Proprietà dell'idrossipropilmetilcellulosa

L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) è un tipo di etere misto di cellulosa non ionico. A differenza dell'etere misto di metilcarbossimetilcellulosa ionico, non reagisce con i metalli pesanti. A causa dei diversi rapporti tra il contenuto di metossile e il contenuto di idrossipropile nell'idrossipropilmetilcellulosa e delle diverse viscosità, esistono molte varietà con proprietà differenti. Ad esempio, un alto contenuto di metossile e un basso contenuto di idrossipropile hanno prestazioni simili a quelle della metilcellulosa, mentre un basso contenuto di metossile e un alto contenuto di idrossipropile hanno prestazioni simili a quelle dell'idrossipropilmetilcellulosa. Tuttavia, in ogni varietà, anche se contiene solo una piccola quantità di gruppi idrossipropilici o una piccola quantità di gruppi metossilici, si riscontrano grandi differenze nella solubilità nei solventi organici o nella temperatura di flocculazione in soluzioni acquose.

(1) Proprietà di solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa

①Solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa in acqua L'idrossipropilmetilcellulosa è in realtà un tipo di metilcellulosa modificata con ossido di propilene (metossipropilene), quindi conserva le stesse proprietà della metilcellulosa. La cellulosa ha caratteristiche simili di solubilità in acqua fredda e insolubilità in acqua calda. Tuttavia, grazie al gruppo idrossipropilico modificato, la sua temperatura di gelificazione in acqua calda è molto più alta di quella della metilcellulosa. Ad esempio, la viscosità di una soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa con un contenuto di metossile del 2% (DS=0,73) e un contenuto di idrossipropile (MS=0,46) è di 500 mpa·s a 20 °C, e la sua temperatura di gelificazione può raggiungere quasi i 100 °C, mentre quella della metilcellulosa alla stessa temperatura è di soli 55 °C circa. Anche la sua solubilità in acqua è stata notevolmente migliorata. Ad esempio, l'idrossipropilmetilcellulosa polverizzata (forma granulare 0,2~0,5 mm a 20 °C con una soluzione acquosa al 4% viscosità di 2 pa•s può essere acquistata a temperatura ambiente, è facilmente solubile in acqua senza raffreddamento.

②Solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa nei solventi organici La solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa nei solventi organici è migliore di quella della metilcellulosa. Per i prodotti con un grado di sostituzione superiore a 2,1, l'idrossipropilmetilcellulosa ad alta viscosità contenente gruppi idrossipropilici MS=1,5~1,8 e metossi DS=0,2~1,0, con un grado di sostituzione totale superiore a 1,8, è solubile in soluzioni di metanolo ed etanolo anidri (grado medio), termoplastici e solubili in acqua. È anche solubile in idrocarburi clorurati come diclorometano e cloroformio, e in solventi organici come acetone, isopropanolo e alcol diacetonico. La sua solubilità nei solventi organici è migliore della solubilità in acqua.

(2) Fattori che influenzano la viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa La determinazione standard della viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa è la stessa degli altri eteri di cellulosa e viene misurata a 20 °C con una soluzione acquosa al 2% come standard. La viscosità dello stesso prodotto aumenta con l'aumento della concentrazione. Per prodotti con pesi molecolari diversi alla stessa concentrazione, il prodotto con un peso molecolare maggiore ha una viscosità maggiore. La sua relazione con la temperatura è simile a quella della metilcellulosa. Quando la temperatura aumenta, la viscosità inizia a diminuire, ma quando raggiunge una certa temperatura,

La viscosità aumenta improvvisamente e si verifica la gelificazione. La temperatura di gelificazione dei prodotti a bassa viscosità è più alta. Il suo punto di gelificazione non è correlato solo alla viscosità dell'etere, ma anche al rapporto di composizione del gruppo metossilico e del gruppo idrossipropilico nell'etere e alla dimensione del grado di sostituzione totale. Va notato che l'idrossipropilmetilcellulosa è anche pseudoplastica e la sua soluzione è stabile a temperatura ambiente senza alcuna degradazione della viscosità, ad eccezione della possibilità di degradazione enzimatica.

