Hydroxypropylmethylcelluloseist ein nichtionischer Cellulosemischether. Im Gegensatz zu ionischem Methylcarboxymethylcellulosemischether reagiert er nicht mit Schwermetallen. Aufgrund der unterschiedlichen Verhältnisse von Methoxyl- und Hydroxypropylgehalt in Hydroxypropylmethylcellulose und der unterschiedlichen Viskosität gibt es viele Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Beispielsweise ähnelt die Leistung von Varianten mit hohem Methoxyl- und niedrigem Hydroxypropylgehalt der von Methylcellulose, während die Leistung von Varianten mit niedrigem Methoxyl- und hohem Hydroxypropylgehalt der von Hydroxypropylmethylcellulose ähnelt. Obwohl jede Variante nur geringe Mengen an Hydroxypropylgruppen oder Methoxygruppen enthält, gibt es große Unterschiede in der Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln oder der Flockungstemperatur in wässrigen Lösungen.
(1) Löslichkeitseigenschaften von Hydroxypropylmethylcellulose
① Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in WasserHydroxypropylmethylcelluloseist eigentlich eine Art von Methylcellulose, die mit Propylenoxid (Methoxypropylen) modifiziert wurde. Sie besitzt daher dieselben Eigenschaften wie Methylcellulose und ist in kaltem Wasser ähnlich gut löslich, in heißem Wasser jedoch unlöslich. Aufgrund der modifizierten Hydroxypropylgruppe ist ihre Gelierungstemperatur in heißem Wasser jedoch viel höher als die von Methylcellulose. Beispielsweise beträgt die Viskosität einer wässrigen Lösung von Hydroxypropylmethylcellulose mit 2 % Methoxy, Substitutionsgrad DS = 0,73 und Hydroxypropylgehalt MS = 0,46 500 mPa·s bei 20 °C, und ihre Gelierungstemperatur kann fast 100 °C erreichen, während sie bei Methylcellulose bei der gleichen Temperatur nur etwa 55 °C beträgt. Auch ihre Löslichkeit in Wasser wurde stark verbessert. Beispielsweise kann pulverisierte Hydroxypropylmethylcellulose (körnige Form 0,2–0,5 mm bei 20 °C mit einer Viskosität von 2 Pa·s in einer 4%igen wässrigen Lösung) bei Raumtemperatur gekauft werden und ist ohne Kühlung leicht in Wasser löslich.
② Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in organischen Lösungsmitteln. Die Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in organischen Lösungsmitteln ist ebenfalls besser als die von Methylcellulose. Methylcellulose muss einen Methoxylsubstitutionsgrad von 2,1 aufweisen. Die oben genannten Produkte enthalten jedoch Hydroxypropyl MS = 1,5–1,8 und Methoxy DS = 0,2–1,0. Die hochviskose Hydroxypropylmethylcellulose mit einem Gesamtsubstitutionsgrad über 1,8 wird in wasserfreien Methanol- und Ethanollösungen gelöst und ist thermoplastisch und wasserlöslich. Sie ist auch in chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid und Chloroform sowie in organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Isopropanol und Diacetonalkohol löslich. Ihre Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln ist besser als die in Wasser.
(2) Faktoren, die die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose beeinflussen: Die Standardviskosität von Hydroxypropylmethylcellulose wird wie bei anderen Celluloseethern bestimmt. Sie wird bei 20 °C mit einer 2%igen wässrigen Lösung als Standard gemessen. Die Viskosität desselben Produkts steigt mit zunehmender Konzentration. Bei Produkten mit unterschiedlichen Molekulargewichten weist bei gleicher Konzentration das Produkt mit dem höheren Molekulargewicht eine höhere Viskosität auf. Die Abhängigkeit von der Temperatur ist ähnlich wie bei Methylcellulose. Bei steigender Temperatur beginnt die Viskosität zu sinken, steigt jedoch ab einer bestimmten Temperatur schlagartig an und es kommt zur Gelierung. Produkte mit niedriger Viskosität haben einen höheren Gelpunkt. Der Gelpunkt hängt nicht nur von der Viskosität des Ethers ab, sondern auch vom Verhältnis der Methoxy- zu den Hydroxypropylgruppen im Ether und dem Gesamtsubstitutionsgrad. Hydroxypropylmethylcellulose ist zudem pseudoplastisch und ihre Lösung ist bei Raumtemperatur stabil, ohne dass die Viskosität abnimmt, abgesehen von einem möglichen enzymatischen Abbau.
