HydroxypropylmethylcelulózaJe to druh neiontového směsného etheru celulózy. Na rozdíl od iontového směsného etheru methylkarboxymethylcelulózy nereaguje s těžkými kovy. Vzhledem k různým poměrům obsahu methoxylových skupin a hydroxypropylových skupin v hydroxypropylmethylcelulóze a různým viskozitám existuje mnoho odrůd s různými vlastnostmi, například vysoký obsah methoxylových skupin a nízký obsah hydroxypropylových skupin. Jeho vlastnosti se blíží vlastnostem methylcelulózy, zatímco vlastnosti nízkého obsahu methoxylových skupin a vysokého obsahu hydroxypropylových skupin se blíží vlastnostem hydroxypropylmethylcelulózy. Nicméně v každé odrůdě, i když obsahuje pouze malé množství hydroxypropylových skupin nebo malé množství methoxylových skupin, existují velké rozdíly v rozpustnosti v organických rozpouštědlech nebo teplotě flokulace ve vodných roztocích.
(1) Rozpustnost hydroxypropylmethylcelulózy
① Rozpustnost hydroxypropylmethylcelulózy ve voděHydroxypropylmethylcelulózaVe skutečnosti je to druh methylcelulózy modifikované propylenoxidem (methoxypropylenem), takže má stále stejné vlastnosti jako methylcelulóza, má podobné charakteristiky rozpustnosti ve studené vodě a nerozpustnosti v horké vodě. Vzhledem k modifikované hydroxypropylové skupině je však její teplota gelace v horké vodě mnohem vyšší než u methylcelulózy. Například viskozita vodného roztoku hydroxypropylmethylcelulózy s 2% obsahem methoxyskupiny, stupněm substituce DS=0,73 a obsahem hydroxypropylskupiny MS=0,46 je 500 mpa·s při 20 °C a teplota gelace může dosáhnout téměř 100 °C, zatímco methylcelulóza je při stejné teplotě pouze asi 55 °C. Pokud jde o její rozpustnost ve vodě, také se výrazně zlepšila. Například prášková hydroxypropylmethylcelulóza (granulovaný tvar 0,2~0,5 mm při 20 °C s viskozitou 4% vodného roztoku 2 Pa·s je k dispozici při pokojové teplotě a je snadno rozpustná ve vodě bez chlazení.
② Rozpustnost hydroxypropylmethylcelulózy v organických rozpouštědlech Rozpustnost hydroxypropylmethylcelulózy v organických rozpouštědlech je také lepší než u methylcelulózy. Methylcelulóza musí mít stupeň methoxylové substituce 2,1. Výše uvedené produkty, které obsahují hydroxypropylmethylcelulózu MS = 1,5~1,8 a methoxy DS = 0,2~1,0, mají vysoce viskózní hydroxypropylmethylcelulózu s celkovým stupněm substituce vyšším než 1,8 a jsou rozpustné v bezvodém methanolu a ethanolu, což vede k termoplasticitě a rozpustnosti ve vodě. Je také rozpustná v chlorovaných uhlovodících, jako je methylenchlorid a chloroform, a v organických rozpouštědlech, jako je aceton, isopropanol a diacetonalkohol. Její rozpustnost v organických rozpouštědlech je lepší než rozpustnost ve vodě.
(2) Faktory ovlivňující viskozitu hydroxypropylmethylcelulózy Standardní stanovení viskozity hydroxypropylmethylcelulózy je stejné jako u jiných etherů celulózy. Měří se při 20 °C s 2% vodným roztokem jako standardem. Viskozita stejného produktu se zvyšuje se zvyšující se koncentrací. U produktů s různými molekulovými hmotnostmi při stejné koncentraci má produkt s vyšší molekulovou hmotností vyšší viskozitu. Její vztah k teplotě je podobný jako u methylcelulózy. Když teplota stoupá, viskozita začíná klesat, ale když dosáhne určité teploty, viskozita náhle stoupá a dochází ke gelaci. Teplota gelu u produktů s nízkou viskozitou je vyšší. Její bod gelace nesouvisí pouze s viskozitou etheru, ale také s poměrem methoxylové a hydroxypropylové skupiny v etheru a s velikostí celkového stupně substituce. Je třeba poznamenat, že hydroxypropylmethylcelulóza je také pseudoplastická a její roztok je stabilní při pokojové teplotě bez jakékoli degradace viskozity, s výjimkou možnosti enzymatické degradace.