(3) La tolleranza al sale dell'idrossipropilmetilcellulosa Poiché l'idrossipropilmetilcellulosa è un etere non ionico, non si ionizza in ambiente acquoso, a differenza di altri eteri di cellulosa ionici, ad esempio la carbossimetilcellulosa reagisce con gli ioni di metalli pesanti e precipita nella soluzione. I sali comuni come cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, ecc. non precipitano quando aggiunti alla sua soluzione acquosa. Tuttavia, l'aggiunta di sale ha una certa influenza sulla temperatura di flocculazione della sua soluzione acquosa. Quando la concentrazione di sale aumenta, la temperatura di gelificazione diminuisce. Quando la concentrazione di sale è inferiore al punto di flocculazione, la viscosità della soluzione tende ad aumentare. Pertanto, una certa quantità di sale viene aggiunta. , nell'applicazione, può ottenere un effetto addensante più economico. Pertanto, in alcune applicazioni, è meglio usare una miscela di etere di cellulosa e sale piuttosto che una soluzione di etere a concentrazione più elevata per ottenere l'effetto addensante.

(4) Resistenza agli acidi e agli alcali dell'idrossipropilmetilcellulosa L'idrossipropilmetilcellulosa è generalmente stabile agli acidi e agli alcali e non subisce alterazioni nell'intervallo di pH 2~12. Può resistere a una certa quantità di acidi leggeri, come acido formico, acido acetico, acido citrico, acido succinico, acido fosforico, acido borico, ecc. Tuttavia, gli acidi concentrati hanno l'effetto di ridurre la viscosità. Gli alcali come la soda caustica, la potassa caustica e l'acqua di calce non hanno alcun effetto su di essa, ma possono aumentare leggermente la viscosità della soluzione, per poi diminuirla lentamente.

(5) Miscibilità dell'idrossipropilmetilcellulosa La soluzione di idrossipropilmetilcellulosa può essere miscelata con composti polimerici idrosolubili per ottenere una soluzione uniforme e trasparente con viscosità più elevata. Questi composti polimerici includono polietilenglicole, polivinilacetato, polisilicone, polimetilvinilsilossano, idrossietilcellulosa e metilcellulosa. Anche i composti naturali ad alto peso molecolare come la gomma arabica, la gomma di semi di carruba, la gomma karaya, ecc. hanno una buona compatibilità con la sua soluzione. L'idrossipropilmetilcellulosa può anche essere miscelata con estere di mannitolo o estere di sorbitolo dell'acido stearico o dell'acido palmitico, e può anche essere miscelata con glicerina, sorbitolo e mannitolo, e questi composti possono essere utilizzati come plastificante per la cellulosa.

(6) Gli eteri di cellulosa idrosolubili insolubili dell'idrossipropilmetilcellulosa possono essere reticolati con aldeidi sulla superficie, in modo che questi eteri idrosolubili precipitino nella soluzione e diventino insolubili in acqua. Le aldeidi che rendono insolubile l'idrossipropilmetilcellulosa includono formaldeide, gliossale, aldeide succinica, adipaldeide, ecc. Quando si utilizza la formaldeide, è necessario prestare particolare attenzione al valore del pH della soluzione, tra cui il gliossale reagisce più velocemente, quindi il gliossale è comunemente usato come agente reticolante nella produzione industriale. La quantità di questo tipo di agente reticolante nella soluzione è dello 0,2%~10% della massa dell'etere, preferibilmente 7%~10%, ad esempio, il 3,3%~6% di gliossale è il più adatto. Generalmente, il trattamento

La temperatura è di 0~30℃ e il tempo è di 1~120 min. La reazione di reticolazione deve essere condotta in condizioni acide. Generalmente, alla soluzione viene prima aggiunto un acido forte inorganico o un acido carbossilico organico per regolare il pH della soluzione a circa 2~6, preferibilmente tra 4~6, e quindi si aggiungono aldeidi per effettuare la reazione di reticolazione. L'acido utilizzato è acido cloridrico, acido solforico, acido fosforico, acido formico, acido acetico, acido idrossiacetico, acido succinico o acido citrico ecc., dove è consigliabile l'acido formico o l'acido acetico, e l'acido formico è ottimale. L'acido e l'aldeide possono anche essere aggiunti simultaneamente per consentire alla soluzione di subire una reazione di reticolazione entro l'intervallo di pH desiderato. Questa reazione è spesso utilizzata nel processo di trattamento finale nel processo di preparazione degli eteri di cellulosa. Dopo che l'etere di cellulosa è insolubile, è conveniente utilizzarlo

