Hidroxipropilmetilcelulosaes un tipo de éter mixto de celulosa no iónico. A diferencia del éter mixto de metil carboximetilcelulosa iónico, no reacciona con metales pesados. Debido a las diferentes proporciones de contenido de metoxilo y contenido de hidroxipropilo en la hidroxipropilmetilcelulosa y diferentes viscosidades, existen muchas variedades con diferentes propiedades, por ejemplo, alto contenido de metoxilo y bajo contenido de hidroxipropilo Su rendimiento es similar al de la metilcelulosa, mientras que el rendimiento de bajo contenido de metoxilo y alto contenido de hidroxipropilo es similar al de la hidroxipropilmetilcelulosa. Sin embargo, en cada variedad, aunque solo contiene una pequeña cantidad de grupo hidroxipropilo o una pequeña cantidad de grupo metoxilo, existen grandes diferencias en la solubilidad en disolventes orgánicos o la temperatura de floculación en soluciones acuosas.
(1) Propiedades de solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa
① Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en aguaHidroxipropilmetilcelulosaEn realidad, se trata de un tipo de metilcelulosa modificada con óxido de propileno (metoxipropileno), por lo que conserva las mismas propiedades que la metilcelulosa, con características similares de solubilidad en agua fría e insolubilidad en agua caliente. Sin embargo, debido al grupo hidroxipropilo modificado, su temperatura de gelificación en agua caliente es mucho mayor que la de la metilcelulosa. Por ejemplo, la viscosidad de una solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa con un 2 % de contenido de metoxi (grado de sustitución DS=0,73) y un contenido de hidroxipropilo (MS=0,46) es de 500 mpa·s a 20 °C, y su temperatura de gelificación puede alcanzar cerca de 100 °C, mientras que la de la metilcelulosa a la misma temperatura es de tan solo unos 55 °C. En cuanto a su solubilidad en agua, también ha mejorado notablemente. Por ejemplo, la hidroxipropilmetilcelulosa pulverizada (en forma granular de 0,2 a 0,5 mm a 20 °C con una viscosidad de solución acuosa al 4 % de 2 Pa•s) se puede comprar a temperatura ambiente y es fácilmente soluble en agua sin necesidad de refrigeración.
② Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos La solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos también es mejor que la de la metilcelulosa. La metilcelulosa necesita tener un grado de sustitución de metoxilo de 2,1 Los productos anteriores, pero que contienen hidroxipropil MS=1,5~1,8 y metoxi DS=0,2~1,0, la hidroxipropilmetilcelulosa de alta viscosidad con un grado de sustitución total superior a 1,8 se disuelve en soluciones de metanol y etanol anhidros, y tiene termoplasticidad y solubilidad en agua. También es soluble en hidrocarburos clorados como el cloruro de metileno y el cloroformo, y disolventes orgánicos como la acetona, el isopropanol y el alcohol diacetónico. Su solubilidad en disolventes orgánicos es mejor que la solubilidad en agua.
(2) Factores que influyen en la viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa La determinación estándar de la viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa es la misma que la de otros éteres de celulosa. Se mide a 20 °C con una solución acuosa al 2 % como estándar. La viscosidad del mismo producto aumenta con el aumento de la concentración. Para productos con diferentes pesos moleculares a la misma concentración, el producto con un peso molecular mayor tiene una viscosidad más alta. Su relación con la temperatura es similar a la de la metilcelulosa. Cuando la temperatura aumenta, la viscosidad comienza a disminuir, pero cuando alcanza cierta temperatura, la viscosidad aumenta repentinamente y ocurre la gelificación. La temperatura de gelificación de los productos de baja viscosidad es más alta. Su punto de gelificación no solo está relacionado con la viscosidad del éter, sino también con la proporción de composición del grupo metoxilo y el grupo hidroxipropilo en el éter y el tamaño del grado de sustitución total. Cabe señalar que la hidroxipropilmetilcelulosa también es pseudoplástica, y su solución es estable a temperatura ambiente sin ninguna degradación de la viscosidad, salvo la posibilidad de degradación enzimática.
