Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist ein nichtionisches Cellulose-Mischethergemisch, das in verschiedenen Varianten vorkommt, sowie ionisches Methylcarboxymethylcellulose-Mischether. Es reagiert nicht mit Schwermetallen. Aufgrund des Hydroxypropylmethylcellulose-Gehalts und des unterschiedlichen Hydroxypropylanteils sowie der Viskosität ergeben sich Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Beispielsweise ähneln die Eigenschaften von Varianten mit hohem Methoxyl- und niedrigem Hydroxypropylgehalt denen von Methylcellulose, während die Eigenschaften von Varianten mit niedrigem Methoxyl- und hohem Hydroxypropylgehalt denen von reinem Hydroxypropylmethylcellulose ähneln. Innerhalb jeder Variante bestehen jedoch große Unterschiede in der Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln oder der Flockungstemperatur in wässriger Lösung, obwohl nur geringe Mengen an Hydroxypropyl- oder Methoxygruppen enthalten sind.
1, Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose
Die Wasserlöslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose beruht auf der Modifizierung von Methylcellulose mit Propylenoxid (Methyloxypropylring). Daher weist sie ähnliche Eigenschaften wie Methylcellulose auf: Sie ist in kaltem Wasser löslich und in heißem Wasser unlöslich. Die Gelierungstemperatur der modifizierten Hydroxypropylmethylcellulose ist jedoch deutlich höher als die von Methylcellulose in heißem Wasser. Beispielsweise beträgt die Viskosität einer wässrigen Lösung von Hydroxypropylmethylcellulose mit einem Methoxygehalt von 2 % (DS = 0,73) und einem Hydroxypropylgehalt (MS = 0,46) bei 20 °C 500 mPa. Die Gelierungstemperatur des Produkts liegt nahe 100 °C, während die von Methylcellulose bei derselben Temperatur nur etwa 55 °C beträgt. Auch die Wasserlöslichkeit wurde deutlich verbessert. Beispielsweise können Produkte nach dem Zerkleinern von Hydroxypropylmethylcellulose (Korngröße 0,2–0,5 mm) bei 20 °C und einer Viskosität von 2 pA in 4%iger wässriger Lösung leicht in Wasser gelöst werden, ohne dass eine Kühlung erforderlich ist.
(2) Die Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in organischen Lösungsmitteln ist besser als die von Methylcellulose. Methylcellulose benötigt einen Methoxy-Substitutionsgrad von mindestens 2,1 und enthält Hydroxypropyl-MS = 1,5–1,8 und Methoxy-DS = 0,2–1,0. Hochviskose Hydroxypropylmethylcellulose mit einem Gesamtsubstitutionsgrad über 1,8 ist in wasserfreiem Methanol und Ethanol löslich und weist sowohl thermoplastische als auch Wasserlöslichkeit auf. Sie ist außerdem in chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Dichlormethan und Trichlormethan sowie in organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Isopropanol und Diaceton löslich. Ihre Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln ist der Wasserlöslichkeit überlegen.
2, Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose und Einflussfaktoren
Die Viskositätsfaktoren von Hydroxypropylmethylcellulose und anderen Celluloseethern werden anhand einer 2%igen wässrigen Lösung bei 20 °C bestimmt. Die Viskosität des Produkts steigt mit zunehmender Konzentration, wobei Produkte mit unterschiedlichem Molekulargewicht bei gleicher Konzentration eine höhere Viskosität aufweisen. Das Temperaturverhalten ähnelt dem von Methylcellulose: Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität zunächst ab, steigt jedoch bei Erreichen einer bestimmten Temperatur sprunghaft an und es kommt zur Gelierung. Produkte mit niedriger Viskosität weisen eine höhere Gelierungstemperatur auf als solche mit hoher Viskosität. Der Gelpunkt hängt neben der Viskosität des Ethers auch vom Verhältnis der Methoxy- und Hydroxypropylgruppen sowie vom Gesamtsubstitutionsgrad ab. Hydroxypropylmethylcellulose ist pseudoplastisch; ihre Lösung ist bei Raumtemperatur stabil und zeigt – abgesehen von möglichem enzymatischem Abbau – keine Viskositätsverschlechterung.
