A hidroxipropil-metilcellulóz tulajdonságai

A hidroxipropil-metilcellulóz (HPMC) egyfajta nemionos cellulózkeverék-éter. Az ionos metil-karboximetil-cellulózkeverék-éterrel ellentétben nem reagál nehézfémekkel. A hidroxipropil-metilcellulóz metoxil- és hidroxipropil-tartalmának eltérő aránya és a különböző viszkozitások miatt számos változata létezik, eltérő tulajdonságokkal, például magas metoxil- és alacsony hidroxipropil-tartalmú. Teljesítménye közel áll a metilcellulózéhoz, míg az alacsony metoxil- és magas hidroxipropil-tartalmú változatoké közel áll a hidroxipropil-metilcellulózéhoz. Azonban az egyes változatokban, bár csak kis mennyiségű hidroxipropil-csoportot vagy kis mennyiségű metoxilcsoportot tartalmaznak, nagy különbségek vannak a szerves oldószerekben való oldhatóságban vagy a vizes oldatokban való flokkulációs hőmérsékletben.

(1) A hidroxipropil-metilcellulóz oldhatósági tulajdonságai

①A hidroxipropil-metilcellulóz vízben való oldhatósága A hidroxipropil-metilcellulóz valójában egy propilén-oxiddal (metoxipropilénnel) módosított metilcellulózfajta, így továbbra is ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint a metilcellulóz. A cellulóz hideg vízben való oldhatósága és meleg vízben való oldhatatlansága hasonló. A módosított hidroxipropil-csoport miatt azonban a gélesedési hőmérséklete forró vízben sokkal magasabb, mint a metilcellulózá. Például a 2%-os metoxitartalmú (DS=0,73 szubsztitúciós fok) és hidroxipropil-tartalmú (MS=0,46) hidroxipropil-metilcellulóz vizes oldat viszkozitása 20°C-on 500 mpa·s, gélesedési hőmérséklete pedig közel 100°C-ot érhet el, míg a metilcellulóz ugyanezen a hőmérsékleten csak körülbelül 55°C. Ami a vízben való oldhatóságát illeti, az is jelentősen javult. Például a porított hidroxipropil-metilcellulóz (szemcsés alakja 0,2–0,5 mm 20 °C-on, 4%-os vizes oldat viszkozitása 2 Pa•s) megvásárolható. Szobahőmérsékleten hűtés nélkül könnyen oldódik vízben.

②A hidroxipropil-metilcellulóz oldhatósága szerves oldószerekben A hidroxipropil-metilcellulóz szerves oldószerekben való oldhatósága is jobb, mint a metilcellulózáé. A 2,1 feletti termékek esetében a nagy viszkozitású hidroxipropil-metilcellulóz, amelynek hidroxipropil MS=1,5~1,8 és metoxi DS=0,2~1,0 értéket, teljes helyettesítési foka 1,8 felett van, vízmentes metanol- és etanololdatokban oldódik. Közeges, hőre lágyuló és vízoldható. Oldódik klórozott szénhidrogénekben, például metilén-kloridban és kloroformban, valamint szerves oldószerekben, például acetonban, izopropanolban és diaceton-alkoholban is. Szerves oldószerekben való oldhatósága jobb, mint vízben való oldhatósága.

(2) A hidroxipropil-metilcellulóz viszkozitását befolyásoló tényezők A hidroxipropil-metilcellulóz standard viszkozitásának meghatározása megegyezik a többi cellulóz-éterével, és 20°C-on mérik, 2%-os vizes oldatot használva standardként. Ugyanazon termék viszkozitása a koncentráció növekedésével növekszik. Különböző molekulatömegű termékek esetén azonos koncentrációban a nagyobb molekulatömegű termék viszkozitása magasabb. A hőmérséklettel való összefüggése hasonló a metilcellulózéhoz. Amikor a hőmérséklet emelkedik, a viszkozitás csökkenni kezd, de egy bizonyos hőmérséklet elérésekor...

A viszkozitás hirtelen megemelkedik, és gélesedés következik be. Az alacsony viszkozitású termékek gélhőmérséklete magasabb. Gélesedési pontja nemcsak az éter viszkozitásával függ össze, hanem az éterben lévő metoxilcsoport és hidroxipropil-csoport összetételi arányával és a teljes szubsztitúciós fok nagyságával is. Meg kell jegyezni, hogy a hidroxipropil-metilcellulóz szintén pszeudoplasztikus, és oldata szobahőmérsékleten stabil a viszkozitás romlása nélkül, kivéve az enzimes lebomlás lehetőségét.

