Hydroksipropyylimetyyliselluloosaon eräänlainen ioniton selluloosaseoseetteri. Toisin kuin ioninen metyylikarboksimetyyliselluloosaseoseetteri, se ei reagoi raskasmetallien kanssa. Hydroksipropyylimetyyliselluloosan metoksyyli- ja hydroksipropyylipitoisuuksien erilaisten suhteiden ja eri viskositeettien vuoksi on olemassa useita lajikkeita, joilla on erilaiset ominaisuudet, esimerkiksi korkea metoksyyli- ja matala hydroksipropyylipitoisuus. Sen suorituskyky on lähellä metyyliselluloosan suorituskykyä, kun taas matalan metoksyyli- ja korkean hydroksipropyylipitoisuuden omaavien lajikkeiden suorituskyky on lähellä hydroksipropyylimetyyliselluloosan suorituskykyä. Kuitenkin jokaisessa lajikkeessa, vaikka siinä on vain pieni määrä hydroksipropyyliryhmää tai pieni määrä metoksyyliryhmää, on suuria eroja liukoisuudessa orgaanisiin liuottimiin tai flokkulaatiolämpötilassa vesiliuoksissa.
(1) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuusominaisuudet
① Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuus veteenHydroksipropyylimetyyliselluloosaon itse asiassa propyleenioksidilla (metoksipropeeni) modifioitu metyyliselluloosa, joten sillä on edelleen samat ominaisuudet kuin metyyliselluloosalla, jolla on samanlaiset kylmän veden liukoisuuden ja kuuman veden liukenemattomuuden ominaisuudet. Modifioidun hydroksipropyyliryhmän vuoksi sen geeliytymislämpötila kuumassa vedessä on kuitenkin paljon korkeampi kuin metyyliselluloosan. Esimerkiksi hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuoksen, jonka metoksipitoisuus on 2 % (substituutioaste DS = 0,73 ja hydroksipropyylipitoisuus MS = 0,46), viskositeetti on 500 mpa·s 20 °C:ssa, ja sen geeliytymislämpötila voi nousta lähes 100 °C:seen, kun taas metyyliselluloosan samassa lämpötilassa on vain noin 55 °C. Myös sen vesiliukoisuutta on parannettu huomattavasti. Esimerkiksi jauhettua hydroksipropyylimetyyliselluloosaa (rakeiden muoto 0,2–0,5 mm 20 °C:ssa ja 4 %:n vesiliuoksen viskositeetti 2 pa·s) voi ostaa huoneenlämmössä, ja se liukenee helposti veteen ilman jäähdytystä.
② Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuus orgaanisiin liuottimiin Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuus orgaanisiin liuottimiin on myös parempi kuin metyyliselluloosan. Metyyliselluloosan metoksyylisubstituutioasteen on oltava 2,1. Edellä mainitut tuotteet, mutta jotka sisältävät hydroksipropyyliä MS = 1,5–1,8 ja metoksia DS = 0,2–1,0, ovat korkean viskositeetin omaavia hydroksipropyylimetyyliselluloosaa, jonka kokonaissubstituutioaste on yli 1,8, liukenevat vedettömiin metanoli- ja etanoliliuoksiin, ja sillä on termoplastisuutta ja vesiliukoisuutta. Se liukenee myös kloorattuihin hiilivetyihin, kuten metyleenikloridiin ja kloroformiin, sekä orgaanisiin liuottimiin, kuten asetoniin, isopropanoliin ja diasetonialkoholiin. Sen liukoisuus orgaanisiin liuottimiin on parempi kuin vesiliukoisuus.
(2) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan viskositeettiin vaikuttavat tekijät Hydroksipropyylimetyyliselluloosan viskositeetin vakiomääritys on sama kuin muiden selluloosaeetterien. Se mitataan 20 °C:ssa käyttäen 2 % vesiliuosta standardina. Saman tuotteen viskositeetti kasvaa pitoisuuden kasvaessa. Eri molekyylipainoisten tuotteiden viskositeetti samassa pitoisuudessa on suurempi molekyylipainoinen tuote, jolla on suurempi viskositeetti. Sen suhde lämpötilaan on samanlainen kuin metyyliselluloosalla. Lämpötilan noustessa viskositeetti alkaa laskea, mutta tietyn lämpötilan saavuttaessa viskositeetti nousee äkillisesti ja tapahtuu geeliytymistä. Matalaviskositeettisten tuotteiden geelin lämpötila on korkeampi. Sen geeliytymispiste ei liity ainoastaan eetterin viskositeettiin, vaan myös metoksyyli- ja hydroksipropyyliryhmien koostumussuhteeseen eetterissä ja kokonaissubstituutioasteen suuruuteen. On huomattava, että hydroksipropyylimetyyliselluloosa on myös pseudoplastista, ja sen liuos on stabiili huoneenlämmössä ilman viskositeetin heikkenemistä lukuun ottamatta entsymaattista hajoamista.