(3) Die Salzverträglichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose: Da Hydroxypropylmethylcellulose ein nichtionischer Ether ist, wird sie im Gegensatz zu anderen ionischen Celluloseethern wie Carboxymethylcellulose in wässrigen Medien nicht ionisiert, reagiert in der Lösung nicht mit Schwermetallionen und fällt aus. Gewöhnliche Salze wie Chlorid, Bromid, Phosphat, Nitrat usw. fallen nicht aus, wenn sie einer wässrigen Lösung hinzugefügt werden. Allerdings beeinflusst die Zugabe von Salz die Flockungstemperatur der wässrigen Lösung. Wenn die Salzkonzentration steigt, sinkt die Geltemperatur. Wenn die Salzkonzentration unter den Flockungspunkt fällt, steigt die Viskosität der Lösung tendenziell an. Deshalb kann durch die Zugabe einer bestimmten Salzmenge je nach Anwendung eine wirtschaftlicherer Verdickungswirkung erzielt werden. Deshalb ist es in manchen Anwendungen besser, eine Mischung aus Celluloseether und Salz zu verwenden als eine Etherlösung mit höherer Konzentration, um eine Verdickungswirkung zu erzielen.
(4) Säure- und alkalibeständige Hydroxypropylmethylcellulose. Hydroxypropylmethylcellulose ist im Allgemeinen säure- und alkalibeständig und wird im pH-Bereich von 2 bis 12 nicht beeinträchtigt. Sie verträgt eine gewisse Menge leichter Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Bernsteinsäure, Phosphorsäure und Borsäure. Konzentrierte Säuren reduzieren jedoch die Viskosität. Basen wie Natronlauge, Kalilauge und Kalkwasser haben keinen Einfluss darauf, können aber die Viskosität der Lösung leicht erhöhen und anschließend langsam wieder verringern.
(5) Mischbarkeit von Hydroxypropylmethylcellulose. Hydroxypropylmethylcellulose-Lösungen können mit wasserlöslichen Polymerverbindungen gemischt werden, um eine gleichmäßige, transparente Lösung mit höherer Viskosität zu erhalten. Zu diesen Polymerverbindungen gehören Polyethylenglykol, Polyvinylacetat, Polysilikon, Polymethylvinylsiloxan, Hydroxyethylcellulose und Methylcellulose. Natürliche hochmolekulare Verbindungen wie Gummi arabicum, Johannisbrotkernmehl, Karayagummi usw. sind ebenfalls gut mit der Lösung kompatibel. Hydroxypropylmethylcellulose kann auch mit Mannitol- oder Sorbitolestern der Stearinsäure oder Palmitinsäure sowie mit Glycerin, Sorbit und Mannitol gemischt werden. Diese Verbindungen können als Weichmacher für Cellulose verwendet werden.
(6) Die unlöslichen wasserlöslichenCelluloseetherHydroxypropylmethylcellulose kann mit Aldehyden eine Oberflächenvernetzung eingehen, sodass diese wasserlöslichen Ether in der Lösung ausgefällt werden und wasserunlöslich werden. Zu den Aldehyden, die Hydroxypropylmethylcellulose unlöslich machen, gehören Formaldehyd, Glyoxal, Bernsteinsäurealdehyd, Adipaldehyd usw. Bei der Verwendung von Formaldehyd muss besonders auf den pH-Wert der Lösung geachtet werden, da Glyoxal schneller reagiert und daher in der industriellen Produktion häufig als Vernetzungsmittel verwendet wird. Die Dosierung dieses Vernetzungsmittels in der Lösung beträgt 0,2–10 % der Ethermasse, vorzugsweise 7–10 %, beispielsweise sind 3,3–6 % Glyoxal am besten geeignet. Im Allgemeinen beträgt die Behandlungstemperatur 0–30 °C und die Dauer 1–120 Minuten. Die Vernetzungsreaktion muss unter sauren Bedingungen durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird der pH-Wert der Lösung durch Zugabe einer anorganischen starken Säure oder einer organischen Carbonsäure auf etwa 2–6 eingestellt (vorzugsweise 4–6). Anschließend werden Aldehyde zugegeben, um die Vernetzungsreaktion einzuleiten. Als Säuren kommen Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Hydroxyessigsäure, Bernsteinsäure oder Zitronensäure infrage, wobei Ameisensäure oder Essigsäure empfohlen wird und Ameisensäure optimal ist. Säure und Aldehyd können auch gleichzeitig zugegeben werden, um die Vernetzungsreaktion der Lösung im gewünschten pH-Bereich zu ermöglichen. Diese Reaktion wird häufig in der Endbehandlung bei der Herstellung von Celluloseethern eingesetzt. Sobald der Celluloseether unlöslich ist, kann er verwendet werden.
