Hydroksypropylometyloceluloza to rodzaj niejonowego eteru mieszanego celulozy. W przeciwieństwie do jonowego eteru mieszanego metylokarboksymetylocelulozy, nie reaguje z metalami ciężkimi. Ze względu na różne proporcje zawartości grup metoksylowych i hydroksypropylowych w hydroksypropylometylocelulozie oraz zróżnicowaną lepkość, istnieje wiele odmian o różnych właściwościach, na przykład o wysokiej zawartości grup metoksylowych i niskiej zawartości grup hydroksypropylowych. Jej właściwości są zbliżone do metylocelulozy, podczas gdy właściwości o niskiej zawartości grup metoksylowych i wysokiej zawartości grup hydroksypropylowych są zbliżone do hydroksypropylometylocelulozy. Jednak w każdej odmianie, pomimo obecności jedynie niewielkiej ilości grupy hydroksypropylowej lub metoksylowej, występują znaczne różnice w rozpuszczalności w rozpuszczalnikach organicznych lub temperaturze flokulacji w roztworach wodnych.
(1) Właściwości rozpuszczalności hydroksypropylometylocelulozy
①Rozpuszczalność hydroksypropylometylocelulozy w wodzie Hydroksypropylometyloceluloza jest w rzeczywistości rodzajem metylocelulozy modyfikowanej tlenkiem propylenu (metoksypropylenem), więc nadal ma takie same właściwości jak metyloceluloza. Celuloza ma podobne cechy rozpuszczalności w zimnej wodzie i nierozpuszczalności w gorącej wodzie. Jednak ze względu na zmodyfikowaną grupę hydroksypropylową jej temperatura żelowania w gorącej wodzie jest znacznie wyższa niż metylocelulozy. Na przykład, lepkość wodnego roztworu hydroksypropylometylocelulozy z 2% zawartością metoksy, stopniem podstawienia DS = 0,73 i zawartością hydroksypropylu MS = 0,46 wynosi 500 mpa·s w temperaturze 20°C, a jego temperatura żelowania może osiągnąć blisko 100°C, podczas gdy metyloceluloza w tej samej temperaturze wynosi tylko około 55°C. Jeśli chodzi o jej rozpuszczalność w wodzie, również została znacznie poprawiona. Na przykład sproszkowaną hydroksypropylometylocelulozę (kształt granulek 0,2~0,5 mm w temperaturze 20°C i lepkość 4% roztworu wodnego wynosząca 2 pa•s) można kupić w temperaturze pokojowej, łatwo rozpuszcza się ona w wodzie bez chłodzenia.
② Rozpuszczalność hydroksypropylometylocelulozy w rozpuszczalnikach organicznych. Rozpuszczalność hydroksypropylometylocelulozy w rozpuszczalnikach organicznych jest również lepsza niż metylocelulozy. W przypadku produktów o gęstości powyżej 2,1, hydroksypropylometyloceluloza o wysokiej lepkości, zawierająca hydroksypropyl MS = 1,5–1,8 i metoksy DS = 0,2–1,0, o całkowitym stopniu podstawienia powyżej 1,8, jest rozpuszczalna w bezwodnych roztworach metanolu i etanolu. Jest średnio rozpuszczalna, termoplastyczna i rozpuszczalna w wodzie. Jest również rozpuszczalna w chlorowanych węglowodorach, takich jak chlorek metylenu i chloroform, oraz rozpuszczalnikach organicznych, takich jak aceton, izopropanol i alkohol diacetonowy. Jej rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych jest lepsza niż rozpuszczalność w wodzie.
(2) Czynniki wpływające na lepkość hydroksypropylometylocelulozy Standardowa metoda oznaczania lepkości hydroksypropylometylocelulozy jest taka sama jak w przypadku innych eterów celulozy i jest mierzona w temperaturze 20°C przy użyciu 2% roztworu wodnego jako wzorca. Lepkość tego samego produktu wzrasta wraz ze wzrostem stężenia. W przypadku produktów o różnych masach cząsteczkowych przy tym samym stężeniu, produkt o większej masie cząsteczkowej ma wyższą lepkość. Jej zależność od temperatury jest podobna do lepkości metylocelulozy. Gdy temperatura wzrasta, lepkość zaczyna spadać, ale po osiągnięciu określonej temperatury lepkość nagle wzrasta i następuje żelowanie. Temperatura żelowania produktów o niskiej lepkości jest wyższa. Jej punkt żelowania jest związany nie tylko z lepkością eteru, ale także ze stosunkiem składu grupy metoksylowej do grupy hydroksypropylowej w eterze i wielkością całkowitego stopnia podstawienia. Należy zauważyć, że hydroksypropylometyloceluloza jest również pseudoplastyczna, a jej roztwór jest stabilny w temperaturze pokojowej, nie ulegając degradacji lepkości, z wyjątkiem ewentualnej degradacji enzymatycznej.
