HydroxypropylmethylcelluloseHydroxypropylmethylcellulose is een soort niet-ionische cellulose-gemengde ether. In tegenstelling tot ionische methylcarboxymethylcellulose-gemengde ether reageert het niet met zware metalen. Door de verschillende verhoudingen van methoxyl- en hydroxypropylgroepen in hydroxypropylmethylcellulose en de verschillende viscositeiten, bestaan er veel varianten met uiteenlopende eigenschappen. Zo heeft een hoog methoxylgehalte en een laag hydroxypropylgehalte vergelijkbare eigenschappen als methylcellulose, terwijl een laag methoxylgehalte en een hoog hydroxypropylgehalte vergelijkbare eigenschappen hebben als hydroxypropylmethylcellulose. Echter, zelfs binnen elke variant, ongeacht de hoeveelheid hydroxypropylgroep of methoxylgroep, zijn er grote verschillen in oplosbaarheid in organische oplosmiddelen of de flocculatietemperatuur in waterige oplossingen.
(1) Oplosbaarheidseigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose
① Oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in waterHydroxypropylmethylcelluloseHet is eigenlijk een soort methylcellulose gemodificeerd met propyleenoxide (methoxypropyleen), waardoor het dezelfde eigenschappen behoudt als methylcellulose, zoals oplosbaarheid in koud water en onoplosbaarheid in heet water. Door de gemodificeerde hydroxypropylgroep is de geleertemperatuur in heet water echter veel hoger dan die van methylcellulose. Zo bedraagt de viscositeit van een waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose met 2% methoxygehalte (substitutiegraad DS=0,73) en hydroxypropylgehalte MS=0,46 500 mPa·s bij 20 °C, en kan de geleertemperatuur oplopen tot bijna 100 °C, terwijl die van methylcellulose bij dezelfde temperatuur slechts ongeveer 55 °C bedraagt. Ook de oplosbaarheid in water is aanzienlijk verbeterd. Zo kan bijvoorbeeld gepoederde hydroxypropylmethylcellulose (korrelgrootte 0,2~0,5 mm bij 20 °C met een viscositeit van 2 Pa·s in een 4% waterige oplossing) bij kamertemperatuur worden gekocht en is het gemakkelijk oplosbaar in water zonder afkoeling.
② Oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in organische oplosmiddelen: De oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in organische oplosmiddelen is beter dan die van methylcellulose. Methylcellulose moet een methoxysubstitutiegraad van 2,1 hebben. De bovengenoemde producten, maar met een hydroxypropyl-MS van 1,5 tot 1,8 en een methoxy-DS van 0,2 tot 1,0, lossen op in watervrije methanol- en ethanoloplossingen en zijn thermoplastisch en oplosbaar in water. Het is ook oplosbaar in gechloreerde koolwaterstoffen zoals methyleenchloride en chloroform, en in organische oplosmiddelen zoals aceton, isopropanol en diaceton. De oplosbaarheid in organische oplosmiddelen is beter dan de oplosbaarheid in water.
(2) Factoren die de viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose beïnvloeden De standaard viscositeitsbepaling van hydroxypropylmethylcellulose is gelijk aan die van andere cellulose-ethers. Deze wordt gemeten bij 20 °C met een 2% waterige oplossing als standaard. De viscositeit van hetzelfde product neemt toe met de toenemende concentratie. Voor producten met verschillende molecuulgewichten bij dezelfde concentratie geldt dat het product met het hogere molecuulgewicht een hogere viscositeit heeft. De relatie met de temperatuur is vergelijkbaar met die van methylcellulose. Wanneer de temperatuur stijgt, begint de viscositeit te dalen, maar wanneer een bepaalde temperatuur wordt bereikt, stijgt de viscositeit plotseling en treedt gelering op. De geleertemperatuur van producten met een lage viscositeit is hoger. Het geleerpunt is niet alleen gerelateerd aan de viscositeit van de ether, maar ook aan de samenstellingsverhouding van de methoxylgroep en de hydroxypropylgroep in de ether en de grootte van de totale substitutiegraad. Er moet worden opgemerkt dat hydroxypropylmethylcellulose ook pseudoplastisch is en dat de oplossing ervan stabiel is bij kamertemperatuur zonder afname van de viscositeit, behalve in het geval van mogelijke enzymatische afbraak.