(3) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan suolasietokyky Koska hydroksipropyylimetyyliselluloosa on ioniton eetteri, se ei ionisoidu vesiliuoksessa, toisin kuin muut ioniset selluloosaeetterit, kuten karboksimetyyliselluloosa, reagoidakseen raskasmetalli-ionien kanssa ja saostuakseen liuoksessa. Yleiset suolat, kuten kloridi, bromidi, fosfaatti, nitraatti jne., eivät saostu, kun niitä lisätään vesiliuokseen. Suolan lisäyksellä on kuitenkin jonkin verran vaikutusta vesiliuoksen flokkauslämpötilaan. Kun suolapitoisuus kasvaa, geelin lämpötila laskee. Kun suolapitoisuus on flokkauspisteen alapuolella, liuoksen viskositeetti pyrkii kasvamaan. Siksi tietty määrä suolaa lisätään sovelluksessa sakeuttamisvaikutuksen saavuttamiseksi taloudellisemmin. Siksi joissakin sovelluksissa on parempi käyttää selluloosaeetterin ja suolan seosta kuin suurempaa eetteriliuoksen pitoisuutta sakeuttamisvaikutuksen saavuttamiseksi.
(4) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan happo- ja emäskestävyys Hydroksipropyylimetyyliselluloosa on yleensä stabiili hapoille ja emäksille, eikä se kestä pH-aluetta 2–12. Se kestää tietyn määrän kevyitä happoja, kuten muurahaishappoa, etikkahappoa, sitruunahappoa, meripihkahappoa, fosforihappoa, boorihappoa jne. Väkevällä hapolla on kuitenkin viskositeettia alentava vaikutus. Lipeällä, kaustisella soodalla ja kalkkivedellä ei ole vaikutusta, mutta ne voivat lisätä liuoksen viskositeettia hieman ja sitten hitaasti vähentää sitä.
(5) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan sekoittuvuus Hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuosta voidaan sekoittaa vesiliukoisten polymeeriyhdisteiden kanssa, jolloin saadaan tasainen ja läpinäkyvä liuos, jolla on korkeampi viskositeetti. Näitä polymeeriyhdisteitä ovat polyetyleeniglykoli, polyvinyyliasetaatti, polysilikoni, polymetyylivinyylisiloksaani, hydroksietyyliselluloosa ja metyyliselluloosa. Luonnolliset suurimolekyyliset yhdisteet, kuten arabikumi, johanneksenleipäpuukumi, karaijakumi jne., ovat myös hyvin yhteensopivia liuoksen kanssa. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaa voidaan sekoittaa myös steariinihapon tai palmitiinihapon mannitoliesteriin tai sorbitoliesteriin, ja sitä voidaan myös sekoittaa glyseriinin, sorbitolin ja mannitolin kanssa, ja näitä yhdisteitä voidaan käyttää selluloosan hydroksipropyylimetyyliselluloosan pehmittiminä.
(6) Liukenematon vesiliukoinenselluloosaeetterithydroksipropyylimetyyliselluloosa voi suorittaa pintasilloitusta aldehydien kanssa, jolloin nämä vesiliukoiset eetterit saostuvat liuokseen ja muuttuvat veteen liukenemattomiksi. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaa liukenemattomaksi tekeviä aldehydejä ovat formaldehydi, glyoksaali, meripihka-aldehydi ja adipaldehydi. Formaldehydiä käytettäessä on kiinnitettävä erityistä huomiota liuoksen pH-arvoon. Glyoksaali reagoi näiden joukossa nopeammin, joten sitä käytetään yleisesti silloittimena teollisessa tuotannossa. Tällaisen silloittimen annostus liuoksessa on 0,2–10 % eetterin massasta, edullisesti 7–10 %, esimerkiksi sopivin määrä on 3,3–6 % glyoksaalia. Yleensä käsittelylämpötila on 0–30 ℃ ja aika 1–120 minuuttia. Silloitusreaktio on suoritettava happamissa olosuhteissa. Yleensä liuoksen pH säädetään noin 2–6:een lisäämällä liuokseen epäorgaanista vahvaa happoa tai orgaanista karboksyylihappoa, edullisesti välille 4–6, ja sitten lisätään aldehydejä silloittumisreaktion suorittamiseksi. Käytetty happo on suolahappo, rikkihappo, fosforihappo, muurahaishappo, etikkahappo, hydroksietikkahappo, meripihkahappo tai sitruunahappo jne., jolloin muurahaishappo tai etikkahappo on suositeltavaa ja muurahaishappo on optimaalinen. Happo ja aldehydi voidaan lisätä myös samanaikaisesti, jotta liuos voi käydä läpi silloittumisreaktion halutulla pH-alueella. Tätä reaktiota käytetään usein selluloosaeettereiden valmistusprosessin viimeisessä käsittelyprosessissa. Selluloosaeetteri on kätevä käyttää sen jälkeen, kun se on liukenematon.
