يُعدّ هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) إيثرًا مختلطًا غير أيوني من السليلوز، وهو يختلف عن إيثر ميثيل كاربوكسي ميثيل السليلوز الأيوني المختلط، ولا يتفاعل مع المعادن الثقيلة. وبسبب اختلاف محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز ونسبة الهيدروكسي بروبيل فيه ولزوجته، تتباين أنواعه في الأداء. فعلى سبيل المثال، يكون أداء الأنواع ذات المحتوى العالي من الميثوكسيل والمحتوى المنخفض من الهيدروكسي بروبيل قريبًا من أداء ميثيل السليلوز، بينما يكون أداء الأنواع ذات المحتوى المنخفض من الميثوكسيل والمحتوى العالي من الهيدروكسي بروبيل قريبًا من أداء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. ومع ذلك، حتى في كل نوع، وعلى الرغم من احتوائه على كمية قليلة من الهيدروكسي بروبيل أو الميثوكسيل، إلا أن الذوبانية في المذيبات العضوية ودرجة حرارة التلبد في المحلول المائي تختلف اختلافًا كبيرًا.
1- قابلية ذوبان هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يُعدّ هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز، في الواقع، نوعًا من ميثيل سليلوز المُعدّل بأكسيد البروبيلين (حلقة ميثيل أوكسي بروبيل)، ولذلك فهو يُشابه ميثيل سليلوز في خصائصه من حيث الذوبان في الماء البارد وعدم الذوبان في الماء الساخن. مع ذلك، فإن درجة حرارة التجلط لهيدروكسي 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% من الميثوكسي (DS=0.73) ونسبة هيدروكسي بروبيل (MS=0.46)، 500 ميجا باسكال عند 20 درجة مئوية. تقترب درجة حرارة تجلط المنتج S من 100 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة تجلط ميثيل سليلوز عند نفس درجة الحرارة حوالي 55 درجة مئوية فقط. أما بالنسبة لذوبانه في الماء، فقد تحسن بشكل كبير أيضًا، على سبيل المثال، بعد سحق هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (شكل الحبيبات 0.2 ~ 0.5 مم عند 20 درجة مئوية 4٪ لزوجة مائية 2 بيكو أمبير؟ يمكن إذابة المنتجات بسهولة في الماء دون تبريد في درجة حرارة الغرفة.
(2) يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز في المذيبات العضوية بذوبانية أفضل من ميثيل السليلوز، الذي يتطلب درجة استبدال ميثوكسي تبلغ 2.1 أو أكثر، ويحتوي على هيدروكسي بروبيل (MS) بدرجة استبدال تتراوح بين 1.5 و1.8 وميثوكسي (DS) بدرجة استبدال تتراوح بين 0.2 و1.0. يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز عالي اللزوجة، بدرجة استبدال إجمالية أعلى من 1.8، بذوبانية عالية في محاليل الميثانول والإيثانول اللامائية، كما أنه يتمتع بخاصية اللدائن الحرارية والذوبانية في الماء. وهو قابل للذوبان أيضًا في الهيدروكربونات المكلورة مثل ثنائي كلورو الميثان وثلاثي كلورو الميثان، وفي المذيبات العضوية مثل الأسيتون وكحول الأيزوبروبيل وكحول ثنائي الأسيتون. وتتفوق ذوبانيته في المذيبات العضوية على ذوبانيته في الماء.
2- لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز من العوامل المؤثرة
تُحدد لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، كما هو الحال مع إيثرات السليلوز الأخرى، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية باستخدام محلول مائي بنسبة 2% كمعيار. تزداد لزوجة المنتج نفسه مع زيادة التركيز، بينما تزداد لزوجة المنتجات ذات الوزن الجزيئي المختلف عند نفس التركيز، حيث تكون المنتجات ذات الوزن الجزيئي الأعلى ذات لزوجة أعلى. وتتشابه علاقتها بدرجة الحرارة مع علاقة ميثيل سلولوز؛ فمع ارتفاع درجة الحرارة، تبدأ اللزوجة بالانخفاض، ولكن عند بلوغ درجة حرارة معينة، ترتفع اللزوجة فجأة ويحدث التجلط. وتكون درجة حرارة التجلط للمنتجات ذات اللزوجة المنخفضة أعلى من تلك الخاصة بالمنتجات ذات اللزوجة العالية. ويرتبط مستوى نقطة التجلط، بالإضافة إلى لزوجة الإيثر (عالية أو منخفضة)، بنسبة تركيب مجموعات الميثوكسي والهيدروكسي بروبيل في الإيثر ودرجة الاستبدال الكلية. تجدر الإشارة إلى أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو أيضًا مادة لزجة زائفة؛ محلوله مستقر عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة ولا يظهر أي تدهور في اللزوجة باستثناء إمكانية التحلل الأنزيمي.
3، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، مقاومة للأحماض والقلويات
حمض هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز وقلوي: يتميز حمض هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز وقلوي بثباتهما بشكل عام، ولا يتأثران في نطاق الرقم الهيدروجيني من 2 إلى 12. كما أنه يتحمل كمية معينة من الأحماض الخفيفة، مثل حمض الفورميك، وحمض الخليك، وحمض الستريك، وحمض السكسينيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض البوريك، وغيرها. إلا أن الأحماض المركزة تُقلل من لزوجته. أما القلويات مثل الصودا الكاوية، وهيدروكسيد البوتاسيوم، وماء الجير، فلا تؤثر عليه، ولكن تأثيرها في زيادة لزوجة المحلول بشكل طفيف يتناقص تدريجيًا مع مرور الوقت.
4- يمكن خلط هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يمكن مزج محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز مع مركبات بوليمرية قابلة للذوبان في الماء، ليُشكّل محلولاً شفافاً متجانساً ذو لزوجة عالية. تشمل هذه المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي: بولي إيثيلين جليكول، وبولي فينيل أسيتات، وبولي سيليكون، وبولي ميثيل فينيل سيلوكسان، وهيدروكسي إيثيل السليلوز، وميثيل السليلوز، وغيرها. كما تُعدّ المركبات البوليمرية الطبيعية، مثل الصمغ العربي، وصمغ الخروب، وصمغ شجرة الشوك، وغيرها، مزيجاً جيداً مع هذا المحلول. ويمكن أيضاً مزج هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز مع حمض الستياريك أو حمض البالميتيك أو إستر المانيتول أو إستر السوربيتول، وكذلك مع الجلسرين والسوربيتول والمانيتول، حيث تُستخدم هذه المركبات كملدّن لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز.
5، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز غير قابل للذوبان قابل للذوبان في الماء
يمكن ربط إيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء وغير القابل للذوبان في الماء، والمُسمى هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، سطحيًا بالألدهيدات، مما يؤدي إلى ترسب هذا الإيثر القابل للذوبان في الماء في المحلول، ليصبح غير قابل للذوبان فيه. كما يمكن أن يؤدي ذلك إلى جعل هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز غير قابل للذوبان في الماء، مثل الألدهيدات، والفورمالديهايد، والجليوكسال، والساكسينالديهايد، والديالديهايد، وغيرها. عند استخدام الفورمالديهايد، يجب الانتباه جيدًا إلى قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، حيث يتفاعل الجليوكسال بشكل أسرع، ولذلك يُستخدم الجليوكسال بشكل شائع كعامل ربط في الإنتاج الصناعي. تتراوح جرعة هذا النوع من عوامل الربط في المحلول بين 0.2% و10% من كتلة الإيثر، والنسبة المثلى هي 7% إلى 10%، بينما يُعد استخدام الجليوكسال بنسبة 3.3% إلى 6% هو الأنسب. تتراوح درجة حرارة المعالجة العامة بين 0 و30 درجة مئوية، وتتراوح مدة المعالجة بين 1 و120 دقيقة. يتطلب تفاعل الربط المتشابك إجراءه في وسط حمضي. عادةً، يُضاف حمض قوي غير عضوي أو حمض كربوكسيلي عضوي إلى المحلول لضبط درجة حموضته إلى حوالي 2-6، ويفضل أن تكون بين 4-6، ثم تُضاف الألدهيدات لإتمام تفاعل الربط المتشابك. تشمل الأحماض المستخدمة حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الهيدروكسي أسيتيك، وحمض السكسينيك، أو حمض الستريك. يُعد حمض الفورميك أو حمض الأسيتيك الأفضل، بينما يُعد حمض الفورميك الأفضل. يمكن أيضًا إضافة الأحماض والألدهيدات معًا لضمان ربط المحلول المتشابك ضمن نطاق درجة الحموضة المطلوب. يُستخدم هذا التفاعل غالبًا في المرحلة النهائية من تحضير إيثر السليلوز، حيث لا يذوب إيثر السليلوز، مما يُسهل غسله وتنقيته بالماء عند درجة حرارة 20-25 درجة مئوية. عند استخدام المنتج، يمكن إضافة مواد قلوية إلى محلوله لضبط درجة حموضته، مما يؤدي إلى ذوبان المنتج بسرعة. ويمكن استخدام هذه الطريقة أيضًا عند استخدام محلول إيثر السليلوز لتكوين غشاء، ثم معالجة هذا الغشاء ليصبح غير قابل للذوبان.
6- هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز مضاد للإنزيم
تتمتع مشتقات السليلوز، مثل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، بمقاومة إنزيمية عالية، حيث أن كل مجموعة أنهيدروغلوكوز، على سبيل المثال، تحتوي على مجموعة استبدال قوية، مما يجعلها أقل عرضة للتلف بفعل الكائنات الدقيقة. ولكن في الواقع، عند استبدال أكثر من مجموعة واحدة في المنتج النهائي، فإنه يتعرض أيضًا للتحلل الإنزيمي. وهذا يعكس عدم انتظام درجة استبدال كل مجموعة في سلسلة السليلوز، حيث تستطيع الكائنات الدقيقة تحلل مجموعات الغلوكوز غير المستبدلة لتكوين السكريات، والتي يمكن امتصاصها كغذاء. لذلك، كلما زادت درجة استبدال السليلوز بالإيثر، زادت مقاومة إيثر السليلوز للتحلل الإنزيمي. تشير التقارير إلى أنه في ظل ظروف مضبوطة، بلغت اللزوجة المتبقية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (DS=1.9)، وميثيل السليلوز (DS=1.83)، وميثيل السليلوز (DS=1.66)، وهيدروكسي إيثيل السليلوز (1.7%)، 13.2%، و7.3%، و3.8%، و1.7% على التوالي. يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بقدرة عالية على تثبيط الإنزيمات. لذا، وبفضل خصائصه الممتازة في تثبيط الإنزيمات، بالإضافة إلى تشتته الجيد، وقدرته على التكثيف، وتكوين طبقة رقيقة، فإنه يُستخدم في طلاءات المستحلبات وغيرها، ولا يحتاج عادةً إلى إضافة مواد حافظة. مع ذلك، ولتجنب التخزين طويل الأمد للمحلول أو التلوث المحتمل من العوامل الخارجية، يمكن إضافة مواد حافظة، ويتم تحديد نوعها وفقًا للمتطلبات النهائية للمحلول. يُعدّ كلٌّ من أسيتات فينيل الزئبق وفلوروسيليكات المنغنيز من المواد الحافظة الفعّالة، لكنهما سامّان ويجب استخدامهما بحذر. عمومًا، يُمكن إضافة 1 إلى 5 ملغ من أسيتات فينيل الزئبق إلى كل لتر من المحلول.
7- أداء غشاء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يتميز غشاء هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بأداء ممتاز، حيث يُطلى بمحلوله المائي أو محلوله في مذيب عضوي على لوح زجاجي، ليصبح بعد التجفيف غشاءً عديم اللون وشفافًا ومتينًا. يتمتع هذا الغشاء بمقاومة جيدة للرطوبة ويحافظ على صلابته في درجات الحرارة العالية. يمكن تحسين استطالته ومرونته بإضافة مُلدِّن ماص للرطوبة، ويُعد الجلسرين والسوربيتول من الملدنات الأنسب لتحسين مقاومته للانحناء. يتراوح تركيز المحلول عادةً بين 2% و3%، بينما تتراوح جرعة الملدن بين 10% و20% من إيثر السليلوز. في حال زيادة كمية الملدن، قد يحدث انكماش ناتج عن جفاف الغرواني في الرطوبة العالية. تكون قوة الشد للغشاء المُضاف إليه الملدن أكبر بكثير من قوة الشد للغشاء غير المُضاف إليه الملدن، وتزداد هذه القوة مع زيادة كمية الملدن المُضاف، كما تزداد استرطابية الغشاء أيضًا مع زيادة كمية الملدن.
تاريخ النشر: 8 سبتمبر 2022