Eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose 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 variant met een hoog methoxylgehalte en een laag hydroxypropylgehalte eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van methylcellulose, terwijl een variant met een laag methoxylgehalte en een hoog hydroxypropylgehalte eigenschappen heeft die vergelijkbaar zijn met die van hydroxypropylmethylcellulose. Binnen elke variant zijn er echter, ondanks de geringe hoeveelheid hydroxypropylgroepen of methoxylgroepen, grote verschillen in oplosbaarheid in organische oplosmiddelen of de flocculatietemperatuur in waterige oplossingen.

(1) Oplosbaarheidseigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose
① Oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in water Hydroxypropylmethylcellulose is eigenlijk een soort methylcellulose gemodificeerd met propyleenoxide (methoxypropyleen), waardoor het dezelfde eigenschappen behoudt als methylcellulose. Cellulose heeft vergelijkbare eigenschappen wat betreft 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) worden gekocht bij [adres]. Bij kamertemperatuur is het gemakkelijk oplosbaar in water zonder koeling.

②Oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in organische oplosmiddelen De oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in organische oplosmiddelen is ook beter dan die van methylcellulose. Voor producten met een viscositeit hoger dan 2,1 is hoogviskeuze hydroxypropylmethylcellulose met een hydroxypropyl-MS van 1,5 tot 1,8 en een methoxy-DS van 0,2 tot 1,0, met een totale substitutiegraad van meer dan 1,8, matig oplosbaar in watervrije methanol- en ethanoloplossingen, en thermoplastisch en wateroplosbaar. Het is ook oplosbaar in gechloreerde koolwaterstoffen zoals methyleenchloride en chloroform, en 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 en wordt gemeten bij 20 °C met een 2% waterige oplossing als standaard. De viscositeit van hetzelfde product neemt toe met de toename van de concentratie. Voor producten met verschillende molecuulgewichten bij dezelfde concentratie heeft het product met het hogere molecuulgewicht een hogere viscositeit. De relatie met de temperatuur is vergelijkbaar met die van methylcellulose. Wanneer de temperatuur stijgt, begint de viscositeit af te nemen, 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 waterige media, in tegenstelling tot andere ionische cellulose-ethers. Carboxymethylcellulose reageert bijvoorbeeld met zware metaalionen en slaat neer in de oplossing. 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 een bepaalde hoeveelheid zout worden toegevoegd om in de praktijk een verdikkingseffect op een meer economische manier te bereiken. 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 lichte zuren 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) Compatibiliteit van hydroxypropylmethylcellulose. Een oplossing van hydroxypropylmethylcellulose kan worden gemengd met wateroplosbare polymeerverbindingen om een ​​uniforme en transparante oplossing met een hogere viscositeit te vormen. 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) Onoplosbare, in water oplosbare cellulose-ethers van hydroxypropylmethylcellulose kunnen oppervlakte-crosslinking ondergaan met aldehyden, waardoor deze in water oplosbare ethers in de oplossing neerslaan en in water onoplosbaar worden. De 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, waardoor het in de industriële productie vaak als crosslinkingmiddel wordt gebruikt. De hoeveelheid 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 tijd tussen 1 en 120 minuten. De crosslinkingreactie moet onder zure omstandigheden worden uitgevoerd. Over het algemeen wordt eerst een anorganisch sterk zuur of een organisch carbonzuur aan de oplossing toegevoegd om de pH van de oplossing aan te passen tot ongeveer 2-6, bij voorkeur tussen 4-6, en vervolgens worden aldehyden 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 om de oplossing een verknopingsreactie te laten ondergaan binnen het gewenste pH-bereik. Deze reactie wordt vaak gebruikt in het laatste behandelingsproces 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) Enzymresistentie van hydroxypropylmethylcellulose. Theoretisch gezien zijn cellulosederivaten, zoals een stevig gebonden substituentgroep op elke anhydroglucosegroep, niet vatbaar voor microbiële afbraak. In werkelijkheid wordt het eindproduct echter ook door enzymen afgebroken wanneer de substitutiegraad van het eindproduct groter 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. Hierbij worden suikers gevormd die als voedingsstoffen voor de micro-organismen worden opgenomen. Daarom zal de resistentie tegen enzymatische afbraak van cellulose-ether toenemen naarmate de etherificatiegraad van cellulose toeneemt. Volgens rapporten bedraagt ​​de restviscositeit van hydroxypropylmethylcellulose (DS=1,9) onder gecontroleerde omstandigheden, na hydrolyse door 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) Prestaties van hydroxypropylmethylcellulosefilm Hydroxypropylmethylcellulose heeft uitstekende filmvormende eigenschappen. Een waterige oplossing of een oplossing in een organisch oplosmiddel wordt op een glasplaat aangebracht en is na drogen vrij. De film is gekleurd, transparant en sterk. Hij is goed bestand tegen vocht en blijft vast 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 is 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 veel 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.