Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een niet-ionische cellulosemixether, een variant van de ionische methylcarboxymethylcellulosemixether. Het reageert niet met zware metalen. Door de aanwezigheid van zuurstofradicalen en de verschillende verhoudingen van hydroxypropylgroepen en viscositeit ontstaan er verschillende varianten met uiteenlopende eigenschappen. Zo hebben varianten met een hoog methoxygehalte en een laag hydroxypropylgehalte eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van methylcellulose, terwijl varianten met een laag methoxygehalte en een hoog hydroxypropylgehalte eigenschappen hebben die vergelijkbaar zijn met die van hydroxypropylmethylcellulose. Echter, zelfs binnen elke variant, ongeacht de hoeveelheid hydroxypropyl of methoxy, is er een groot verschil in oplosbaarheid in organische oplosmiddelen of flocculatietemperatuur in waterige oplossing.
1. Oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose
De wateroplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose is feitelijk een vorm van methylcellulose gemodificeerd met propyleenoxide (methyloxypropylring). Daardoor heeft het vergelijkbare eigenschappen als methylcellulose: het is oplosbaar in koud water en onoplosbaar in heet water. De geleertemperatuur van gemodificeerd hydroxypropyl is echter veel hoger dan die van methylcellulose in heet water. Zo bedraagt de viscositeit van een waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose met 2% methoxygehalte (DS = 0,73) en hydroxypropylgehalte (MS = 0,46) 500 mPa bij 20 °C. De geleertemperatuur van het product van S ligt rond de 100 °C, terwijl die van methylcellulose bij dezelfde temperatuur slechts ongeveer 55 °C bedraagt. Wat de oplosbaarheid in water betreft, die is ook sterk verbeterd. Zo kan bijvoorbeeld na het vermalen van hydroxypropylmethylcellulose (korrelgrootte 0,2~0,5 mm bij 20℃, 4% waterige viscositeit van 2 pA) het product gemakkelijk in water oplossen zonder afkoeling bij kamertemperatuur.
(2) De oplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose in organische oplosmiddelen is beter dan die van methylcellulose. Methylcellulose heeft producten nodig met een methoxysubstitutiegraad van 2,1 of hoger, en bevat hydroxypropyl MS = 1,5~1,8 en methoxy DS = 0,2~1,0. Hoogviskeuze hydroxypropylmethylcellulose met een totale substitutiegraad van meer dan 1,8 is oplosbaar in watervrije methanol- en ethanoloplossingen en is thermoplastisch en wateroplosbaar. Het is ook oplosbaar in gechloreerde koolwaterstoffen zoals dichloormethaan en trichloormethaan, en organische oplosmiddelen zoals aceton, isopropylalcohol en diaceton. De oplosbaarheid in organische oplosmiddelen is beter dan de wateroplosbaarheid.
2. De viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose wordt beïnvloed door de volgende factoren:
De viscositeitsfactoren van hydroxypropylmethylcellulose worden bepaald met behulp van een standaard viscositeitsmeting bij 20℃ met een 2% waterige oplossing als standaard. De viscositeit van hetzelfde product neemt toe met de concentratie. Producten met een verschillend molecuulgewicht vertonen een hogere viscositeit bij dezelfde concentratie. De relatie met de temperatuur is vergelijkbaar met die van methylcellulose. Bij een stijgende temperatuur neemt de viscositeit af, maar bij een bepaalde temperatuur stijgt deze plotseling en treedt gelering op. De geleringstemperatuur van producten met een lage viscositeit ligt hoger dan die van producten met een hoge viscositeit. Het geleerpunt is niet alleen afhankelijk van de viscositeit van de ether, maar ook van de verhouding tussen de methoxy- en hydroxypropylgroepen en de totale substitutiegraad. Het is belangrijk op te merken dat hydroxypropylmethylcellulose ook pseudoplastisch is. De oplossing is stabiel bij opslag op kamertemperatuur en vertoont geen afname van de viscositeit, behalve in het geval van mogelijke enzymatische afbraak.
3. Zuur- en alkalibestendigheid van hydroxypropylmethylcellulose
Hydroxypropylmethylcellulose is over het algemeen stabiel in een pH-bereik van 2 tot 12 en kan een bepaalde hoeveelheid lichte zuren verdragen, zoals mierenzuur, azijnzuur, citroenzuur, barnsteenzuur, fosforzuur, boorzuur, enz. Geconcentreerde zuren hebben echter een viscositeitsverlagend effect. Alkaliën zoals natriumhydroxide, kaliumhydroxide en kalkwater hebben er geen effect op, maar verhogen de viscositeit van de oplossing wel enigszins, maar dit effect neemt na verloop van tijd langzaam af.
4. Hydroxypropylmethylcellulose kan worden gemengd.
Hydroxypropylmethylcellulose-oplossing kan worden gemengd met wateroplosbare polymeerverbindingen en vormt een homogene, transparante oplossing met een hogere viscositeit. Deze hoogmoleculaire verbindingen zijn onder andere polyethyleenglycol, polyvinylacetaat, polysilicone, polymethylvinylsiloxaan, hydroxyethylcellulose en methylcellulose. Natuurlijke polymeerverbindingen zoals Arabische gom, johannesbroodpitmeel, doornboomgom, enzovoort, laten zich ook goed mengen met de oplossing. Hydroxypropylmethylcellulose kan ook worden gemengd met stearinezuur, palmitinezuur, mannitolester of sorbitolester, maar ook met glycerol, sorbitol en mannitol; deze verbindingen kunnen als weekmaker voor hydroxypropylmethylcellulose worden gebruikt.