3, Hydroxypropylmethylcellulose, Säure- und Laugenbeständigkeit
Hydroxypropylmethylcellulose ist im Allgemeinen gegenüber Säure und Lauge stabil und bleibt im pH-Bereich von 2 bis 12 unbeeinflusst. Sie verträgt gewisse Mengen schwacher Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Bernsteinsäure, Phosphorsäure und Borsäure. Konzentrierte Säuren reduzieren jedoch die Viskosität. Laugen wie Natronlauge, Kaliumnatronlauge und Kalkwasser haben keine Auswirkung, erhöhen die Viskosität der Lösung aber zunächst leicht, was sich mit der Zeit wieder verringert.
4. Hydroxypropylmethylcellulose kann gemischt werden
Hydroxypropylmethylcellulose-Lösung lässt sich mit wasserlöslichen Polymerverbindungen mischen und ergibt eine homogene, transparente Lösung mit höherer Viskosität. Zu diesen hochmolekularen Verbindungen zählen Polyethylenglykol, Polyvinylacetat, Polysilikon, Polymethylvinylsiloxan, Hydroxyethylcellulose und Methylcellulose. Auch natürliche Polymerverbindungen wie Gummi arabicum, Johannisbrotkernmehl und Johannisbrotkernmehl mischen sich gut mit der Lösung. Hydroxypropylmethylcellulose kann außerdem mit Stearinsäure, Palmitinsäure, Mannitolester oder Sorbitolester sowie mit Glycerin, Sorbitol und Mannit gemischt werden. Diese Verbindungen eignen sich als Weichmacher für Hydroxypropylmethylcellulose.
5, Hydroxypropylmethylcellulose unlöslich wasserlöslich
Hydroxypropylmethylcellulose ist in wasserlöslichem Celluloseether unlöslich und kann mit Aldehyden oberflächenvernetzt werden. Dabei fällt der wasserlösliche Ether in Lösung aus und wird in Wasser unlöslich. Die Vernetzung von Hydroxypropylmethylcellulose erfolgt mit Aldehyden wie Formaldehyd, Glyoxal, Succinaldehyd und Dialdehyd. Bei der Verwendung von Formaldehyd ist der pH-Wert der Lösung zu beachten, da Glyoxal in saurem Milieu schneller reagiert. Daher wird in der industriellen Produktion üblicherweise Glyoxal als Vernetzungsmittel eingesetzt. Die Dosierung des Vernetzungsmittels in der Lösung beträgt 0,2–10 % der Ethermasse, optimal sind 7–10 %. Beispielsweise ist die Verwendung von 3,3–6 % Glyoxal am besten geeignet. Die Behandlungstemperatur liegt üblicherweise zwischen 0 und 30 °C, die Reaktionszeit zwischen 1 und 120 Minuten. Die Vernetzungsreaktion muss unter sauren Bedingungen durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird der Lösung eine starke anorganische Säure oder eine organische Carbonsäure zugesetzt, um den pH-Wert auf etwa 2–6, vorzugsweise 4–6, einzustellen. Anschließend werden Aldehyde zur Vernetzungsreaktion hinzugefügt. Als Säuren werden Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Hydroxyessigsäure, Bernsteinsäure oder Zitronensäure verwendet, wobei Ameisensäure und Essigsäure am besten geeignet sind. Säuren und Aldehyde können auch gleichzeitig zugegeben werden, um die Vernetzung der Lösung im gewünschten pH-Bereich zu ermöglichen. Diese Reaktion wird häufig im letzten Schritt der Celluloseether-Herstellung eingesetzt, um die Unlöslichkeit des Celluloseethers zu gewährleisten und eine einfache Reinigung mit 20–25 °C warmem Wasser zu ermöglichen. Bei der Verwendung des Produkts können alkalische Substanzen zu der Lösung gegeben werden, um den pH-Wert auf alkalisch einzustellen und das Produkt schnell in der Lösung zu lösen. Dieses Verfahren kann auch angewendet werden, wenn eine Celluloseetherlösung zur Herstellung eines Films verwendet wird und der Film anschließend so behandelt wird, dass ein unlöslicher Film entsteht.
