हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के गुणधर्म

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) एक प्रकार का गैर-आयनिक सेलुलोज मिश्रित ईथर है। आयनिक मिथाइल कार्बोक्सीमिथाइल सेलुलोज मिश्रित ईथर के विपरीत, यह भारी धातुओं के साथ अभिक्रिया नहीं करता है। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज में मेथॉक्सिल और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल की मात्रा के अलग-अलग अनुपात और श्यानता के कारण, इसके कई प्रकार होते हैं जिनके गुणधर्म भिन्न-भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, उच्च मेथॉक्सिल मात्रा और कम हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मात्रा वाले उत्पाद का प्रदर्शन मिथाइल सेलुलोज के लगभग समान होता है, जबकि कम मेथॉक्सिल मात्रा और उच्च हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मात्रा वाले उत्पाद का प्रदर्शन हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज के लगभग समान होता है। हालांकि, प्रत्येक प्रकार में, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल समूह या मेथॉक्सिल समूह की मात्रा कम होने के बावजूद, कार्बनिक विलायकों में घुलनशीलता या जलीय विलयनों में द्रवीकरण तापमान में बहुत अंतर होता है।

(1) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मेथिलसेलुलोज के विलेयता गुणधर्म

①हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की जल में घुलनशीलता: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज वास्तव में प्रोपाइलीन ऑक्साइड (मेथॉक्सीप्रोपाइलीन) द्वारा संशोधित मिथाइलसेलुलोज का एक प्रकार है, इसलिए इसमें मिथाइल सेलुलोज के समान गुण होते हैं। सेलुलोज में ठंडे पानी में घुलनशीलता और गर्म पानी में अघुलनशीलता की समान विशेषताएं होती हैं। हालांकि, संशोधित हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल समूह के कारण, गर्म पानी में इसका जेलीकरण तापमान मिथाइल सेलुलोज की तुलना में काफी अधिक होता है। उदाहरण के लिए, 2% मेथॉक्सी सामग्री (DS=0.73) और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सामग्री (MS=0.46) वाले हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय विलयन की श्यानता 20°C पर 500 mpa·s होती है, और इसका जेल तापमान लगभग 100°C तक पहुंच सकता है, जबकि मिथाइल सेलुलोज का समान तापमान पर जेलीकरण तापमान केवल लगभग 55°C होता है। जल में इसकी घुलनशीलता में भी काफी सुधार हुआ है। उदाहरण के लिए, पिसी हुई हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (20 डिग्री सेल्सियस पर 0.2~0.5 मिमी दानेदार आकार, 4% जलीय घोल की चिपचिपाहट 2pa•s के साथ) कमरे के तापमान पर खरीदी जा सकती है, यह बिना ठंडा किए पानी में आसानी से घुल जाती है।

② कार्बनिक विलायकों में हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की घुलनशीलता: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की कार्बनिक विलायकों में घुलनशीलता मिथाइलसेलुलोज की तुलना में बेहतर है। 2.1 से ऊपर के उत्पादों के लिए, उच्च श्यानता वाला हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज जिसमें हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल (MS=1.5~1.8) और मेथोक्सी (DS=0.2~1.0) होता है, और प्रतिस्थापन की कुल डिग्री 1.8 से अधिक होती है, निर्जल मेथनॉल और इथेनॉल के विलयनों में मध्यम रूप से घुलनशील होता है, और ऊष्मारोधी और जल में घुलनशील होता है। यह मेथिलीन क्लोराइड और क्लोरोफॉर्म जैसे क्लोरीनीकृत हाइड्रोकार्बन और एसीटोन, आइसोप्रोपेनॉल और डाइएसीटोन अल्कोहल जैसे कार्बनिक विलायकों में भी घुलनशील है। कार्बनिक विलायकों में इसकी घुलनशीलता जल में घुलनशीलता से बेहतर है।

