خواص هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نوعی اتر مخلوط سلولز غیر یونی است. برخلاف اتر مخلوط متیل کربوکسی متیل سلولز یونی، با فلزات سنگین واکنش نمی‌دهد. به دلیل نسبت‌های مختلف محتوای متوکسیل و محتوای هیدروکسی پروپیل در هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و ویسکوزیته‌های مختلف، انواع زیادی با خواص مختلف وجود دارد، به عنوان مثال، محتوای متوکسیل بالا و محتوای هیدروکسی پروپیل پایین عملکرد آن نزدیک به متیل سلولز است، در حالی که محتوای متوکسیل پایین و محتوای هیدروکسی پروپیل بالا نزدیک به هیدروکسی پروپیل متیل سلولز است. با این حال، در هر نوع، اگرچه فقط مقدار کمی گروه هیدروکسی پروپیل یا مقدار کمی گروه متوکسیل وجود دارد، اما تفاوت‌های زیادی در حلالیت در حلال‌های آلی یا دمای لخته شدن در محلول‌های آبی وجود دارد.

(1) خواص حلالیت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز
① حلالیت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در آب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در واقع نوعی متیل سلولز اصلاح شده توسط اکسید پروپیلن (متوکسی پروپیلن) است، بنابراین هنوز همان خواص متیل سلولز را دارد. سلولز دارای ویژگی‌های مشابهی از حلالیت در آب سرد و عدم حلالیت در آب گرم است. با این حال، به دلیل گروه هیدروکسی پروپیل اصلاح شده، دمای ژل شدن آن در آب گرم بسیار بالاتر از متیل سلولز است. به عنوان مثال، ویسکوزیته محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با درجه جایگزینی متوکسی 2٪ DS=0.73 و محتوای هیدروکسی پروپیل MS=0.46 در دمای 20 درجه سانتیگراد 500 مگاپاسکال بر ثانیه است و دمای ژل شدن آن می‌تواند به نزدیک 100 درجه سانتیگراد برسد، در حالی که متیل سلولز در همان دما تنها حدود 55 درجه سانتیگراد است. در مورد حلالیت آن در آب، حلالیت آن نیز بسیار بهبود یافته است. برای مثال، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز پودر شده (به شکل دانه‌ای ۰.۲ تا ۰.۵ میلی‌متر در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد با ویسکوزیته محلول آبی ۴٪ معادل ۲ پاسکال بر ثانیه) را می‌توان در دمای اتاق خریداری کرد، این ماده به راحتی و بدون نیاز به خنک شدن در آب حل می‌شود.

②حلالیت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در حلال‌های آلی حلالیت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در حلال‌های آلی نیز بهتر از متیل سلولز است. برای محصولات بالاتر از 2.1، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با ویسکوزیته بالا حاوی هیدروکسی پروپیل MS=1.5~1.8 و متوکسی DS=0.2~1.0، با درجه کل جایگزینی بالاتر از 1.8، در محلول‌های متانول و اتانول بی‌آب محلول است و ترموپلاستیک و محلول در آب است. همچنین در هیدروکربن‌های کلردار مانند متیلن کلرید و کلروفرم و حلال‌های آلی مانند استون، ایزوپروپانول و الکل دی استون محلول است. حلالیت آن در حلال‌های آلی بهتر از حلالیت در آب است.

(2) عوامل مؤثر بر ویسکوزیته هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تعیین ویسکوزیته استاندارد هیدروکسی پروپیل متیل سلولز مشابه سایر اترهای سلولزی است و در دمای 20 درجه سانتیگراد با محلول آبی 2٪ به عنوان استاندارد اندازه‌گیری می‌شود. ویسکوزیته همان محصول با افزایش غلظت افزایش می‌یابد. برای محصولاتی با وزن مولکولی متفاوت در غلظت یکسان، محصولی با وزن مولکولی بیشتر ویسکوزیته بالاتری دارد. رابطه آن با دما مشابه متیل سلولز است. وقتی دما افزایش می‌یابد، ویسکوزیته شروع به کاهش می‌کند، اما وقتی به دمای خاصی می‌رسد، ویسکوزیته ناگهان افزایش می‌یابد و ژل شدن رخ می‌دهد. دمای ژل محصولات با ویسکوزیته پایین بالاتر است. نقطه ژل آن نه تنها به ویسکوزیته اتر مربوط می‌شود، بلکه به نسبت ترکیب گروه متوکسیل و گروه هیدروکسی پروپیل در اتر و اندازه درجه جایگزینی کل نیز مربوط می‌شود. لازم به ذکر است که هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نیز شبه پلاستیک است و محلول آن در دمای اتاق بدون هیچ گونه تخریب ویسکوزیته پایدار است، به جز احتمال تخریب آنزیمی.

