L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) est un éther mixte de cellulose non ionique, contrairement à l'éther mixte de méthylcarboxyméthylcellulose ionique. Elle ne réagit pas avec les métaux lourds. La présence de radicaux oxygénés, due à sa teneur en hydroxypropylméthylcellulose et aux différentes proportions d'hydroxypropyle, ainsi qu'à sa viscosité, confère à ses différentes variétés des performances distinctes. Par exemple, les variétés à forte teneur en méthoxyle et faible teneur en hydroxypropyle présentent des performances proches de celles de la méthylcellulose pure, tandis que les variétés à faible teneur en méthoxyle et forte teneur en hydroxypropyle présentent des performances proches de celles de l'hydroxypropylméthylcellulose pure. Cependant, même au sein d'une même variété, la solubilité dans les solvants organiques et la température de floculation en solution aqueuse peuvent varier considérablement, malgré la faible quantité d'hydroxypropyle ou de méthoxyle présente.
1. Solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose
L'hydroxypropylméthylcellulose (HMP) est une forme de méthylcellulose modifiée par l'oxyde de propylène (cycle méthyloxypropyle). Elle présente donc des caractéristiques similaires à celles de la méthylcellulose : solubilité à froid et insolubilité à chaud. Cependant, sa température de gélification dans l'eau chaude est nettement supérieure à celle de la méthylcellulose. Par exemple, la viscosité d'une solution aqueuse d'HMP à 2 % de méthoxy (DS = 0,73) et à 0,46 % d'hydroxypropyle (MS = 0,46) est de 500 MPa à 20 °C. La température de gélification du produit obtenu est proche de 100 °C, tandis que celle de la méthylcellulose, à la même température, n'est que d'environ 55 °C. Quant à sa solubilité dans l'eau, elle est également grandement améliorée, par exemple, après le broyage de l'hydroxypropylméthylcellulose (forme de grain 0,2~0,5 mm à 20℃ 4 % de viscosité aqueuse de 2pA? S produits peuvent être facilement dissous dans l'eau sans refroidissement à température ambiante.
(2) La solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose dans les solvants organiques est supérieure à celle de la méthylcellulose. Cette dernière nécessite un degré de substitution méthoxy de 2,1 ou plus et présente un MS hydroxypropyle de 1,5 à 1,8 et un DS méthoxy de 0,2 à 1,0. L'hydroxypropylméthylcellulose à haute viscosité, avec un degré de substitution total supérieur à 1,8, est soluble dans le méthanol anhydre et l'éthanol, et possède des propriétés thermoplastiques et une solubilité dans l'eau. Elle est également soluble dans les hydrocarbures chlorés tels que le dichlorométhane et le trichlorométhane, ainsi que dans des solvants organiques comme l'acétone, l'alcool isopropylique et le diacétone. Sa solubilité dans les solvants organiques est supérieure à sa solubilité dans l'eau.
2. Viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose : facteurs influents
Les facteurs de viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose (HMP) sont déterminés par la méthode standard, comme pour les autres éthers de cellulose, à 20 °C avec une solution aqueuse à 2 %. La viscosité d'un même produit augmente avec sa concentration. À concentration égale, pour des produits de masses moléculaires différentes, la viscosité est plus élevée pour les produits de masses moléculaires élevées. Sa relation avec la température est similaire à celle de la méthylcellulose : la viscosité diminue lorsque la température augmente, puis augmente brusquement à partir d'une certaine température, provoquant la gélification. La température de gélification des produits de faible viscosité est supérieure à celle des produits de viscosité élevée. Le point de gélification dépend non seulement de la viscosité de l'éther, mais aussi du rapport des groupes méthoxy et hydroxypropyle et du degré de substitution total. Il est à noter que l'HMP est également pseudoplastique ; sa solution est stable à température ambiante et sa viscosité ne se dégrade pas, sauf en cas de dégradation enzymatique.
3, résistance à l'acide et aux alcalis de l'hydroxypropylméthylcellulose
L'hydroxypropylméthylcellulose (HMP) est généralement stable et ne présente aucune altération dans la gamme de pH 2 à 12. Elle supporte une certaine quantité d'acides faibles, tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide citrique, l'acide succinique, l'acide phosphorique et l'acide borique. Cependant, les acides concentrés ont tendance à réduire sa viscosité. Les bases comme la soude caustique, la soude caustique et l'eau de chaux n'ont aucun effet sur elle, mais l'augmentation légère de la viscosité qu'elle peut induire s'atténue progressivement.
4. L'hydroxypropylméthylcellulose peut être mélangée
La solution d'hydroxypropylméthylcellulose peut être mélangée à des polymères hydrosolubles pour former une solution transparente et homogène de viscosité élevée. Parmi ces polymères de haut poids moléculaire figurent le polyéthylène glycol, l'acétate de polyvinyle, le polysilicone, le polyméthylvinylsiloxane, l'hydroxyéthylcellulose et la méthylcellulose. Des polymères naturels tels que la gomme arabique, la gomme de caroube et la gomme d'épine-vinette sont également miscibles avec cette solution. L'hydroxypropylméthylcellulose peut aussi être mélangée à de l'acide stéarique, à de l'ester de mannitol ou de sorbitol, ainsi qu'à du glycérol, du sorbitol et du mannitol. Ces composés peuvent être utilisés comme plastifiants pour l'hydroxypropylméthylcellulose.