(2) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की श्यानता को प्रभावित करने वाले कारक: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की मानक श्यानता का निर्धारण अन्य सेलुलोज ईथर के समान ही होता है, और इसे 2% जलीय विलयन को मानक मानकर 20°C पर मापा जाता है। समान उत्पाद की श्यानता सांद्रता में वृद्धि के साथ बढ़ती है। समान सांद्रता पर विभिन्न आणविक भार वाले उत्पादों के लिए, अधिक आणविक भार वाले उत्पाद की श्यानता अधिक होती है। तापमान के साथ इसका संबंध मिथाइल सेलुलोज के समान है। तापमान बढ़ने पर श्यानता कम होने लगती है, लेकिन एक निश्चित तापमान पर पहुँचने के बाद,

श्यानता अचानक बढ़ जाती है और जेल बन जाता है। कम श्यानता वाले उत्पादों का जेल तापमान अधिक होता है। इसका जेल बिंदु न केवल ईथर की श्यानता से संबंधित है, बल्कि ईथर में मेथॉक्सिल समूह और हाइड्रॉक्सीप्रोपिल समूह के संघटक अनुपात और कुल प्रतिस्थापन की मात्रा से भी संबंधित है। यह ध्यान देने योग्य है कि हाइड्रॉक्सीप्रोपिल मिथाइलसेलुलोज भी स्यूडोप्लास्टिक होता है, और एंजाइमेटिक अपघटन की संभावना को छोड़कर, इसका विलयन कमरे के तापमान पर श्यानता में किसी भी प्रकार की गिरावट के बिना स्थिर रहता है।

(3) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की लवण सहनशीलता: चूंकि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज एक गैर-आयनिक ईथर है, इसलिए यह अन्य आयनिक सेलुलोज ईथरों के विपरीत, जल माध्यम में आयनित नहीं होता है। उदाहरण के लिए, कार्बोक्सीमिथाइल सेलुलोज भारी धातु आयनों के साथ अभिक्रिया करके विलयन में अवक्षेपित हो जाता है। क्लोराइड, ब्रोमाइड, फॉस्फेट, नाइट्रेट आदि जैसे सामान्य लवण इसके जलीय विलयन में मिलाने पर अवक्षेपित नहीं होते हैं। हालांकि, लवण मिलाने से इसके जलीय विलयन के फ्लोकुलेशन तापमान पर कुछ प्रभाव पड़ता है। लवण की सांद्रता बढ़ने पर जेल का तापमान घट जाता है। जब लवण की सांद्रता फ्लोकुलेशन बिंदु से कम होती है, तो विलयन की श्यानता बढ़ने लगती है। इसलिए, एक निश्चित मात्रा में लवण मिलाने से, प्रयोग में, अधिक किफायती तरीके से गाढ़ापन प्राप्त किया जा सकता है। अतः, कुछ अनुप्रयोगों में, गाढ़ापन प्राप्त करने के लिए ईथर विलयन की उच्च सांद्रता की तुलना में सेलुलोज ईथर और लवण के मिश्रण का उपयोग करना बेहतर होता है।

(4) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की अम्ल एवं क्षार प्रतिरोधकता: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज सामान्यतः अम्लों और क्षारों के प्रति स्थिर होता है और pH 2 से 12 की सीमा में अप्रभावित रहता है। यह फॉर्मिक अम्ल, एसिटिक अम्ल, साइट्रिक अम्ल, सक्सिनिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल, बोरिक अम्ल आदि जैसे कुछ हल्के अम्लों को सहन कर सकता है। लेकिन सांद्र अम्ल श्यानता को कम करने का प्रभाव डालता है। कास्टिक सोडा, कास्टिक पोटाश और चूने के पानी जैसे क्षारों का इस पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता, लेकिन वे विलयन की श्यानता को थोड़ा बढ़ा सकते हैं और फिर धीरे-धीरे कम कर सकते हैं।

(5) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की मिश्रण क्षमता: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के घोल को जल में घुलनशील बहुलक यौगिकों के साथ मिलाकर एक समान और पारदर्शी घोल बनाया जा सकता है जिसकी श्यानता अधिक होती है। इन बहुलक यौगिकों में पॉलीइथिलीन ग्लाइकॉल, पॉलीविनाइल एसीटेट, पॉलीसिलिकॉन, पॉलीमिथाइलविनाइलसिलोक्सेन, हाइड्रॉक्सीइथाइल सेलुलोज और मिथाइल सेलुलोज शामिल हैं। प्राकृतिक उच्च आणविक यौगिक जैसे गोंद अरबी, बबूल गोंद, कराया गोंद आदि भी इसके घोल के साथ अच्छी अनुकूलता रखते हैं। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज को स्टीयरिक अम्ल या पामिटिक अम्ल के मैनिटोल एस्टर या सॉर्बिटोल एस्टर के साथ भी मिलाया जा सकता है, और इसे ग्लिसरीन, सॉर्बिटोल और मैनिटोल के साथ भी मिलाया जा सकता है, और इन यौगिकों का उपयोग सेलुलोज के लिए हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज प्लास्टिसाइज़र के रूप में किया जा सकता है।