(3) Tolerancia a la sal de la hidroxipropilmetilcelulosa Dado que la hidroxipropilmetilcelulosa es un éter no iónico, no se ioniza en medios acuosos, a diferencia de otros éteres de celulosa iónicos, como la carboximetilcelulosa básica, que en solución reaccionan con iones de metales pesados y precipitan. Sales comunes como cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, etc., no precipitan al añadirse a su solución acuosa. Sin embargo, la adición de sal influye en la temperatura de floculación de la solución acuosa. Al aumentar la concentración de sal, disminuye la temperatura de gelificación. Cuando la concentración de sal está por debajo del punto de floculación, la viscosidad de la solución tiende a aumentar. Por lo tanto, añadir una cierta cantidad de sal permite, en la aplicación, lograr un efecto espesante más económico. En consecuencia, en algunas aplicaciones, es preferible utilizar una mezcla de éter de celulosa y sal que una solución de éter de mayor concentración para lograr el efecto espesante.
(4) Resistencia de la hidroxipropilmetilcelulosa a ácidos y álcalis La hidroxipropilmetilcelulosa es generalmente estable a ácidos y álcalis, y no se ve afectada en el rango de pH 2~12. Puede soportar cierta cantidad de ácidos ligeros, como ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido succínico, ácido fosfórico, ácido bórico, etc. Pero los ácidos concentrados tienen el efecto de reducir la viscosidad. Los álcalis como la sosa cáustica, la potasa cáustica y el agua de cal no la afectan, pero pueden aumentar ligeramente la viscosidad de la solución y luego disminuirla lentamente.
(5) Miscibilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa La solución de hidroxipropilmetilcelulosa se puede mezclar con compuestos poliméricos solubles en agua para formar una solución uniforme y transparente con mayor viscosidad. Estos compuestos poliméricos incluyen polietilenglicol, acetato de polivinilo, polisilicona, polimetilvinilsiloxano, hidroxietilcelulosa y metilcelulosa. Los compuestos naturales de alto peso molecular como la goma arábiga, la goma de algarrobo, la goma karaya, etc., también tienen buena compatibilidad con su solución. La hidroxipropilmetilcelulosa también se puede mezclar con éster de manitol o éster de sorbitol de ácido esteárico o ácido palmítico, y también se puede mezclar con glicerina, sorbitol y manitol, y estos compuestos se pueden usar como plastificante de hidroxipropilmetilcelulosa para celulosa.
(6) El agua insoluble solubleéteres de celulosaLa hidroxipropilmetilcelulosa puede realizar una reticulación superficial con aldehídos, de modo que estos éteres solubles en agua precipitan en la solución y se vuelven insolubles en agua. Los aldehídos que hacen insoluble la hidroxipropilmetilcelulosa incluyen formaldehído, glioxal, aldehído succínico, adipaldehído, etc. Cuando se utiliza formaldehído, se debe prestar especial atención al valor de pH de la solución, entre los cuales el glioxal reacciona más rápido, por lo que el glioxal se usa comúnmente como agente reticulante en la producción industrial. La dosis de este tipo de agente reticulante en la solución es 0,2%~10% de la masa de éter, preferiblemente 7%~10%, por ejemplo, 3,3%~6% de glioxal es lo más adecuado. Generalmente, la temperatura de tratamiento es 0~30℃, y el tiempo es 1~120 min. La reacción de reticulación debe llevarse a cabo en condiciones ácidas. Generalmente, el pH de la solución se ajusta a un valor aproximado de 2 a 6 mediante la adición de un ácido fuerte inorgánico o un ácido carboxílico orgánico, preferiblemente entre 4 y 6, y luego se añaden aldehídos para llevar a cabo la reacción de reticulación. Los ácidos utilizados pueden ser ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fórmico, ácido acético, ácido hidroxiacético, ácido succínico o ácido cítrico, entre otros; se recomienda el ácido fórmico o el ácido acético, siendo este último el óptimo. El ácido y el aldehído también pueden añadirse simultáneamente para permitir que la solución experimente una reacción de reticulación dentro del rango de pH deseado. Esta reacción se utiliza frecuentemente en el proceso de tratamiento final en la preparación de éteres de celulosa. Una vez que el éter de celulosa es insoluble, resulta conveniente su uso.