20–25 °C warmes Wasser zum Waschen und Reinigen. Während der Anwendung können alkalische Substanzen zur Produktlösung hinzugefügt werden, um den pH-Wert der Lösung alkalisch einzustellen. Das Produkt löst sich dann schnell in der Lösung auf. Dieses Verfahren ist auch für die Behandlung von Folien nach der Herstellung der Celluloseetherlösung anwendbar, um diese unlöslich zu machen.
(7) Die Enzymresistenz von Hydroxypropylmethylcellulose ist theoretisch ein Cellulosederivat, beispielsweise eine Anhydroglucosegruppe. Wenn eine fest gebundene Substituentengruppe vorhanden ist, ist eine Infektion durch Mikroorganismen nicht so leicht möglich. Tatsächlich wird das Endprodukt jedoch bei einem Substitutionswert über 1 auch durch Enzyme abgebaut. Dies bedeutet, dass der Substitutionsgrad jeder Gruppe in der Cellulosekette nicht gleichmäßig genug ist und Mikroorganismen die unsubstituierte Anhydroglucosegruppe angreifen und Zucker bilden können, der von Mikroorganismen als Nährstoff aufgenommen wird. Daher steigt mit zunehmendem Grad der Veretherung der Cellulose auch die Resistenz des Celluloseethers gegen enzymatische Erosion. Berichten zufolge beträgt die Restviskosität der unter kontrollierten Bedingungen hydrolysierten Enzyme bei Hydroxypropylmethylcellulose (DS = 1,9) 13,2 %, bei Methylcellulose (DS = 1,83) 7,3 %, bei Methylcellulose (DS = 1,66) 3,8 % und bei Hydroxyethylcellulose 1,7 %. Hydroxypropylmethylcellulose weist eine starke antienzymatische Wirkung auf. Aufgrund ihrer hervorragenden Enzymresistenz, ihrer guten Dispergierbarkeit, ihrer Verdickungs- und Filmbildungseigenschaften wird Hydroxypropylmethylcellulose daher für Beschichtungen auf Wasserbasis usw. verwendet, ohne dass im Allgemeinen Konservierungsmittel zugesetzt werden müssen. Bei längerer Lagerung der Lösung oder bei möglicher Kontamination von außen können jedoch vorsorglich Konservierungsmittel zugesetzt werden. Die Auswahl richtet sich nach den endgültigen Anforderungen der Lösung. Phenylquecksilberacetat und Manganfluorsilikat sind wirksame Konservierungsmittel, aber sie sind alle toxisch. Bei der Anwendung ist besondere Vorsicht geboten. Im Allgemeinen können der Lösung pro Liter Dosierung 1 bis 5 mg Phenylquecksilberacetat zugesetzt werden.
(8) Durchführung vonHydroxypropylmethylcelluloseHydroxypropylmethylcellulose hat hervorragende filmbildende Eigenschaften. Eine wässrige Lösung oder Lösung eines organischen Lösungsmittels wird auf eine Glasplatte aufgetragen und trocknet farblos und transparent. Der Film ist zäh und feuchtigkeitsbeständig und bleibt auch bei hohen Temperaturen fest. Durch Zugabe eines hygroskopischen Weichmachers können Dehnung und Flexibilität verbessert werden. Zur Verbesserung der Flexibilität eignen sich Weichmacher wie Glycerin und Sorbit am besten. Die Lösungskonzentration beträgt im Allgemeinen 2–3 %, und die Weichmachermenge beträgt 10–20 % Celluloseether. Bei zu hoher Weichmacherkonzentration kommt es bei hoher Luftfeuchtigkeit zu kolloidaler Dehydratationsschrumpfung. Die Zugfestigkeit eines Films mit Weichmacherzusatz ist wesentlich höher als die eines Films ohne Weichmacher und steigt mit der zugesetzten Menge. Auch die Hygroskopizität des Films steigt mit der Weichmachermenge.
Veröffentlichungszeit: 25. April 2024