Hidroksipropilmetilcelulozes īpašības

Hidroksipropilmetilceluloze ir nejonu celulozes jauktā ētera veids. Atšķirībā no jonu metilkarboksimetilcelulozes jauktā ētera tā nereaģē ar smagajiem metāliem. Hidroksipropilmetilcelulozei ir atšķirīga metoksilgrupu un hidroksipropilgrupu satura attiecība, kā arī atšķirīga viskozitāte, tāpēc ir pieejamas daudzas variācijas ar atšķirīgām īpašībām, piemēram, ar augstu metoksilgrupu un zemu hidroksipropilgrupu saturu. Tās veiktspēja ir tuva metilcelulozes veiktspējai, savukārt ar zemu metoksilgrupu un augstu hidroksipropilgrupu saturu tā ir tuvu hidroksipropilmetilcelulozes veiktspējai. Tomēr katrā variācijā, lai gan ir tikai neliels hidroksipropilgrupas vai neliels metoksilgrupas daudzums, pastāv lielas atšķirības šķīdībā organiskajos šķīdinātājos vai flokulācijas temperatūrā ūdens šķīdumos.

(1) Hidroksipropilmetilcelulozes šķīdības īpašības
①Hidroksipropilmetilcelulozes šķīdība ūdenī Hidroksipropilmetilceluloze faktiski ir metilcelulozes veids, kas modificēts ar propilēnoksīdu (metoksipropilēnu), tāpēc tai joprojām ir tādas pašas īpašības kā metilcelulozei. Celulozei ir līdzīgas aukstā ūdens šķīdības un karstā ūdens nešķīdības īpašības. Tomēr modificētās hidroksipropilgrupas dēļ tās želejveida veidošanās temperatūra karstā ūdenī ir daudz augstāka nekā metilcelulozei. Piemēram, hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīduma ar 2% metoksigrupas saturu (aizvietošanas pakāpe DS = 0,73 un hidroksipropilgrupas saturs MS = 0,46) viskozitāte ir 500 mpa·s 20°C temperatūrā, un tās želejveida veidošanās temperatūra var sasniegt gandrīz 100°C, savukārt metilceluloze tajā pašā temperatūrā ir tikai aptuveni 55°C. Arī tās šķīdība ūdenī ir ievērojami uzlabota. Piemēram, pulverizēto hidroksipropilmetilcelulozi (granulas 0,2–0,5 mm 20 °C temperatūrā ar 4 % ūdens šķīduma viskozitāti 2 Pa•s) var iegādāties vietnē [nepilnīgs teksts]. Istabas temperatūrā tā viegli šķīst ūdenī bez atdzesēšanas.

②Hidroksipropilmetilcelulozes šķīdība organiskajos šķīdinātājos Hidroksipropilmetilcelulozes šķīdība organiskajos šķīdinātājos ir labāka nekā metilcelulozei. Produktiem virs 2,1 augstas viskozitātes hidroksipropilmetilceluloze, kas satur hidroksipropilu MS = 1,5–1,8 un metoksigrupu DS = 0,2–1,0, ar kopējo aizvietošanas pakāpi virs 1,8, šķīst bezūdens metanola un etanola šķīdumos. Vidēji šķīstoša, termoplastiska un ūdenī šķīstoša. Tā šķīst arī hlorētos ogļūdeņražos, piemēram, metilēnhlorīdā un hloroformā, un organiskajos šķīdinātājos, piemēram, acetonā, izopropanolā un diacetona spirtā. Tās šķīdība organiskajos šķīdinātājos ir labāka nekā ūdenī.

(2) Faktori, kas ietekmē hidroksipropilmetilcelulozes viskozitāti Hidroksipropilmetilcelulozes standarta viskozitātes noteikšana ir tāda pati kā citiem celulozes ēteriem, un to mēra 20°C temperatūrā, izmantojot 2% ūdens šķīdumu kā standartu. Viena un tā paša produkta viskozitāte palielinās, palielinoties koncentrācijai. Produktiem ar atšķirīgu molekulmasu vienā un tajā pašā koncentrācijā produktam ar lielāku molekulmasu ir augstāka viskozitāte. Tās saistība ar temperatūru ir līdzīga metilcelulozei. Kad temperatūra paaugstinās, viskozitāte sāk samazināties, bet, sasniedzot noteiktu temperatūru, viskozitāte pēkšņi paaugstinās un notiek želejveida konsistence. Zemas viskozitātes produktu želejveida konsistence ir augstāka. Tās želejveida konsistence ir saistīta ne tikai ar ētera viskozitāti, bet arī ar metoksilgrupas un hidroksipropilgrupas sastāva attiecību ēterī un kopējo aizvietošanas pakāpi. Jāatzīmē, ka hidroksipropilmetilceluloze ir arī pseidoplastiska, un tās šķīdums ir stabils istabas temperatūrā bez viskozitātes degradācijas, izņemot fermentatīvas degradācijas iespējamību.