5, hydroxypropylméthylcellulose insoluble dans l'eau soluble
L'hydroxypropylméthylcellulose, un éther de cellulose insoluble dans l'eau et soluble dans l'eau, peut être réticulée en surface avec des aldéhydes. Cette réticulation provoque la précipitation de l'éther initialement soluble dans l'eau et le rend insoluble. L'hydroxypropylméthylcellulose peut être réticulée par divers aldéhydes, tels que le formaldéhyde, le glyoxal, le succinaldéhyde ou le dialdéhyde. L'utilisation du formaldéhyde requiert une attention particulière au pH de la solution, car la réaction avec le glyoxal est plus rapide en milieu acide. C'est pourquoi, en production industrielle, le glyoxal est couramment utilisé comme agent de réticulation. Le dosage de cet agent de réticulation en solution est de 0,2 % à 10 % de la masse d'éther, l'idéal étant de 7 % à 10 %. Par exemple, un dosage de 3,3 % à 6 % de glyoxal est optimal. La température de traitement est généralement de 0 à 30 °C, et la durée de 1 à 120 minutes. La réaction de réticulation doit être effectuée en milieu acide. Généralement, on ajoute un acide fort inorganique ou un acide carboxylique organique à la solution pour ajuster son pH entre 2 et 6, de préférence entre 4 et 6. On ajoute ensuite des aldéhydes pour la réaction de réticulation. Les acides utilisés sont l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide formique, l'acide acétique, l'acide hydroxyacétique, l'acide succinique ou l'acide citrique. Parmi ceux-ci, l'acide formique ou l'acide acétique sont les plus performants. Il est également possible d'ajouter simultanément des acides et des aldéhydes pour obtenir une solution réticulée dans la plage de pH souhaitée. Cette réaction est souvent utilisée lors de l'étape finale de la préparation d'éthers de cellulose, afin d'éviter la dissolution de l'éther et de faciliter son lavage et sa purification à l'eau à 20-25 °C. Lors de l'utilisation du produit, on peut ajouter des substances alcalines à la solution pour en ajuster le pH et la rendre alcaline, ce qui permet une dissolution rapide du produit. Cette méthode peut également être utilisée lorsque l'on utilise une solution d'éther de cellulose pour fabriquer un film, puis que ce film est traité pour obtenir un film insoluble.
6, anti-enzyme hydroxypropylméthylcellulose
En théorie, la résistance enzymatique des dérivés de cellulose, comme l'hydroxypropylméthylcellulose (HMMC), est due à la forte substitution de chaque groupe anhydroglucose, ce qui réduit la susceptibilité à l'infection par les micro-organismes. Cependant, en pratique, lorsque le taux de substitution du produit fini dépasse 1, la cellulose est également dégradée par les enzymes. Ceci s'explique par le fait que le degré de substitution des groupes dans la chaîne de cellulose n'est pas uniforme. Les micro-organismes peuvent ainsi dégrader les groupes glucose déshydratés proches des groupes non substitués pour former des sucres, qu'ils peuvent ensuite absorber comme nourriture. Par conséquent, si le degré de substitution par éthérification de la cellulose augmente, la résistance de l'éther de cellulose à l'érosion enzymatique est renforcée. Il a été rapporté que, dans des conditions contrôlées, la viscosité résiduelle de l'HMMC (DS = 1,9), de la méthylcellulose (DS = 1,83), de la méthylcellulose (DS = 1,66) et de l'hydroxyéthylcellulose (1,7 %) était respectivement de 13,2 %, 7,3 %, 3,8 % et 1,7 %. L'hydroxypropylméthylcellulose possède une forte activité anti-enzymatique. Grâce à ses excellentes propriétés anti-enzymatiques, combinées à sa bonne dispersion, son pouvoir épaississant et sa capacité à former un film, elle est utilisée dans les revêtements en émulsion, etc., et ne nécessite généralement pas l'ajout de conservateurs. Cependant, pour assurer une conservation optimale de la solution ou prévenir toute contamination extérieure, l'ajout de conservateurs est possible. Le choix de ces conservateurs dépend des exigences finales de la solution. L'acétate de phénylmercure et le fluorosilicate de manganèse sont des conservateurs efficaces, mais ils sont toxiques et leur manipulation requiert une grande précaution. Généralement, on ajoute 1 à 5 mg d'acétate de phénylmercure par litre de solution.
7. Performance de la membrane d'hydroxypropylméthylcellulose
Les films d'hydroxypropylméthylcellulose présentent d'excellentes performances. Leur solution aqueuse ou dans un solvant organique, déposée sur une plaque de verre, forme après séchage un film incolore, transparent et résistant. Ce film possède une bonne résistance à l'humidité et reste solide à haute température. L'ajout d'un plastifiant hygroscopique, tel que le glycérol ou le sorbitol, améliore son allongement et sa flexibilité. La concentration générale de la solution est de 2 à 3 %, soit un dosage de plastifiant de 10 à 20 % de l'éther de cellulose. Un excès de plastifiant peut entraîner un retrait dû à la déshydratation colloïdale en milieu humide. La résistance à la traction du film contenant du plastifiant est nettement supérieure à celle du film sans plastifiant et augmente avec la quantité de plastifiant ajoutée. De même, l'hygroscopicité du film augmente avec la quantité de plastifiant.
Date de publication : 8 septembre 2022