(3) تحمل نمک هیدروکسی پروپیل متیل سلولز از آنجایی که هیدروکسی پروپیل متیل سلولز یک اتر غیر یونی است، برخلاف سایر اترهای سلولز یونی، در محیط آب یونیزه نمی‌شود. به عنوان مثال، کربوکسی متیل سلولز با یون‌های فلزات سنگین واکنش می‌دهد و در محلول رسوب می‌کند. نمک‌های عمومی مانند کلرید، برمید، فسفات، نیترات و غیره هنگام اضافه شدن به محلول آبی آن رسوب نمی‌کنند. با این حال، افزودن نمک تا حدودی بر دمای لخته شدن محلول آبی آن تأثیر می‌گذارد. هنگامی که غلظت نمک افزایش می‌یابد، دمای ژل کاهش می‌یابد. هنگامی که غلظت نمک زیر نقطه لخته شدن باشد، ویسکوزیته محلول تمایل به افزایش دارد. بنابراین، مقدار مشخصی نمک اضافه می‌شود. در کاربرد، می‌تواند اثر غلیظ‌کنندگی را اقتصادی‌تر کند. بنابراین، در برخی کاربردها، بهتر است از مخلوطی از اتر سلولز و نمک به جای غلظت بالاتر محلول اتر برای دستیابی به اثر غلیظ‌کنندگی استفاده شود.

(4) مقاومت در برابر اسید و باز هیدروکسی پروپیل متیل سلولز هیدروکسی پروپیل متیل سلولز عموماً در برابر اسیدها و بازها پایدار است و در محدوده pH 2 تا 12 تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد. می‌تواند مقدار مشخصی از اسیدهای سبک مانند اسید فرمیک، اسید استیک، اسید سیتریک، اسید سوکسینیک، اسید فسفریک، اسید بوریک و غیره را تحمل کند. اما اسید غلیظ اثر کاهش ویسکوزیته دارد. قلیاهایی مانند سود سوزآور، پتاس سوزآور و آب آهک هیچ تاثیری بر آن ندارند، اما می‌توانند ویسکوزیته محلول را کمی افزایش داده و سپس به آرامی آن را کاهش دهند.

(5) سازگاری هیدروکسی پروپیل متیل سلولز محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز را می‌توان با ترکیبات پلیمری محلول در آب مخلوط کرد تا محلولی یکنواخت و شفاف با ویسکوزیته بالاتر تشکیل شود. این ترکیبات پلیمری شامل پلی اتیلن گلیکول، پلی وینیل استات، پلی سیلیکون، پلی متیل وینیل سیلوکسان، هیدروکسی اتیل سلولز و متیل سلولز هستند. ترکیبات طبیعی با وزن مولکولی بالا مانند صمغ عربی، صمغ خرنوب، صمغ کارایا و غیره نیز سازگاری خوبی با محلول آن دارند. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز همچنین می‌تواند با استر مانیتول یا استر سوربیتول اسید استئاریک یا اسید پالمیتیک مخلوط شود و همچنین می‌تواند با گلیسیرین، سوربیتول و مانیتول مخلوط شود و این ترکیبات می‌توانند به عنوان نرم‌کننده هیدروکسی پروپیل متیل سلولز برای سلولز استفاده شوند.

(6) اترهای سلولزی نامحلول در آب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز می‌توانند با آلدهیدها پیوند عرضی سطحی برقرار کنند، به طوری که این اترهای محلول در آب در محلول رسوب کرده و در آب نامحلول می‌شوند. آلدهیدهایی که هیدروکسی پروپیل متیل سلولز را نامحلول می‌کنند شامل فرمالدئید، گلیوکسال، آلدهید سوکسینیک، آدیپالدئید و غیره هستند. هنگام استفاده از فرمالدئید، باید به مقدار pH محلول توجه ویژه‌ای شود، که در میان آنها گلیوکسال سریع‌تر واکنش می‌دهد، بنابراین گلیوکسال معمولاً به عنوان عامل پیوند عرضی در تولید صنعتی استفاده می‌شود. مقدار این نوع عامل پیوند عرضی در محلول 0.2٪ تا 10٪ از جرم اتر است، ترجیحاً 7٪ تا 10٪، به عنوان مثال، 3.3٪ تا 6٪ گلیوکسال مناسب‌ترین است. به طور کلی، دمای عملیات 0 تا 30 درجه سانتیگراد و زمان 1 تا 120 دقیقه است. واکنش پیوند عرضی باید در شرایط اسیدی انجام شود. به طور کلی، ابتدا به محلول، اسید قوی معدنی یا اسید کربوکسیلیک آلی اضافه می‌شود تا pH محلول به حدود 2 تا 6، ترجیحاً بین 4 تا 6، تنظیم شود و سپس آلدهیدها برای انجام واکنش پیوند عرضی اضافه می‌شوند. اسید مورد استفاده شامل اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک، اسید فسفریک، اسید فرمیک، اسید استیک، اسید هیدروکسی استیک، اسید سوکسینیک یا اسید سیتریک و غیره است که در آن استفاده از اسید فرمیک یا اسید استیک توصیه می‌شود و اسید فرمیک بهینه است. اسید و آلدهید را می‌توان همزمان اضافه کرد تا محلول در محدوده pH مورد نظر، واکنش پیوند عرضی انجام دهد. این واکنش اغلب در فرآیند تصفیه نهایی در فرآیند تهیه اترهای سلولزی استفاده می‌شود. پس از نامحلول شدن اتر سلولز، استفاده از آن راحت است.