(3) Hidroksipropilmetilcelulozes sāls tolerance Tā kā hidroksipropilmetilceluloze ir nejonu ēteris, tā atšķirībā no citiem jonu celulozes ēteriem nejonizējas ūdens vidē. Piemēram, karboksimetilceluloze reaģē ar smago metālu joniem un izgulsnējas šķīdumā. Vispārējie sāļi, piemēram, hlorīds, bromīds, fosfāts, nitrāts utt., neizgulsnējas, pievienojot tos ūdens šķīdumam. Tomēr sāls pievienošana zināmā mērā ietekmē tā ūdens šķīduma flokulācijas temperatūru. Palielinoties sāls koncentrācijai, želejas temperatūra samazinās. Kad sāls koncentrācija ir zem flokulācijas punkta, šķīduma viskozitāte mēdz palielināties. Tāpēc, pievienojot noteiktu daudzumu sāls, sabiezināšanas efekts var tikt panākts ekonomiskāk. Tāpēc dažos pielietojumos sabiezināšanas efekta sasniegšanai labāk ir izmantot celulozes ētera un sāls maisījumu, nevis augstākas koncentrācijas ētera šķīdumu.

(4) Hidroksipropilmetilcelulozes izturība pret skābēm un sārmiem Hidroksipropilmetilceluloze parasti ir izturīga pret skābēm un sārmiem, un pH diapazons ir no 2 līdz 12. Tā var izturēt noteiktu daudzumu vieglo skābju, piemēram, skudrskābes, etiķskābes, citronskābes, dzintarskābes, fosforskābes, borskābes utt. Bet koncentrētai skābei ir viskozitātes samazināšanas efekts. Sārmi, piemēram, kaustiskā soda, kaustiskā potaša un kaļķūdens, to neietekmē, bet var nedaudz palielināt šķīduma viskozitāti un pēc tam lēnām to samazināt.

(5) Hidroksipropilmetilcelulozes saderība Hidroksipropilmetilcelulozes šķīdumu var sajaukt ar ūdenī šķīstošiem polimēru savienojumiem, lai izveidotu vienmērīgu un caurspīdīgu šķīdumu ar augstāku viskozitāti. Šie polimēru savienojumi ietver polietilēnglikolu, polivinilacetātu, polisilikonu, polimetilvinilsiloksānu, hidroksietilcelulozi un metilcelulozi. Arī dabīgiem augstmolekulāriem savienojumiem, piemēram, gumiarābikam, ceratoniju sēklu sveķiem, karajas sveķiem utt., ir laba saderība ar tā šķīdumu. Hidroksipropilmetilcelulozi var sajaukt arī ar mannīta esteri vai sorbīta esteri, stearīnskābi vai palmitīnskābi, kā arī ar glicerīnu, sorbītu un mannītu, un šos savienojumus var izmantot kā hidroksipropilmetilcelulozes plastifikatoru celulozei.

(6) Ūdenī nešķīstošie hidroksipropilmetilcelulozes celulozes ēteri var veikt virsmas šķērssaistīšanu ar aldehidiem, kā rezultātā šie ūdenī šķīstošie ēteri tiek nogulsnēti šķīdumā un kļūst ūdenī nešķīstoši. Aldehīdi, kas padara hidroksipropilmetilcelulozi nešķīstošu, ir formaldehīds, glioksāls, dzintarskābes aldehīds, adipaldehīds utt. Izmantojot formaldehīdu, īpaša uzmanība jāpievērš šķīduma pH vērtībai, starp kuriem glioksāls reaģē ātrāk, tāpēc glioksāls rūpnieciskajā ražošanā parasti tiek izmantots kā šķērssaistīšanas līdzeklis. Šāda veida šķērssaistīšanas līdzekļa daudzums šķīdumā ir 0,2–10 % no ētera masas, vēlams 7–10 %, piemēram, vispiemērotākais ir 3,3–6 % glioksāla. Parasti apstrādes temperatūra ir 0–30 ℃, un laiks ir 1–120 minūtes. Šķērssaistīšanas reakcija jāveic skābā vidē. Parasti šķīdumam vispirms pievieno neorganisku stipru skābi vai organisku karbonskābi, lai noregulētu šķīduma pH līmeni līdz aptuveni 2–6, vēlams no 4 līdz 6, un pēc tam pievieno aldehīdus, lai veiktu šķērssaistīšanas reakciju. Izmantotā skābe ir sālsskābe, sērskābe, fosforskābe, skudrskābe, etiķskābe, hidroksietiķskābe, dzintarskābe vai citronskābe utt., kur skudrskābe vai etiķskābe ir ieteicama, un skudrskābe ir optimāla. Skābi un aldehīdu var pievienot arī vienlaikus, lai šķīdums varētu veikt šķērssaistīšanas reakciju vēlamajā pH diapazonā. Šo reakciju bieži izmanto celulozes ēteru sagatavošanas procesa pēdējā apstrādes procesā. Pēc tam, kad celulozes ēteris kļūst nešķīstošs, to ir ērti lietot

