Propiedades de la hidroxipropilmetilcelulosa

La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un tipo de éter mixto de celulosa no iónico. A diferencia del éter mixto de metilcarboximetilcelulosa iónico, no reacciona con metales pesados. Debido a las diferentes proporciones de contenido de metoxilo e hidroxipropilo en la hidroxipropilmetilcelulosa y a las diferentes viscosidades, existen muchas variedades con propiedades diferentes; por ejemplo, un alto contenido de metoxilo y un bajo contenido de hidroxipropilo presenta un rendimiento similar al de la metilcelulosa, mientras que un bajo contenido de metoxilo y un alto contenido de hidroxipropilo se asemeja al de la hidroxipropilmetilcelulosa. Sin embargo, en cada variedad, aunque solo contenga una pequeña cantidad de grupos hidroxipropilo o metoxilo, existen grandes diferencias en la solubilidad en disolventes orgánicos o en la temperatura de floculación en soluciones acuosas.

(1) Propiedades de solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa

①Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en agua La hidroxipropilmetilcelulosa es en realidad un tipo de metilcelulosa modificada con óxido de propileno (metoxipropileno), por lo que aún tiene las mismas propiedades que la metilcelulosa. La celulosa tiene 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 más alta que la de la metilcelulosa. Por ejemplo, la viscosidad de la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa con un 2% de contenido de metoxi, grado de sustitución DS=0,73 y 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 metilcelulosa a la misma temperatura es de solo unos 55°C. En cuanto a su solubilidad en agua, también ha mejorado considerablemente. Por ejemplo, la hidroxipropilmetilcelulosa pulverizada (forma granular de 0,2~0,5 mm a 20 °C con una viscosidad de solución acuosa al 4 % de 2 pa•s) se puede comprar a temperatura ambiente, es fácilmente soluble en agua sin refrigeración.

②Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos La solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos también es mejor que la de la metilcelulosa. Para productos superiores a 2,1, la hidroxipropilmetilcelulosa de alta viscosidad que contiene hidroxipropil MS=1,5~1,8 y metoxi DS=0,2~1,0, con un grado de sustitución total superior a 1,8, es soluble en soluciones de metanol y etanol anhidros de grado medio, y termoplástica y soluble en agua. También es soluble en hidrocarburos clorados como el cloruro de metileno y el cloroformo, y en disolventes orgánicos como la acetona, el isopropanol y el alcohol diacetónico. Su solubilidad en disolventes orgánicos es mejor que su solubilidad en agua.

(2) Factores que afectan la viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa La determinación estándar de la viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa es la misma que la de otros éteres de celulosa y 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 se produce 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 grupos metoxilo e hidroxipropilo en el éter y el grado de sustitución total. Cabe señalar que la hidroxipropilmetilcelulosa también es pseudoplástica, y su solución es estable a temperatura ambiente sin 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. Por ejemplo, la carboximetilcelulosa reacciona con iones de metales pesados ​​y precipita en la solución. Las sales comunes como cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, etc., no precipitarán cuando se agreguen a su solución acuosa. Sin embargo, la adición de sal tiene cierta influencia en la temperatura de floculación de su solución acuosa. Cuando la concentración de sal aumenta, la temperatura de gel disminuye. Cuando la concentración de sal está por debajo del punto de floculación, la viscosidad de la solución tiende a aumentar. Por lo tanto, se agrega una cierta cantidad de sal. En la aplicación, puede lograr un efecto espesante más económico. Por lo tanto, en algunas aplicaciones, es mejor usar 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) Los éteres de celulosa solubles en agua e insolubles de la hidroxipropilmetilcelulosa pueden reticularse con aldehídos en la superficie, 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. Al usar 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 cantidad de este tipo de agente reticulante en la solución es del 0,2% al 10% de la masa del éter, preferiblemente del 7% al 10%, por ejemplo, del 3,3% al 6% de glioxal es lo más adecuado. Generalmente, el tratamiento

La temperatura es de 0 a 30 ℃ y el tiempo es de 1 a 120 min. La reacción de reticulación debe llevarse a cabo en condiciones ácidas. Generalmente, primero se añade a la solución un ácido fuerte inorgánico o un ácido carboxílico orgánico para ajustar el pH de la solución a aproximadamente 2 a 6, preferiblemente entre 4 y 6, y luego se añaden aldehídos para llevar a cabo la reacción de reticulación. El ácido utilizado puede ser ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fórmico, ácido acético, ácido hidroxiacético, ácido succínico o ácido cítrico, etc., siendo recomendable el ácido fórmico o el ácido acético, y el ácido fórmico 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 a menudo en el proceso de tratamiento final en la preparación de éteres de celulosa. Después de que el éter de celulosa sea insoluble, es conveniente utilizar

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 muestran que 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 observa que la hidroxipropilmetilcelulosa posee una fuerte capacidad antienzimática. Por lo tanto, su excelente resistencia a las enzimas, junto con su buena dispersibilidad, capacidad de espesamiento y propiedades filmógenas, permite su uso en recubrimientos de emulsión acuosa, etc., y generalmente no requiere la adición de conservantes. Sin embargo, para el almacenamiento prolongado de la solución o ante una posible contaminación externa, se pueden añadir conservantes como medida de precaución, y la elección dependerá de los requisitos finales de la solución. El acetato de fenilmercurio y el fluorosilicato de manganeso son conservantes eficaces, pero ambos presentan toxicidad, por lo que se debe prestar atención a su uso. Generalmente, se pueden añadir entre 1 y 5 mg de acetato de fenilmercurio a la solución por litro de la dosis.

(8) El rendimiento de la película de hidroxipropilmetilcelulosa La hidroxipropilmetilcelulosa tiene excelentes propiedades de formación de película. Su solución acuosa o solución de solvente orgánico se aplica sobre una placa de vidrio y se vuelve incolora y transparente después del secado. Y película resistente. Tiene buena resistencia a la humedad y permanece sólida a altas temperaturas. Si se agrega un plastificante higroscópico, su elongación y flexibilidad pueden mejorarse. En términos de mejorar la flexibilidad, los plastificantes como la glicerina y el sorbitol son los más adecuados. 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

La cantidad de 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.