5, hydroxypropylmethylcellulose onoplosbaar, wateroplosbaar
Hydroxypropylmethylcellulose, dat onoplosbaar is in water, kan worden omgezet in cellulose-ether. Deze ether kan aan het oppervlak worden verknoopt met aldehyden, waardoor de wateroplosbare ether in de oplossing neerslaat en onoplosbaar wordt in water. Ook kunnen aldehyden zoals formaldehyde, glyoxal, succinaldehyde en dialdehyde worden gebruikt om hydroxypropylmethylcellulose onoplosbaar te maken. Bij gebruik van formaldehyde moet speciale aandacht worden besteed aan de pH-waarde van de oplossing, omdat glyoxal sneller reageert. Daarom wordt in de industriële productie doorgaans glyoxal als verknopingsmiddel gebruikt. De dosering van dit verknopingsmiddel in de oplossing bedraagt 0,2% tot 10% van de ethermassa, waarbij 7% tot 10% optimaal is. Een glyoxalconcentratie van 3,3% tot 6% is bijvoorbeeld het meest geschikt. De behandeling vindt doorgaans plaats bij een temperatuur van 0 tot 30 °C gedurende 1 tot 120 minuten. De verknopingsreactie moet onder zure omstandigheden plaatsvinden. Over het algemeen wordt 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, waarna aldehyden worden toegevoegd voor de verknopingsreactie. De gebruikte zuren zijn zoutzuur, zwavelzuur, fosforzuur, mierenzuur, azijnzuur, hydroxyazijnzuur, barnsteenzuur of citroenzuur, waarbij mierenzuur of azijnzuur het meest geschikt is. Zuren en aldehyden kunnen ook tegelijkertijd worden toegevoegd om de oplossing in het gewenste pH-bereik te laten verknopen. Deze reactie wordt vaak gebruikt in de laatste fase van de bereiding van cellulose-ether, zodat de cellulose-ether niet oplost en gemakkelijk kan worden gewassen en gezuiverd met water van 20-25 °C. Wanneer het product wordt gebruikt, 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 kan ook worden gebruikt wanneer een cellulose-etheroplossing wordt gebruikt om een film te maken en die film vervolgens wordt behandeld om een onoplosbare film te verkrijgen.
6, hydroxypropylmethylcellulose anti-enzym
Hydroxypropylmethylcellulose (HMMC) is in theorie enzymbestendig, omdat elke anhydroglucosegroep een vaste combinatie van substituenten bevat, waardoor micro-organismen minder vatbaar zijn voor infectie. In de praktijk wordt het eindproduct echter ook enzymatisch afgebroken wanneer de substitutiegraad hoger is dan 1. Dit komt doordat de substitutiegraad van elke groep in de celluloseketen niet uniform is. Micro-organismen kunnen de nabijgelegen ongesubstitueerde, gedehydrateerde glucosegroepen afbreken en suikers vormen, die vervolgens als voedsel kunnen worden opgenomen. Daarom zal de resistentie van cellulose-ether tegen enzymatische afbraak toenemen naarmate de etherificatiegraad van cellulose hoger is. Onder gecontroleerde omstandigheden is de restviscositeit van hydroxypropylmethylcellulose (DS=1,9), methylcellulose (DS=1,83), methylcellulose (DS=1,66) en hydroxyethylcellulose (1,7%) respectievelijk 13,2%, 7,3%, 3,8% en 1,7%. Hydroxypropylmethylcellulose heeft een sterke anti-enzymwerking. Dankzij deze uitstekende anti-enzymeigenschappen, gecombineerd met goede dispergeerbaarheid, verdikkings- en filmvormende eigenschappen, is het bij toepassing in emulsiecoatings, enz., doorgaans niet nodig om conserveermiddelen toe te voegen. Om langdurige opslag van de oplossing of mogelijke verontreiniging van buitenaf te voorkomen, kunnen echter wel conserveermiddelen worden toegevoegd. De keuze hiervan hangt af van de uiteindelijke eisen van de oplossing. Fenylkwikacetaat en mangaanfluosilicaat zijn effectieve conserveermiddelen, maar ze zijn giftig en moeten met de nodige voorzichtigheid worden gebruikt. Over het algemeen kan 1 tot 5 mg fenylkwikacetaat per liter oplossing worden toegevoegd.
7. Prestaties van hydroxypropylmethylcellulosemembranen
Hydroxypropylmethylcellulosefilms hebben uitstekende filmeigenschappen. Een waterige oplossing of een oplossing in een organisch oplosmiddel, aangebracht op een glasplaat, vormt na drogen een kleurloze, transparante en sterke film. De film is goed bestand tegen vocht en blijft stevig bij hoge temperaturen. Toevoeging van een hygroscopische weekmaker kan de rekbaarheid en flexibiliteit verbeteren. Voor een betere buigzaamheid zijn glycerol, sorbitol en andere weekmakers het meest geschikt. De algemene concentratie van de oplossing is 2% tot 3%, met een weekmakerdosering van 10% tot 20% van de cellulose-ether. Bij een te hoge weekmakerconcentratie kan krimp door colloïdale dehydratatie optreden bij 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: 8 september 2022