(3) De zouttolerantie van hydroxypropylmethylcellulose. Omdat hydroxypropylmethylcellulose een niet-ionische ether is, ioniseert het niet in water, in tegenstelling tot andere ionische cellulose-ethers, zoals carboxymethylcellulose, die in oplossing reageren met zware metaalionen en neerslaan. Algemene zouten zoals chloride, bromide, fosfaat, nitraat, enz. zullen niet neerslaan wanneer ze aan de waterige oplossing worden toegevoegd. De toevoeging van zout heeft echter wel enige invloed op de flocculatietemperatuur van de waterige oplossing. Wanneer de zoutconcentratie toeneemt, daalt de geltemperatuur. Wanneer de zoutconcentratie onder het flocculatiepunt ligt, neemt de viscositeit van de oplossing toe. Daarom kan in de praktijk een bepaalde hoeveelheid zout worden toegevoegd om een verdikkend effect te bereiken op een meer economische manier. In sommige toepassingen is het daarom beter om een mengsel van cellulose-ether en zout te gebruiken dan een oplossing met een hogere etherconcentratie om het gewenste verdikkingseffect te bereiken.
(4) Zuur- en alkalibestendigheid van hydroxypropylmethylcellulose Hydroxypropylmethylcellulose is over het algemeen stabiel ten opzichte van zuren en basen en wordt niet beïnvloed in het pH-bereik van 2 tot 12. Het kan een bepaalde hoeveelheid licht zuur verdragen, zoals mierenzuur, azijnzuur, citroenzuur, barnsteenzuur, fosforzuur, boorzuur, enz. Geconcentreerd zuur heeft echter een viscositeitsverlagend effect. Basen zoals natriumhydroxide, kaliumhydroxide en kalkwater hebben er geen effect op, maar kunnen de viscositeit van de oplossing licht verhogen en vervolgens langzaam weer verlagen.
(5) Mengbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose. Een oplossing van hydroxypropylmethylcellulose kan worden gemengd met wateroplosbare polymeerverbindingen om een uniforme en transparante oplossing met een hogere viscositeit te verkrijgen. Deze polymeerverbindingen omvatten polyethyleenglycol, polyvinylacetaat, polysilicone, polymethylvinylsiloxaan, hydroxyethylcellulose en methylcellulose. Natuurlijke hoogmoleculaire verbindingen zoals arabische gom, johannesbroodpitmeel, karayagom, enz. hebben ook een goede compatibiliteit met de oplossing. Hydroxypropylmethylcellulose kan ook worden gemengd met mannitolester of sorbitolester van stearinezuur of palmitinezuur, en kan ook worden gemengd met glycerine, sorbitol en mannitol. Deze verbindingen kunnen worden gebruikt als weekmaker voor hydroxypropylmethylcellulose.
(6) De onoplosbare wateroplosbarecellulose-ethersHydroxypropylmethylcellulose kan oppervlaktecrosslinking ondergaan met aldehyden, waardoor deze wateroplosbare ethers in de oplossing neerslaan en onoplosbaar worden in water. Aldehyden die hydroxypropylmethylcellulose onoplosbaar maken, zijn onder andere formaldehyde, glyoxal, barnsteenzuuraldehyde en adipaldehyde. Bij gebruik van formaldehyde moet speciale aandacht worden besteed aan de pH-waarde van de oplossing. Glyoxal reageert sneller en wordt daarom veelvuldig gebruikt als crosslinkingmiddel in de industriële productie. De dosering van dit crosslinkingmiddel in de oplossing bedraagt 0,2% tot 10% van de massa ether, bij voorkeur 7% tot 10%. Bijvoorbeeld, 3,3% tot 6% glyoxal is het meest geschikt. De behandelingstemperatuur ligt doorgaans tussen 0 en 30 °C en de duur tussen 1 en 120 minuten. De crosslinkingreactie moet onder zure omstandigheden plaatsvinden. Over het algemeen wordt de pH van de oplossing aangepast tot ongeveer 2-6 door toevoeging van een sterk anorganisch zuur of een organisch carbonzuur, bij voorkeur tussen 4 en 6, waarna aldehyden worden toegevoegd om de verknopingsreactie uit te voeren. Het gebruikte zuur kan onder andere zoutzuur, zwavelzuur, fosforzuur, mierenzuur, azijnzuur, hydroxyazijnzuur, barnsteenzuur of citroenzuur zijn, waarbij mierenzuur of azijnzuur aan te raden is en mierenzuur optimaal is. Het zuur en het aldehyde kunnen ook gelijktijdig worden toegevoegd, zodat de oplossing een verknopingsreactie ondergaat binnen het gewenste pH-bereik. Deze reactie wordt vaak gebruikt in de laatste behandelingsfase bij de bereiding van cellulose-ethers. Nadat de cellulose-ether onoplosbaar is geworden, is deze gemakkelijk te gebruiken.