20–25 ℃ ūdens mazgāšanai un attīrīšanai. Lietojot produktu, produkta šķīdumam var pievienot sārmainas vielas, lai noregulētu šķīduma pH līmeni uz sārmainu, un produkts ātri izšķīst šķīdumā. Šī metode ir piemērojama arī plēves apstrādei pēc tam, kad celulozes ētera šķīdums ir pārvērsts plēvē, lai tā kļūtu par nešķīstošu plēvi.

(7) Hidroksipropilmetilcelulozes rezistence pret enzīmiem Teorētiski celulozes atvasinājumi, piemēram, stingri saistīta aizvietotājgrupa katrā anhidroglikozes grupā, nav uzņēmīgi pret mikrobu eroziju, bet faktiski, kad gatavā produkta aizvietošanas vērtība pārsniedz 1, to arī noārda enzīmi, kas nozīmē, ka katras grupas aizvietošanas pakāpe celulozes ķēdē nav pietiekami vienmērīga, un mikroorganismi var erodēt neaizvietoto anhidroglikozes grupu. Cukuri veidojas un absorbējas kā mikroorganismu barības vielas. Tādēļ, ja palielinās celulozes ēterifikācijas aizvietošanas pakāpe, palielināsies arī celulozes ētera rezistence pret enzīmu eroziju. Saskaņā ar ziņojumiem, kontrolētos apstākļos enzīmu hidrolīzes rezultātā hidroksipropilmetilcelulozes atlikušā viskozitāte (DS = 1,9) ir 13,2%, metilceluloze (DS = 1,83) ir 7,3%, metilceluloze (DS = 1,66) ir 3,8% un hidroksietilceluloze ir 1,7%. Var redzēt, ka hidroksipropilmetilcelulozei piemīt spēcīga antienzīmu spēja. Tāpēc hidroksipropilmetilcelulozes lieliskā enzīmu rezistence apvienojumā ar tās labajām disperģējamības, sabiezināšanas un plēves veidošanas īpašībām tiek izmantota ūdens emulsijas pārklājumos utt., un parasti nav nepieciešams pievienot konservantus. Tomēr ilgstošai šķīduma uzglabāšanai vai iespējamam piesārņojumam no ārpuses konservantus var pievienot kā piesardzības pasākumu, un izvēli var noteikt atbilstoši šķīduma galīgajām prasībām. Fenildzīvsudraba acetāts un mangāna fluorsilikāts ir efektīvi konservanti, taču tiem visiem ir toksicitāte, tāpēc jāpievērš uzmanība darbībai. Parasti šķīdumam var pievienot 1–5 mg fenildzīvsudraba acetāta uz litru devas.

(8) Hidroksipropilmetilcelulozes plēves veiktspēja Hidroksipropilmetilcelulozei piemīt izcilas plēves veidošanas īpašības. Tās ūdens šķīdums vai organiskā šķīdinātāja šķīdums tiek uzklāts uz stikla plāksnes, un pēc žāvēšanas tā kļūst brīva. Krāsaina, caurspīdīga un izturīga plēve. Tai ir laba mitruma izturība un tā saglabā cietību augstā temperatūrā. Ja pievieno higroskopisku plastifikatoru, var uzlabot tās pagarinājumu un elastību. Elastības uzlabošanai vispiemērotākie ir plastifikatori, piemēram, glicerīns un sorbīts. Parasti šķīduma koncentrācija ir 2% ~ 3%, un plastifikatora daudzums ir 10% ~ 20% celulozes ētera. Ja plastifikatora saturs ir pārāk augsts, augstā mitrumā notiks koloidālā dehidratācija un saraušanās. Plēves stiepes izturība ar pievienotu plastifikatoru ir daudz lielāka nekā bez plastifikatora, un tā palielinās, palielinoties pievienotā daudzumam. Arī plēves higroskopiskums palielinās, palielinoties plastifikatora daudzumam.