آب 20 تا 25 درجه سانتیگراد برای شستشو و تصفیه. هنگام استفاده از محصول، می‌توان مواد قلیایی را به محلول محصول اضافه کرد تا pH محلول قلیایی شود و محصول به سرعت در محلول حل شود. این روش همچنین برای تصفیه فیلم پس از تبدیل محلول اتر سلولز به فیلم و تبدیل آن به یک فیلم نامحلول قابل استفاده است.

(7) مقاومت آنزیمی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در تئوری، مشتقات سلولز، مانند یک گروه جانشینی که به طور محکم روی هر گروه انیدروگلوکز پیوند خورده‌اند، مستعد فرسایش میکروبی نیستند، اما در واقع، هنگامی که مقدار جانشینی محصول نهایی از 1 بیشتر شود، توسط آنزیم‌ها نیز تخریب می‌شود، به این معنی که درجه جانشینی هر گروه روی زنجیره سلولز به اندازه کافی یکنواخت نیست و میکروارگانیسم‌ها می‌توانند روی گروه انیدروگلوکز جانشین نشده فرسایش ایجاد کنند. قندها تشکیل شده و به عنوان مواد مغذی برای میکروارگانیسم‌ها جذب می‌شوند. بنابراین، اگر درجه جانشینی اتری سلولز افزایش یابد، مقاومت در برابر فرسایش آنزیمی اتر سلولز نیز افزایش می‌یابد. طبق گزارش‌ها، در شرایط کنترل شده، نتایج هیدرولیز آنزیم‌ها، ویسکوزیته باقیمانده هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (DS=1.9) 13.2٪، متیل سلولز (DS=1.83) 7.3٪، متیل سلولز (DS=1.66) 3.8٪ و هیدروکسی اتیل سلولز 1.7٪ است. می‌توان مشاهده کرد که هیدروکسی پروپیل متیل سلولز خاصیت ضد آنزیمی قوی دارد. بنابراین، مقاومت آنزیمی عالی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، همراه با خاصیت پراکندگی، غلظت دهندگی و تشکیل فیلم خوب آن، در پوشش‌های امولسیون آب و غیره استفاده می‌شود و عموماً نیازی به افزودن مواد نگهدارنده ندارد. با این حال، برای نگهداری طولانی مدت محلول یا آلودگی احتمالی از خارج، می‌توان مواد نگهدارنده را به عنوان یک اقدام احتیاطی اضافه کرد و انتخاب را می‌توان با توجه به نیازهای نهایی محلول تعیین کرد. استات فنیل مرکوریک و فلوروسیلیکات منگنز مواد نگهدارنده مؤثری هستند، اما همه آنها سمی هستند، باید به نحوه عملکرد توجه شود. به طور کلی، می‌توان 1 تا 5 میلی‌گرم استات فنیل مرکوری را به ازای هر لیتر از دوز به محلول اضافه کرد.

(8) عملکرد فیلم هیدروکسی پروپیل متیل سلولز هیدروکسی پروپیل متیل سلولز خواص تشکیل فیلم عالی دارد. محلول آبی یا محلول حلال آلی آن روی یک صفحه شیشه‌ای پوشانده شده و پس از خشک شدن آزاد می‌شود. فیلم رنگی، شفاف و سفت. مقاومت خوبی در برابر رطوبت دارد و در دماهای بالا جامد باقی می‌ماند. در صورت افزودن نرم‌کننده جاذب رطوبت، می‌توان کشیدگی و انعطاف‌پذیری آن را افزایش داد. از نظر بهبود انعطاف‌پذیری، نرم‌کننده‌هایی مانند گلیسیرین و سوربیتول مناسب‌ترین هستند. به طور کلی، غلظت محلول 2٪ تا 3٪ و مقدار نرم‌کننده 10٪ تا 20٪ اتر سلولز است. اگر مقدار نرم‌کننده خیلی زیاد باشد، در رطوبت بالا انقباض ناشی از کم‌آبی کلوئیدی رخ می‌دهد. استحکام کششی فیلم با نرم‌کننده اضافه شده بسیار بیشتر از فیلم بدون نرم‌کننده است و با افزایش مقدار اضافه شده افزایش می‌یابد. در مورد رطوبت‌پذیری فیلم نیز با افزایش مقدار نرم‌کننده افزایش می‌یابد.