Pesuun ja puhdistukseen käytetään 20–25 ℃ vettä. Käytön aikana liuokseen voidaan lisätä emäksisiä aineita pH:n säätämiseksi emäksiseksi, jolloin tuote liukenee liuokseen nopeasti. Tätä menetelmää voidaan soveltaa myös selluloosaeetteriliuoksen kalvon käsittelyyn liukenemattoman kalvon muodostamiseksi sen jälkeen, kun se on valmistettu kalvoksi.
(7) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan entsyymiresistenssi on teoriassa selluloosajohdannaisten, kuten kunkin anhydroglukoosiryhmän, entsyymiresistenssi. Jos substituutioryhmä on tiukasti sitoutunut, mikro-organismit eivät helposti tartu siihen. Itse asiassa valmiissa tuotteessa substituutioarvo ylittää 1 ja entsyymit hajottavat sitä. Tämä tarkoittaa, että selluloosaketjun kunkin ryhmän substituutioaste ei ole riittävän tasainen, ja mikro-organismit voivat erodoida substituoimattoman anhydroglukoosiryhmän muodostaen sokereita, jotka toimivat mikro-organismien imeytyvinä ravinteina. Siksi, jos selluloosan eetteröintisubstituutioaste kasvaa, myös selluloosaeetterin entsymaattisen eroosion vastustuskyky kasvaa. Raporttien mukaan kontrolloiduissa olosuhteissa entsyymien hydrolyysitulosten perusteella hydroksipropyylimetyyliselluloosan jäännösviskositeetti (DS = 1,9) on 13,2 %, metyyliselluloosan (DS = 1,83) 7,3 %, metyyliselluloosan (DS = 1,66) 3,8 % ja hydroksietyyliselluloosan 1,7 %. Voidaan nähdä, että hydroksipropyylimetyyliselluloosalla on voimakas entsyymien vastainen kyky. Siksi hydroksipropyylimetyyliselluloosan erinomainen entsyymiresistenssi yhdistettynä sen hyviin dispergoituvuus-, sakeuttamis- ja kalvonmuodostusominaisuuksiin mahdollistaa sen käytön vesiemulsiopinnoitteissa jne., eikä yleensä tarvitse lisätä säilöntäaineita. Liuoksen pitkäaikaiseen säilytykseen tai mahdollisen ulkoisen kontaminaation estämiseksi säilöntäaineita voidaan kuitenkin lisätä varotoimenpiteenä, ja valinta voidaan tehdä liuoksen lopullisten vaatimusten mukaan. Fenyylielohopea-asetaatti ja mangaanifluorosilikaatti ovat tehokkaita säilöntäaineita, mutta niillä kaikilla on myrkyllisyyttä, joten käyttöön on kiinnitettävä huomiota. Yleensä liuokseen voidaan lisätä 1–5 mg fenyylielohopea-asetaattia annosta litraa kohden.
(8) SuorituskykyhydroksipropyylimetyyliselluloosaHydroksipropyylimetyyliselluloosakalvolla on erinomaiset kalvonmuodostusominaisuudet. Sen vesiliuos tai orgaaninen liuotinliuos levitetään lasilevylle, ja kuivumisen jälkeen siitä tulee väritön ja läpinäkyvä. Se on kestävä kalvo. Sillä on hyvä kosteudenkestävyys ja se pysyy kiinteänä korkeissa lämpötiloissa. Jos siihen lisätään hygroskooppista pehmitintä, sen venymä ja joustavuus paranevat. Joustavuuden parantamiseksi sopivimpia ovat pehmittimet, kuten glyseriini ja sorbitoli. Yleensä liuoksen pitoisuus on 2–3 % ja pehmittimen määrä 10–20 % selluloosaeetteriä. Jos pehmittimen pitoisuus on liian korkea, korkeassa kosteudessa tapahtuu kolloidista kuivumiskutistumista. Pehmitintä sisältävän kalvon vetolujuus on paljon suurempi kuin ilman pehmitintä, ja se kasvaa lisätyn määrän kasvaessa. Kalvon hygroskooppisuus kasvaa myös pehmittimen määrän kasvaessa.
Julkaisuaika: 25. huhtikuuta 2024