Se utiliza agua a 20-25 °C para el lavado y la purificación. Durante el uso del producto, se pueden añadir sustancias alcalinas a la solución para ajustar su pH a un valor alcalino, lo que permite que el producto se disuelva rápidamente. Este método también es aplicable al tratamiento de la película después de su preparación con la solución de éter de celulosa, para convertirla en una película insoluble.
(7) La resistencia enzimática de la hidroxipropilmetilcelulosa es teóricamente derivada de la celulosa, como cada grupo anhidroglucosa, si hay un grupo sustituyente firmemente unido, no es fácil que sea infectado por microorganismos, pero de hecho el producto terminado Cuando el valor de sustitución excede 1, también será degradado por enzimas, lo que significa que el grado de sustitución de cada grupo en la cadena de celulosa no es suficientemente uniforme, y los microorganismos pueden erosionar en el grupo anhidroglucosa no sustituido para formar azúcares, como nutrientes para que los microorganismos absorban. Por lo tanto, si el grado de sustitución de eterificación de la celulosa aumenta, la resistencia a la erosión enzimática del éter de celulosa también aumentará. Según los informes, en condiciones controladas, los resultados de la hidrólisis de las enzimas producidas, la viscosidad residual de la hidroxipropilmetilcelulosa (DS=1,9) es del 13,2%, la de la metilcelulosa (DS=1,83) es del 7,3%, la de la metilcelulosa (DS=1,66) es del 3,8% y la de la hidroxietilcelulosa es del 1,7%. Se puede observar que la hidroxipropilmetilcelulosa tiene una fuerte capacidad antienzimática. Por lo tanto, la excelente resistencia enzimática de la hidroxipropilmetilcelulosa, combinada con su buena dispersibilidad, espesamiento y propiedades filmógenas, se utiliza en recubrimientos de emulsión acuosa, etc., y generalmente no necesita agregar conservantes. Sin embargo, para el almacenamiento prolongado de la solución o una posible contaminación externa, se pueden agregar conservantes como precaución, y la elección puede determinarse según los requisitos finales de la solución. El acetato de fenilmercurio y el fluorosilicato de manganeso son conservantes eficaces, pero todos son tóxicos, por lo que se debe prestar atención a su operación. Generalmente, se pueden añadir entre 1 y 5 mg de acetato de fenilmercurio a la solución por litro de la dosis.
(8) Rendimiento dehidroxipropilmetilcelulosaLa película de hidroxipropilmetilcelulosa posee excelentes propiedades filmógenas. Su solución acuosa o en disolvente orgánico se aplica sobre una placa de vidrio, y tras el secado se vuelve incolora y transparente. Además, es una película resistente. Presenta buena resistencia a la humedad y permanece sólida a altas temperaturas. Si se añade un plastificante higroscópico, se puede mejorar su elongación y flexibilidad. Para mejorar la flexibilidad, los plastificantes más adecuados son la glicerina y el sorbitol. Generalmente, la concentración de la solución es del 2 % al 3 %, y la cantidad de plastificante es del 10 % al 20 % del éter de celulosa. Si el contenido de plastificante es demasiado alto, se producirá una contracción por deshidratación coloidal a alta humedad. La resistencia a la tracción de la película con plastificante añadido es mucho mayor que la de la película sin plastificante, y aumenta con el incremento de la cantidad añadida. En cuanto a la higroscopicidad de la película, también aumenta con el incremento de la cantidad de plastificante.
Fecha de publicación: 25 de abril de 2024