Utilizzare acqua a 20-25 °C per il lavaggio e la purificazione. Durante l'uso, è possibile aggiungere sostanze alcaline alla soluzione del prodotto per regolarne il pH e renderlo alcalino, favorendo così una rapida dissoluzione del prodotto. Questo metodo è applicabile anche al trattamento della pellicola dopo la formazione della pellicola con la soluzione di etere di cellulosa, per renderla insolubile.

(7) La resistenza enzimatica dell'idrossipropilmetilcellulosa è teoricamente derivata dalla cellulosa, come ogni gruppo anidroglucosio, se c'è un gruppo sostituente saldamente legato, non è facile da infettare da microrganismi, ma in realtà il prodotto finito Quando il valore di sostituzione supera 1, verrà degradato anche dagli enzimi, il che significa che il grado di sostituzione di ogni gruppo sulla catena di cellulosa non è abbastanza uniforme e i microrganismi possono erodere il gruppo anidroglucosio non sostituito per formare zuccheri, come nutrienti per i microrganismi da assorbire. Pertanto, se il grado di sostituzione dell'eterificazione della cellulosa aumenta, aumenterà anche la resistenza all'erosione enzimatica dell'etere di cellulosa. Secondo quanto riportato, in condizioni controllate, i risultati dell'idrolisi enzimatica mostrano che la viscosità residua dell'idrossipropilmetilcellulosa (DS=1,9) è del 13,2%, della metilcellulosa (DS=1,83) del 7,3%, della metilcellulosa (DS=1,66) del 3,8% e dell'idrossietilcellulosa dell'1,7%. Si può notare che l'idrossipropilmetilcellulosa possiede una forte resistenza agli enzimi. Pertanto, l'eccellente resistenza enzimatica dell'idrossipropilmetilcellulosa, unita alle sue buone proprietà di disperdibilità, addensamento e formazione di film, ne consente l'utilizzo in rivestimenti in emulsione acquosa, ecc., e generalmente non richiede l'aggiunta di conservanti. Tuttavia, per la conservazione a lungo termine della soluzione o in caso di possibile contaminazione esterna, è possibile aggiungere conservanti a scopo precauzionale, la cui scelta dipende dalle esigenze finali della soluzione. L'acetato di fenilmercurio e il fluorosilicato di manganese sono conservanti efficaci, ma entrambi sono tossici, quindi è necessario prestare attenzione durante l'utilizzo. Generalmente, si possono aggiungere da 1 a 5 mg di acetato di fenilmercurio alla soluzione per litro di dosaggio.

(8) Le prestazioni del film di idrossipropilmetilcellulosa L'idrossipropilmetilcellulosa ha eccellenti proprietà filmogene. La sua soluzione acquosa o soluzione di solvente organico viene spalmata su una lastra di vetro e diventa incolore e trasparente dopo l'essiccazione. E film resistente. Ha una buona resistenza all'umidità e rimane solido ad alte temperature. Se viene aggiunto un plastificante igroscopico, la sua elongazione e flessibilità possono essere migliorate. In termini di miglioramento della flessibilità, i plastificanti come la glicerina e il sorbitolo sono i più adatti. Generalmente, la concentrazione della soluzione è del 2%~3% e la quantità di plastificante è del 10%~20% dell'etere di cellulosa. Se il contenuto di plastificante è troppo elevato, si verificherà un restringimento da disidratazione colloidale ad alta umidità. La resistenza alla trazione del film con

La quantità di plastificante aggiunto è molto maggiore rispetto a quella senza plastificante, e aumenta con l'aumentare della quantità aggiunta. Per quanto riguarda l'igroscopicità della pellicola, anch'essa aumenta con l'aumentare della quantità di plastificante.