(3) Tolerance hydroxypropylmethylcelulózy vůči soli Vzhledem k tomu, že hydroxypropylmethylcelulóza je neiontový ether, neionizuje se ve vodném prostředí, na rozdíl od jiných iontových etherů celulózy, jako je karboxymethylcelulóza, v roztoku a nereaguje s ionty těžkých kovů a netvoří srážky. Obecné soli, jako jsou chloridy, bromidy, fosfáty, dusičnany atd., se po přidání do vodného roztoku nesrážejí. Přidání soli má však určitý vliv na teplotu flokulace vodného roztoku. Se zvyšující se koncentrací soli se teplota gelu snižuje. Pokud je koncentrace soli pod bodem flokulace, viskozita roztoku má tendenci se zvyšovat. Proto se při aplikaci může dosáhnout zahušťovacího efektu přidáním určitého množství soli ekonomičtěji. V některých aplikacích je proto pro dosažení zahušťovacího efektu lepší použít směs etheru celulózy a soli než roztok etheru s vyšší koncentrací.
(4) Odolnost hydroxypropylmethylcelulózy vůči kyselinám a zásadám Hydroxypropylmethylcelulóza je obecně stabilní vůči kyselinám a zásadám a není ovlivněna v rozmezí pH 2~12. Může odolat určitému množství lehkých kyselin, jako je kyselina mravenčí, kyselina octová, kyselina citronová, kyselina jantarová, kyselina fosforečná, kyselina boritá atd. Koncentrované kyseliny však snižují viskozitu. Zásady, jako je hydroxid sodný, hydroxid draselný a vápenná voda, na ni nemají žádný vliv, ale mohou mírně zvýšit viskozitu roztoku a poté ji pomalu snižovat.
(5) Mísitelnost hydroxypropylmethylcelulózy Roztok hydroxypropylmethylcelulózy lze smíchat s ve vodě rozpustnými polymerními sloučeninami za vzniku jednotného a transparentního roztoku s vyšší viskozitou. Mezi tyto polymerní sloučeniny patří polyethylenglykol, polyvinylacetát, polysilikon, polymethylvinylsiloxan, hydroxyethylcelulóza a methylcelulóza. Přírodní vysokomolekulární sloučeniny, jako je arabská guma, karubová guma, karaja guma atd., mají také dobrou kompatibilitu s tímto roztokem. Hydroxypropylmethylcelulóza se může také smíchat s mannitolesterem nebo sorbitolesterem kyseliny stearové nebo kyseliny palmitové a také s glycerinem, sorbitolem a mannitolem a tyto sloučeniny lze použít jako změkčovadlo pro celulózu na bázi hydroxypropylmethylcelulózy.
(6) Nerozpustný ve vodě rozpustnýétery celulózyHydroxypropylmethylcelulóza může provádět povrchové zesítění s aldehydy, takže tyto ve vodě rozpustné ethery se v roztoku vysrážejí a stávají se nerozpustnými ve vodě. Mezi aldehydy, které činí hydroxypropylmethylcelulózu nerozpustnou, patří formaldehyd, glyoxal, sukcinátový aldehyd, adipaldehyd atd. Při použití formaldehydu je třeba věnovat zvláštní pozornost hodnotě pH roztoku, protože glyoxal reaguje rychleji, proto se glyoxal běžně používá jako zesíťovací činidlo v průmyslové výrobě. Dávkování tohoto druhu zesíťovacího činidla v roztoku je 0,2 % až 10 % hmotnosti etheru, s výhodou 7 % až 10 %, například nejvhodnější je 3,3 % až 6 % glyoxalu. Obecně je teplota zpracování 0 až 30 °C a doba trvání 1 až 120 minut. Zesíťovací reakce musí probíhat za kyselého prostředí. Obecně se pH roztoku upraví na přibližně 2 až 6 přidáním anorganické silné kyseliny nebo organické karboxylové kyseliny do roztoku, s výhodou mezi 4 až 6, a poté se přidají aldehydy pro provedení síťovací reakce. Použitá kyselina může být kyselina chlorovodíková, kyselina sírová, kyselina fosforečná, kyselina mravenčí, kyselina octová, kyselina hydroxyoctová, kyselina jantarová nebo kyselina citronová atd., přičemž je vhodné použít kyselinu mravenčí nebo kyselinu octovou a kyselina mravenčí je optimální. Kyselinu a aldehyd lze také přidat současně, aby roztok mohl projít síťovací reakcí v požadovaném rozmezí pH. Tato reakce se často používá v konečném procesu zpracování při přípravě etherů celulózy. Poté, co je ether celulózy nerozpustný, je vhodné jej použít.