(6) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के अघुलनशील जल-घुलनशील सेलुलोज ईथर को सतह पर एल्डिहाइड के साथ क्रॉस-लिंक किया जा सकता है, जिससे ये जल-घुलनशील ईथर विलयन में अवक्षेपित हो जाते हैं और जल में अघुलनशील हो जाते हैं। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज को अघुलनशील बनाने वाले एल्डिहाइड में फॉर्मेल्डिहाइड, ग्लाइऑक्सल, सक्सिनिक एल्डिहाइड, एडिपैल्डिहाइड आदि शामिल हैं। फॉर्मेल्डिहाइड का उपयोग करते समय, विलयन के pH मान पर विशेष ध्यान देना चाहिए, जिनमें से ग्लाइऑक्सल तेजी से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए औद्योगिक उत्पादन में ग्लाइऑक्सल का उपयोग आमतौर पर क्रॉस-लिंकिंग एजेंट के रूप में किया जाता है। विलयन में इस प्रकार के क्रॉस-लिंकिंग एजेंट की मात्रा ईथर के द्रव्यमान का 0.2%~10% होती है, अधिमानतः 7%~10%, उदाहरण के लिए, 3.3%~6% ग्लाइऑक्सल सबसे उपयुक्त है। सामान्यतः, उपचार

तापमान 0~30℃ है और समय 1~120 मिनट है। क्रॉस-लिंकिंग अभिक्रिया अम्लीय परिस्थितियों में की जानी चाहिए। सामान्यतः, विलयन में पहले अकार्बनिक प्रबल अम्ल या कार्बनिक कार्बोक्सिलिक अम्ल मिलाकर उसका pH लगभग 2~6, अधिमानतः 4~6 के बीच, समायोजित किया जाता है, और फिर एल्डिहाइड मिलाकर क्रॉस-लिंकिंग अभिक्रिया कराई जाती है। प्रयुक्त अम्ल हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, सल्फ्यूरिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल, फॉर्मिक अम्ल, एसिटिक अम्ल, हाइड्रॉक्सीएसिटिक अम्ल, सक्सिनिक अम्ल या साइट्रिक अम्ल आदि हैं, जिनमें से फॉर्मिक अम्ल या एसिटिक अम्ल का प्रयोग उचित है, और फॉर्मिक अम्ल सर्वोत्तम है। अम्ल और एल्डिहाइड को एक साथ भी मिलाया जा सकता है ताकि विलयन वांछित pH सीमा के भीतर क्रॉस-लिंकिंग अभिक्रिया से गुजर सके। इस अभिक्रिया का उपयोग अक्सर सेल्युलोज ईथर के निर्माण की अंतिम प्रक्रिया में किया जाता है। सेल्युलोज ईथर के अघुलनशील होने के बाद, इसका उपयोग करना सुविधाजनक होता है।

धुलाई और शुद्धिकरण के लिए 20-25°C तापमान वाले पानी का उपयोग किया जाता है। उत्पाद के उपयोग के दौरान, घोल में क्षारीय पदार्थ मिलाकर घोल का pH मान क्षारीय किया जा सकता है, जिससे उत्पाद घोल में शीघ्रता से घुल जाता है। यह विधि सेल्युलोज ईथर घोल से बनी फिल्म को अघुलनशील बनाने के लिए भी लागू होती है।