6, Hydroxypropylmethylcellulose-Antienzym
Die Enzymresistenz von Cellulosederivaten, wie beispielsweise Hydroxypropylmethylcellulose, beruht theoretisch darauf, dass bei Cellulosederivaten mit Anhydroglucosegruppen eine feste Substitutionskombination vorliegt, wodurch die Anfälligkeit für Infektionen durch Mikroorganismen verringert wird. In der Praxis kommt es jedoch bei Endprodukten mit einem Substitutionsgrad von über 1 ebenfalls zu enzymatischem Abbau. Dies zeigt sich in der uneinheitlichen Substitution der einzelnen Gruppen in der Cellulosekette. Mikroorganismen können nahegelegene unsubstituierte, dehydrierte Glucosegruppen abbauen und dabei Zucker bilden, die ihnen als Nahrung dienen. Daher erhöht sich die Resistenz von Celluloseethern gegenüber enzymatischer Erosion mit steigendem Veretherungsgrad der Cellulose. Es wird berichtet, dass die Restviskosität von Hydroxypropylmethylcellulose (DS = 1,9), Methylcellulose (DS = 1,83), Methylcellulose (DS = 1,66) und Hydroxyethylcellulose (1,7 %) unter kontrollierten Bedingungen 13,2 %, 7,3 %, 3,8 % bzw. 1,7 % betrug. Hydroxypropylmethylcellulose besitzt eine starke antienzymatische Wirkung. Aufgrund dieser hervorragenden antienzymatischen Eigenschaften, kombiniert mit guter Dispergierbarkeit, Verdickung und Filmbildung, ist bei der Anwendung in Emulsionsbeschichtungen etc. in der Regel kein Zusatz von Konservierungsmitteln erforderlich. Um jedoch die Langzeitlagerung der Lösung oder mögliche Verunreinigungen von außen zu verhindern, können Konservierungsmittel zugesetzt werden. Die Auswahl der Konservierungsmittel richtet sich nach den Anforderungen an die Lösung. Phenylquecksilberacetat und Manganfluoressigsäure sind wirksame Konservierungsmittel, jedoch toxisch und erfordern daher besondere Vorsicht. Im Allgemeinen können 1 bis 5 mg Phenylquecksilberacetat pro Liter Lösung hinzugefügt werden.
7, Leistung der Hydroxypropylmethylcellulose-Membran
Hydroxypropylmethylcellulose-Filme weisen hervorragende Filmeigenschaften auf. Ihre wässrige oder organische Lösung wird auf eine Glasplatte aufgetragen und bildet nach dem Trocknen einen farblosen, transparenten und zähen Film. Er ist feuchtigkeitsbeständig und bleibt auch bei hohen Temperaturen fest. Die Zugabe hygroskopischer Weichmacher kann die Dehnbarkeit und Flexibilität verbessern. Für eine bessere Biegsamkeit eignen sich Glycerin, Sorbit und andere Weichmacher am besten. Die übliche Lösungskonzentration liegt bei 2–3 %, die Weichmachermenge bei 10–20 % bezogen auf Celluloseether. Bei zu hohem Weichmachergehalt kann es bei hoher Luftfeuchtigkeit zu Schrumpfung durch Kolloid-Dehydratation kommen. Die Zugfestigkeit von Filmen mit Weichmacherzusatz ist deutlich höher als die von Filmen ohne Weichmacherzusatz und steigt mit zunehmender Menge. Auch die Hygroskopizität des Films nimmt mit steigender Weichmachermenge zu.
Veröffentlichungsdatum: 08.09.2022