(3) A hidroxipropil-metilcellulóz sótűrése Mivel a hidroxipropil-metilcellulóz egy nemionos éter, nem ionizálódik vizes közegben, ellentétben más ionos cellulóz-éterekkel. Például a karboximetil-cellulóz reagál a nehézfém-ionokkal és kicsapódik az oldatban. Az általános sók, például a klorid, bromid, foszfát, nitrát stb. nem csapódnak ki, ha vizes oldathoz adjuk. A só hozzáadása azonban bizonyos mértékben befolyásolja a vizes oldat flokkulációs hőmérsékletét. Amikor a sókoncentráció növekszik, a gél hőmérséklete csökken. Amikor a sókoncentráció a flokkulációs pont alatt van, az oldat viszkozitása általában növekszik. Ezért bizonyos mennyiségű só hozzáadásával alkalmazáskor gazdaságosabban érhető el sűrítő hatás. Ezért bizonyos alkalmazásokban jobb cellulóz-éter és só keverékét használni, mint nagyobb koncentrációjú éteroldatot a sűrítő hatás eléréséhez.

(4) Hidroxipropil-metilcellulóz sav- és lúgállóság A hidroxipropil-metilcellulóz általában ellenálló savakkal és lúgokkal szemben, és pH 2-12 között nem változik. Bizonyos mennyiségű könnyű savat, például hangyasavat, ecetsavat, citromsavat, borostyánkősavat, foszforsavat, bórsavat stb. is képes ellenállni. A tömény sav azonban csökkenti a viszkozitást. Az olyan lúgok, mint a marónátron, a marónátron és a mészvíz, nincsenek hatással rá, de kissé növelhetik az oldat viszkozitását, majd lassan csökkenthetik azt.

(5) A hidroxipropil-metilcellulóz elegyíthetősége A hidroxipropil-metilcellulóz oldat vízben oldódó polimer vegyületekkel keverhető, így egyenletes, átlátszó és nagyobb viszkozitású oldatot kapunk. Ezek a polimer vegyületek közé tartozik a polietilénglikol, a polivinil-acetát, a poliszilikon, a polimetilvinilsziloxán, a hidroxietil-cellulóz és a metilcellulóz. A természetes nagy molekulatömegű vegyületek, mint például a gumiarábikum, a szentjánoskenyérmag-liszt, a karaya-liszt stb. szintén jól kompatibilitással rendelkeznek az oldattal. A hidroxipropil-metilcellulóz keverhető sztearinsav vagy palmitinsav mannit-észterével vagy szorbit-észterével, valamint glicerinnel, szorbittal és mannittal is, és ezek a vegyületek hidroxipropil-metilcellulóz lágyítóként használhatók cellulózhoz.

(6) A hidroxipropil-metilcellulóz oldhatatlan, vízben oldódó cellulóz-éterei a felületükön aldehidekkel térhálósíthatók, így ezek a vízben oldódó éterek kicsapódnak az oldatban és vízben oldhatatlanná válnak. A hidroxipropil-metilcellulózt oldhatatlanná tevő aldehidek közé tartozik a formaldehid, a glioxál, a borostyánkősav-aldehid, az adipaldehid stb. Formaldehid használatakor különös figyelmet kell fordítani az oldat pH-értékére, amelyek közül a glioxál gyorsabban reagál, ezért a glioxált gyakran használják térhálósítószerként az ipari termelésben. Az ilyen típusú térhálósítószer mennyisége az oldatban az éter tömegének 0,2%~10%-a, előnyösen 7%~10%, például a glioxál 3,3%~6%-a a legmegfelelőbb. Általában a kezelés

