام محلول إيثر السليلوز لصنع غشاء، ثم يُعالَج الغشاء ليصبح غشاءً غير قابل للذوبان.
6، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز مضاد للإنزيم
من الناحية النظرية، تُقاوم مشتقات السليلوز إنزيم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، حيث تحتوي كل مجموعة من مجموعات الجلوكوز اللامائية على تركيبة متماسكة من مجموعات الاستبدال، مما يُقلل من تآكل الكائنات الدقيقة، ولكن في الواقع، تتجاوز قيمة استبدال المنتج النهائي 1، ويحدث ذلك أيضًا عن طريق التحلل الإنزيمي. هذا هو وصف كل مجموعة في سلسلة السليلوز، حيث أن درجة الاستبدال غير موحدة. يمكن للكائنات الدقيقة أن تتآكل بالقرب من مجموعات الجلوكوز المجففة غير المستبدلة لتكوين سكريات يمكن للكائنات الدقيقة امتصاصها كغذاء. لذلك، كلما زادت درجة استبدال الأثير للسليلوز، زادت مقاومة إيثر السليلوز للتآكل الإنزيمي. أُفيد أنه في ظل ظروف مُتحكم بها، بلغت اللزوجة المتبقية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (DS=1.9)، وميثيل سليلوز (DS=1.83)، وميثيل سليلوز (DS=1.66)، وهيدروكسي إيثيل سليلوز (1.7%) 13.2%، و7.3%، و3.8%، و1.7% على التوالي. يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز بقدرة قوية على مقاومة الإنزيمات. وبالتالي، لا يحتاج هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز، كونه مضادًا ممتازًا للإنزيمات، إلى جانب قدرته الجيدة على التشتت والتكثيف وتكوين طبقة رقيقة، عند استخدامه في طلاءات المستحلبات وغيرها. ومع ذلك، لمنع التخزين طويل الأمد للمحلول أو احتمال تلوثه من الخارج، يمكن إضافة مواد حافظة، ويُحدد اختيارها وفقًا للمتطلبات النهائية للمحلول. أسيتات فينيل الزئبق وفلوروسيليكات المنغنيز مواد حافظة فعّالة، لكنها سامة ويجب استخدامها بحذر. عمومًا، يمكن إضافة ١ إلى ٥ ملغ من أسيتات فينيل الزئبق لكل لتر من المحلول.
7، أداء غشاء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يتميز غشاء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بأداء ممتاز، حيث يُطلى على لوح زجاجي بمحلوله المائي أو محلول المذيب العضوي، وبعد التجفيف، يصبح غشاءً شفافًا وصلبًا. يتميز بمقاومة جيدة للرطوبة ويبقى صلبًا في درجات الحرارة العالية. كما أن إضافة مُلدِّنات استرطابية تُعزز استطالته ومرونته، ولتحسين انثناءه، يُعد الجلسرين والسوربيتول والمُلدنات الأخرى الأنسب. يتراوح تركيز المحلول العام بين 2% و3%، وتتراوح جرعة المُلدِّنات بين 10% و20% من إيثر السليلوز. إذا كانت نسبة المُلدِّنات عالية، فقد تحدث ظاهرة انكماش غرواني في الرطوبة العالية. تكون قوة شد الغشاء المُلدِّن المُضاف أكبر بكثير من قوة شد الغشاء غير المُضاف، وتزداد بازدياد كمية المُلدِّن المُضاف، كما تزداد قابلية الغشاء للاسترطابية بازدياد كمية المُلدِّن.
وقت النشر: ٨ سبتمبر ٢٠٢٢