Voda o teplotě 20~25 °C pro promývání a čištění. Během používání produktu lze do roztoku produktu přidat alkalické látky, aby se upravilo pH roztoku na zásadité, a produkt se v roztoku rychle rozpustí. Tato metoda je také použitelná pro úpravu fólie po vytvoření nerozpustné fólie z roztoku etheru celulózy.
(7) Rezistence hydroxypropylmethylcelulózy vůči enzymům teoreticky spočívá v tom, že deriváty celulózy, jako je například každá anhydroglukózová skupina, se s pevně vázanou substituční skupinou snadno neinfikují mikroorganismy. Ve skutečnosti však hotový produkt, pokud hodnota substituce překročí 1, enzymy také rozkládají. To znamená, že stupeň substituce každé skupiny v celulózovém řetězci není dostatečně rovnoměrný a mikroorganismy mohou erodovat nesubstituovanou anhydroglukózovou skupinu za vzniku cukrů, které mikroorganismy absorbují jako živiny. Pokud se tedy zvýší stupeň etherifikace celulózy, zvýší se i odolnost etheru celulózy vůči enzymatické erozi. Podle zpráv je za kontrolovaných podmínek po hydrolýze enzymy zbytková viskozita hydroxypropylmethylcelulózy (DS = 1,9) 13,2 %, methylcelulózy (DS = 1,83) 7,3 %, methylcelulózy (DS = 1,66) 3,8 % a hydroxyethylcelulózy 1,7 %. Je zřejmé, že hydroxypropylmethylcelulóza má silnou antienzymatickou schopnost. Vynikající enzymatická odolnost hydroxypropylmethylcelulózy v kombinaci s dobrou dispergovatelností, zahušťovadly a filmotvornými vlastnostmi se proto používá ve vodných emulzních nátěrech atd. a obecně nevyžaduje přidání konzervačních látek. Pro dlouhodobé skladování roztoku nebo možnou kontaminaci zvenčí však lze preventivně přidat konzervační látky a jejich výběr lze určit podle konečných požadavků na roztok. Fenylrtuťnatý a fluorokřemičitan manganatý jsou účinné konzervační látky, ale všechny mají toxicitu, proto je třeba věnovat pozornost postupu. Obecně lze do roztoku přidat 1~5 mg fenylrtuťnaté kyseliny na litr dávky.
(8) VýkonhydroxypropylmethylcelulózaFilm Hydroxypropylmethylcelulóza má vynikající filmotvorné vlastnosti. Její vodný roztok nebo roztok v organickém rozpouštědle se nanese na skleněnou desku a po zaschnutí se stane bezbarvým a průhledným. Film je také pevný. Má dobrou odolnost proti vlhkosti a zůstává pevný i při vysokých teplotách. Pokud se přidá hygroskopické změkčovadlo, lze zvýšit jeho prodloužení a flexibilitu. Pro zlepšení flexibility jsou nejvhodnější změkčovadla, jako je glycerin a sorbitol. Obecně je koncentrace roztoku 2 % ~ 3 % a množství změkčovadla je 10 % ~ 20 % éteru celulózy. Pokud je obsah změkčovadla příliš vysoký, dochází při vysoké vlhkosti ke smrštění v důsledku koloidní dehydratace. Pevnost v tahu filmu s přidaným změkčovadlem je mnohem větší než bez změkčovadla a zvyšuje se se zvyšujícím se množstvím přidaného změkčovadla. Pokud jde o hygroskopičnost filmu, také se zvyšuje se zvyšujícím se množstvím změkčovadla.
Čas zveřejnění: 25. dubna 2024