A hőmérséklet 0~30 ℃, az időtartam 1~120 perc. A térhálósító reakciót savas körülmények között kell végrehajtani. Általában az oldathoz először szervetlen erős savat vagy szerves karbonsavat adnak, hogy az oldat pH-ját körülbelül 2-6-ra, előnyösen 4-6 közé állítsák be, majd aldehideket adnak hozzá a térhálósító reakció végrehajtásához. Az alkalmazott sav lehet sósav, kénsav, foszforsav, hangyasav, ecetsav, hidroxi-ecetsav, borostyánkősav vagy citromsav stb., ahol a hangyasav vagy az ecetsav a célszerű, és a hangyasav az optimális. A savat és az aldehidet egyidejűleg is hozzáadhatjuk, hogy az oldat a kívánt pH-tartományon belül térhálósító reakción menjen keresztül. Ezt a reakciót gyakran alkalmazzák a cellulóz-éterek előállítási folyamatának végső kezelési folyamatában. Miután a cellulóz-éter oldhatatlanná válik, célszerű használni

20–25 °C-os víz mosáshoz és tisztításhoz. Használat közben lúgos anyagokat adhatunk az oldat pH-értékének lúgosra állításához, így a termék gyorsan feloldódik az oldatban. Ez a módszer a cellulóz-éter oldat filmre készítés utáni oldhatatlan film kezelésére is alkalmazható.

(7) A hidroxipropil-metilcellulóz enzimrezisztenciája elméletileg a cellulózszármazékokra, például az egyes anhidroglükózcsoportokra jellemző, hogy ha van egy szorosan kötött szubsztituenscsoport, akkor a mikroorganizmusok nem fertőzhetik meg könnyen. Valójában azonban a késztermék, amikor a szubsztitúciós érték meghaladja az 1-et, azt is lebontják az enzimek. Ez azt jelenti, hogy a cellulózláncon lévő egyes csoportok szubsztitúciójának mértéke nem elég egyenletes, és a mikroorganizmusok a szubsztituálatlan anhidroglükózcsoporton cukrokat képezhetnek, amelyek tápanyagként szolgálnak a mikroorganizmusok számára. Ezért, ha a cellulóz éterifikációs szubsztitúciójának mértéke növekszik, a cellulóz-éter enzimes erózióval szembeni ellenállása is növekszik. Jelentések szerint, kontrollált körülmények között az enzimek hidrolízise eredményeként a hidroxipropil-metilcellulóz (DS=1,9) maradék viszkozitása 13,2%, a metilcellulóz (DS=1,83) 7,3%, a metilcellulóz (DS=1,66) 3,8%, a hidroxietil-cellulóz pedig 1,7%. Látható, hogy a hidroxipropil-metilcellulóz erős enzimgátló képességgel rendelkezik. Ezért a hidroxipropil-metilcellulóz kiváló enzimrezisztenciája, jó diszpergálhatóságával, sűrítő és filmképző tulajdonságaival kombinálva, vízemulziós bevonatokban stb. használatos, és általában nem igényel tartósítószerek hozzáadását. Az oldat hosszú távú tárolása vagy a külső szennyeződés esetleges elkerülése érdekében azonban óvintézkedésként tartósítószerek adhatók, és a választás az oldat végső követelményei szerint határozható meg. A fenil-higany-acetát és a mangán-fluor-szilikát hatékony tartósítószerek, de mindegyikük toxikus, ezért figyelmet kell fordítani a műveletre. Általában 1-5 mg fenil-higany-acetát adható az oldathoz literenként.

(8) A hidroxipropil-metilcellulóz film teljesítménye A hidroxipropil-metilcellulóz kiváló filmképző tulajdonságokkal rendelkezik. Vizes oldatát vagy szerves oldószeres oldatát üveglapra vonják be, és száradás után színtelenné és átlátszóvá válik. És kemény filmet képez. Jó nedvességállósággal rendelkezik, és magas hőmérsékleten is szilárd marad. Ha higroszkópos lágyítót adnak hozzá, a nyúlása és rugalmassága javítható. A rugalmasság javítása szempontjából a lágyítók, például a glicerin és a szorbitol a legalkalmasabbak. Az oldat koncentrációja általában 2%~3%, a lágyító mennyisége pedig 10%~20% cellulóz-éter. Ha a lágyító tartalma túl magas, magas páratartalom mellett kolloid dehidratáció és zsugorodás következik be. A film szakítószilárdsága

A hozzáadott lágyító mennyisége sokkal nagyobb, mint a lágyító nélkül hozzáadott lágyító mennyisége, és a hozzáadott mennyiség növekedésével nő. Ami a film higroszkóposságát illeti, az szintén nő a lágyító mennyiségének növekedésével.