(7) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की एंजाइम प्रतिरोधकता सैद्धांतिक रूप से सेलुलोज व्युत्पन्नों पर आधारित है, जैसे कि प्रत्येक एनहाइड्रोग्लूकोज समूह में, यदि कोई दृढ़ता से बंधित प्रतिस्थापन समूह मौजूद है, तो सूक्ष्मजीवों द्वारा संक्रमण होना आसान नहीं होता है, लेकिन वास्तव में जब तैयार उत्पाद में प्रतिस्थापन मान 1 से अधिक हो जाता है, तो यह एंजाइमों द्वारा भी विघटित हो जाता है। इसका अर्थ है कि सेलुलोज श्रृंखला पर प्रत्येक समूह का प्रतिस्थापन स्तर पर्याप्त रूप से एकसमान नहीं होता है, और सूक्ष्मजीव अप्रतिस्थापित एनहाइड्रोग्लूकोज समूह पर अपघटन करके शर्करा बना सकते हैं, जो सूक्ष्मजीवों द्वारा पोषक तत्वों के रूप में अवशोषित होती है। इसलिए, यदि सेलुलोज के ईथरीकरण प्रतिस्थापन का स्तर बढ़ता है, तो सेलुलोज ईथर की एंजाइमी अपघटन प्रतिरोधकता भी बढ़ जाती है। रिपोर्टों के अनुसार, नियंत्रित परिस्थितियों में एंजाइमों के जल अपघटन के परिणामस्वरूप, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (DS=1.9) की अवशिष्ट श्यानता 13.2%, मिथाइलसेलुलोज (DS=1.83) की 7.3%, मिथाइलसेलुलोज (DS=1.66) की 3.8% और हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज की 1.7% पाई गई। इससे पता चलता है कि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज में एंजाइम-रोधी प्रबल क्षमता होती है। अतः, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की उत्कृष्ट एंजाइम प्रतिरोधकता, इसके अच्छे फैलाव, गाढ़ापन और फिल्म निर्माण गुणों के कारण, इसका उपयोग जल-इमल्शन कोटिंग्स आदि में किया जाता है और आमतौर पर इसमें परिरक्षकों की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि, विलयन के दीर्घकालिक भंडारण या बाहरी संदूषण की संभावना को देखते हुए, एहतियात के तौर पर परिरक्षकों को मिलाया जा सकता है, और इनका चुनाव विलयन की अंतिम आवश्यकताओं के अनुसार किया जा सकता है। फिनाइलमरक्यूरिक एसीटेट और मैंगनीज फ्लोरोसिलिकेट प्रभावी परिरक्षक हैं, लेकिन ये सभी विषैले होते हैं, इसलिए इनके प्रयोग में सावधानी बरतनी चाहिए। सामान्यतः, प्रति लीटर घोल में 1 से 5 मिलीग्राम फिनाइलमरक्यूरिक एसीटेट मिलाया जा सकता है।

(8) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज फिल्म का प्रदर्शन: हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज में उत्कृष्ट फिल्म निर्माण गुण होते हैं। इसके जलीय घोल या कार्बनिक विलायक घोल को कांच की प्लेट पर लेपित किया जाता है, और सूखने के बाद यह रंगहीन और पारदर्शी हो जाती है। यह एक मजबूत फिल्म है। इसमें अच्छी नमी प्रतिरोधक क्षमता होती है और यह उच्च तापमान पर ठोस बनी रहती है। यदि इसमें हाइग्रोस्कोपिक प्लास्टिसाइज़र मिलाया जाता है, तो इसकी बढ़ाव और लचीलापन बढ़ाया जा सकता है। लचीलेपन को बढ़ाने के लिए, ग्लिसरीन और सॉर्बिटोल जैसे प्लास्टिसाइज़र सबसे उपयुक्त हैं। आमतौर पर, घोल की सांद्रता 2%~3% होती है, और प्लास्टिसाइज़र की मात्रा सेलुलोज ईथर का 10%~20% होती है। यदि प्लास्टिसाइज़र की मात्रा बहुत अधिक हो जाती है, तो उच्च आर्द्रता पर कोलाइडल निर्जलीकरण संकुचन होगा। फिल्म की तन्यता शक्ति

मिलाए गए प्लास्टिसाइज़र की मात्रा, बिना प्लास्टिसाइज़र वाली मात्रा की तुलना में कहीं अधिक होती है, और मिलाई गई मात्रा बढ़ने के साथ यह मात्रा भी बढ़ती जाती है। फिल्म की नमी सोखने की क्षमता भी प्लास्टिसाइज़र की मात्रा बढ़ने के साथ बढ़ती है।