Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC) on 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 ominaisuudet ovat lähellä metyyliselluloosan ominaisuuksia, kun taas matalan metoksyyli- ja korkean hydroksipropyylipitoisuuden omaavat ominaisuudet ovat lähellä hydroksipropyylimetyyliselluloosan ominaisuuksia. 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
①Hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliukoisuus Hydroksipropyylimetyyliselluloosa on itse asiassa propyleenioksidilla (metoksipropeenilla) modifioitu metyyliselluloosa, joten sillä on silti samat ominaisuudet kuin metyyliselluloosalla. Selluloosalla on samanlaiset kylmän veden liukoisuus ja kuuman veden liukenemattomuusominaisuudet. Modifioidun hydroksipropyyliryhmän vuoksi sen geeliytymislämpötila kuumassa vedessä on kuitenkin paljon korkeampi kuin metyyliselluloosan. Esimerkiksi 2 %:n metoksipitoisuuden (substituutioaste DS = 0,73 ja hydroksipropyylipitoisuus MS = 0,46) hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuoksen 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 vesiliukoisuus on parantunut huomattavasti. Esimerkiksi jauhettua hydroksipropyylimetyyliselluloosaa (rakeiden muoto 0,2–0,5 mm 20 °C:ssa, jonka 4 %:n vesiliuoksen viskositeetti on 2 Pa•s) voi ostaa huoneenlämmössä, ja se liukenee helposti veteen ilman jäähdytystä.
②Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuus orgaanisiin liuottimiin Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukoisuus orgaanisiin liuottimiin on myös parempi kuin metyyliselluloosan. Yli 2,1-arvoisten tuotteiden kohdalla korkean viskositeetin omaava hydroksipropyylimetyyliselluloosa, jonka hydroksipropyylin MS on 1,5–1,8 ja metoksi DS 0,2–1,0 ja kokonaissubstituutioaste yli 1,8, liukenee vedettömiin metanoli- ja etanoliliuoksiin. Se on väliaineellinen, termoplastinen ja vesiliukoinen. 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 standardimääritys on sama kuin muiden selluloosaeetterien, ja se mitataan 20 °C:ssa käyttäen 2 % vesiliuosta standardina. Saman tuotteen viskositeetti kasvaa pitoisuuden kasvaessa. Tuotteilla, joilla on eri molekyylipainot samassa pitoisuudessa, suuremman molekyylipainon omaavalla tuotteella on suurempi viskositeetti. Sen suhde lämpötilaan on samanlainen kuin metyyliselluloosan. Lämpötilan noustessa viskositeetti alkaa laskea, mutta tietyn lämpötilan saavuttaessa,
Viskositeetti nousee äkillisesti ja tapahtuu geeliytyminen. Alhaisen viskositeetin omaavien tuotteiden geelin lämpötila on korkeampi. Sen geeliytymispiste ei liity ainoastaan eetterin viskositeettiin, vaan myös eetterin metoksyyli- ja hydroksipropyyliryhmien koostumussuhteeseen ja kokonaissubstituutioasteeseen. On huomattava, että hydroksipropyylimetyyliselluloosa on myös pseudoplastista, ja sen liuos on stabiili huoneenlämmössä ilman viskositeetin heikkenemistä lukuun ottamatta entsymaattisen hajoamisen mahdollisuutta.
(3) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan suolasieto Koska hydroksipropyylimetyyliselluloosa on ioniton eetteri, se ei ionisoidu vesiliuoksessa toisin kuin muut ioniset selluloosaeetterit. Esimerkiksi karboksimetyyliselluloosa reagoi raskasmetalli-ionien kanssa ja saostuu liuokseen. 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, jolloin sakeutusvaikutus on taloudellisempi. Siksi joissakin sovelluksissa on parempi käyttää selluloosaeetterin ja suolan seosta kuin suurempaa eetteriliuoksen pitoisuutta sakeutusvaikutuksen 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. Emäkset, kuten lipeä, kaustinen sooda ja kalkkivesi, eivät vaikuta siihen, 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) Hydroksipropyylimetyyliselluloosan liukenemattomat vesiliukoiset selluloosaeetterit voidaan silloittaa pinnalla 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, sillä glyoksaali reagoi nopeammin, joten glyoksaalia käytetään yleisesti silloittimena teollisessa tuotannossa. Tällaisen silloittimen määrä liuoksessa on 0,2–10 % eetterin massasta, edullisesti 7–10 %. Esimerkiksi sopivin määrä on 3,3–6 % glyoksaalia. Yleisesti ottaen käsittely
Lämpötila on 0–30 ℃ ja aika 1–120 minuuttia. Ristisilloitusreaktio on suoritettava happamissa olosuhteissa. Yleensä liuokseen lisätään ensin epäorgaanista vahvaa happoa tai orgaanista karboksyylihappoa pH:n säätämiseksi noin arvoon 2–6, edullisesti välille 4–6, ja sitten lisätään aldehydejä ristisilloitusreaktion suorittamiseksi. Käytetty happo voi olla 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 ristisilloitusreaktion halutulla pH-alueella. Tätä reaktiota käytetään usein selluloosaeettereiden valmistusprosessin viimeisessä käsittelyprosessissa. Kun selluloosaeetteri on liukenematon, on kätevää käyttää
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 hydrolyysin tuloksena 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) Hydroksipropyylimetyyliselluloosakalvon ominaisuudet Hydroksipropyylimetyyliselluloosalla 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 on 10–20 % selluloosaeetteriä. Jos pehmittimen pitoisuus on liian korkea, korkeassa kosteudessa tapahtuu kolloidista kuivumiskutistumista. Kalvon vetolujuus
Lisätyn pehmitinmäärän on paljon suurempi kuin ilman pehmitintä, ja se kasvaa lisätyn määrän kasvaessa. Kalvon hygroskooppisuus kasvaa myös pehmitinmäärän kasvaessa.
Julkaisun aika: 24.11.2022