Gebruik water van 20-25 °C voor wassen en zuiveren. Tijdens het gebruik van het product kunnen alkalische stoffen aan de oplossing worden toegevoegd om de pH van de oplossing alkalisch te maken, waardoor het product snel in de oplossing oplost. Deze methode is ook toepasbaar voor de behandeling van de film nadat deze is gemaakt met een cellulose-etheroplossing, om er een onoplosbare film van te maken.
(7) De enzymresistentie van hydroxypropylmethylcellulose is theoretisch gezien een cellulose-derivaat, zoals elke anhydroglucosegroep. Als er een stevig gebonden substituentgroep aanwezig is, is het niet gemakkelijk om deze door micro-organismen te laten infecteren. In werkelijkheid wordt het eindproduct echter ook door enzymen afgebroken wanneer de substitutiewaarde hoger is dan 1. Dit betekent dat de substitutiegraad van elke groep op de celluloseketen niet uniform genoeg is, waardoor micro-organismen de ongesubstitueerde anhydroglucosegroep kunnen afbreken en suikers kunnen vormen, die als voedingsstoffen voor de micro-organismen dienen. Daarom zal de resistentie tegen enzymatische afbraak van cellulose-ether toenemen naarmate de etherificatiegraad van de cellulose toeneemt. Volgens rapporten bedraagt de restviscositeit van hydroxypropylmethylcellulose (DS=1,9) onder gecontroleerde omstandigheden, na hydrolyse met enzymen, 13,2%, van methylcellulose (DS=1,83) 7,3%, van methylcellulose (DS=1,66) 3,8% en van hydroxyethylcellulose 1,7%. Hieruit blijkt dat hydroxypropylmethylcellulose een sterke enzymremmende werking heeft. De uitstekende enzymresistentie van hydroxypropylmethylcellulose, in combinatie met de goede dispergeerbaarheid, verdikkings- en filmvormende eigenschappen, maakt het materiaal geschikt voor gebruik in water-emulsiecoatings, enz., en vereist over het algemeen geen toevoeging van conserveermiddelen. Echter, bij langdurige opslag van de oplossing of ter voorkoming van mogelijke externe verontreiniging, kunnen uit voorzorg conserveermiddelen worden toegevoegd. De keuze hiervoor hangt af van de uiteindelijke eisen aan de oplossing. Fenylkwikacetaat en mangaanfluorsilicaat zijn effectieve conserveermiddelen, maar ze zijn alle drie giftig, waardoor voorzichtigheid geboden is bij het gebruik. Over het algemeen kan 1 tot 5 mg fenylkwikacetaat per liter oplossing worden toegevoegd.
(8) Prestatie vanhydroxypropylmethylcelluloseHydroxypropylmethylcellulose (HMMC) heeft uitstekende filmvormende eigenschappen. Een waterige oplossing of een oplossing in een organisch oplosmiddel wordt op een glasplaat aangebracht en wordt na drogen kleurloos en transparant. Het is een sterke film met een goede vochtbestendigheid en blijft stevig bij hoge temperaturen. Door toevoeging van een hygroscopische weekmaker kunnen de rekbaarheid en flexibiliteit worden verbeterd. Voor het verbeteren van de flexibiliteit zijn weekmakers zoals glycerine en sorbitol het meest geschikt. Over het algemeen bedraagt de concentratie van de oplossing 2% tot 3% en de hoeveelheid weekmaker 10% tot 20% van de cellulose-ether. Bij een te hoog weekmakergehalte treedt krimp door colloïdale dehydratatie op bij een hoge luchtvochtigheid. De treksterkte van de film met toegevoegde weekmaker is aanzienlijk groter dan die zonder weekmaker en neemt toe met de hoeveelheid toegevoegde weekmaker. Ook de hygroscopiciteit van de film neemt toe met de hoeveelheid weekmaker.
Geplaatst op: 25 april 2024