(3) Tolerancja na sól hydroksypropylometylocelulozy Ponieważ hydroksypropylometyloceluloza jest eterem niejonowym, nie jonizuje w środowisku wodnym, w przeciwieństwie do innych jonowych eterów celulozy. Na przykład karboksymetyloceluloza reaguje z jonami metali ciężkich i wytrąca się w roztworze. Ogólne sole, takie jak chlorek, bromek, fosforan, azotan itp., nie wytrącą się po dodaniu do jej wodnego roztworu. Jednak dodanie soli ma pewien wpływ na temperaturę flokulacji jej wodnego roztworu. Wraz ze wzrostem stężenia soli temperatura żelowania spada. Gdy stężenie soli jest poniżej punktu flokulacji, lepkość roztworu ma tendencję do wzrostu. Dlatego dodaje się pewną ilość soli. W zastosowaniu może to osiągnąć efekt zagęszczania bardziej ekonomicznie. Dlatego w niektórych zastosowaniach lepiej jest użyć mieszaniny eteru celulozy i soli niż wyższego stężenia roztworu eteru, aby uzyskać efekt zagęszczania.
(4) Odporność hydroksypropylometylocelulozy na kwasy i zasady. Hydroksypropylometyloceluloza jest generalnie odporna na działanie kwasów i zasad i nie jest narażona na działanie kwasów w zakresie pH 2–12. Wytrzymuje działanie pewnych ilości kwasów o niskiej zawartości tlenu, takich jak kwas mrówkowy, octowy, cytrynowy, bursztynowy, fosforowy, borowy itp. Stężony kwas zmniejsza lepkość. Zasady, takie jak soda kaustyczna, ług potasowy i woda wapienna, nie mają na nią wpływu, ale mogą nieznacznie zwiększać lepkość roztworu, a następnie ją stopniowo zmniejszać.
(5) Zgodność hydroksypropylometylocelulozy Roztwór hydroksypropylometylocelulozy można mieszać z rozpuszczalnymi w wodzie związkami polimerowymi, aby uzyskać jednorodny i przezroczysty roztwór o wyższej lepkości. Do tych związków polimerowych należą glikol polietylenowy, octan poliwinylu, polisilikon, polimetylowinylosiloksan, hydroksyetyloceluloza i metyloceluloza. Naturalne związki wielkocząsteczkowe, takie jak guma arabska, mączka chleba świętojańskiego, guma karaya itp., również wykazują dobrą zgodność z tym roztworem. Hydroksypropylometylocelulozę można również mieszać z estrem mannitolu lub estrem sorbitolu kwasu stearynowego lub palmitynowego, a także z gliceryną, sorbitolem i mannitolem, a związki te można stosować jako plastyfikator hydroksypropylometylocelulozy do celulozy.
(6) Nierozpuszczalne w wodzie etery celulozy hydroksypropylometylocelulozy mogą przeprowadzać sieciowanie powierzchniowe za pomocą aldehydów, tak że te rozpuszczalne w wodzie etery wytrącają się w roztworze i stają się nierozpuszczalne w wodzie. Aldehydy, które powodują nierozpuszczalność hydroksypropylometylocelulozy, obejmują formaldehyd, glioksal, aldehyd bursztynowy, adypinoaldehyd itp. Podczas stosowania formaldehydu należy zwrócić szczególną uwagę na wartość pH roztworu, spośród których glioksal reaguje szybciej, dlatego glioksal jest powszechnie stosowany jako środek sieciujący w produkcji przemysłowej. Ilość tego rodzaju środka sieciującego w roztworze wynosi 0,2%–10% masy eteru, korzystnie 7%–10%, na przykład 3,3%–6% glioksalu jest najbardziej odpowiednie. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura obróbki wynosi 0–30°C, a czas 1–120 min. Reakcję sieciowania należy przeprowadzić w środowisku kwaśnym. Zazwyczaj do roztworu najpierw dodaje się nieorganiczny mocny kwas lub organiczny kwas karboksylowy w celu dostosowania pH roztworu do około 2-6, najlepiej między 4-6, a następnie dodaje się aldehydy w celu przeprowadzenia reakcji sieciowania. Stosowany kwas to kwas solny, siarkowy, fosforowy, mrówkowy, octowy, hydroksyoctowy, bursztynowy lub cytrynowy itp., przy czym zaleca się stosowanie kwasu mrówkowego lub octowego, a optymalny jest kwas mrówkowy. Kwas i aldehyd można również dodawać jednocześnie, aby umożliwić roztworowi reakcję sieciowania w pożądanym zakresie pH. Reakcja ta jest często stosowana w końcowym procesie wytwarzania eterów celulozy. Gdy eter celulozy stanie się nierozpuszczalny, wygodnie jest go użyć.
Woda o temperaturze 20–25°C do mycia i oczyszczania. Podczas użytkowania produktu, do roztworu można dodać substancje alkaliczne, aby dostosować pH roztworu do zasadowego, co spowoduje szybkie rozpuszczenie produktu w roztworze. Ta metoda ma również zastosowanie do obróbki folii po przekształceniu roztworu eteru celulozowego w folię nierozpuszczalną.
(7) Odporność hydroksypropylometylocelulozy na enzymy Teoretycznie pochodne celulozy, takie jak mocno związana grupa podstawnikowa na każdej grupie anhydroglukozowej, nie są podatne na erozję mikrobiologiczną, ale w rzeczywistości, gdy wartość podstawienia gotowego produktu przekroczy 1, zostanie on również zdegradowany przez enzymy, co oznacza, że stopień podstawienia każdej grupy w łańcuchu celulozy nie jest wystarczająco jednolity, a mikroorganizmy mogą erodować na niepodstawionej grupie anhydroglukozowej. Cukry są tworzone i wchłaniane jako składniki odżywcze dla mikroorganizmów. Dlatego też, jeśli stopień podstawienia eteryfikacyjnego celulozy wzrasta, odporność na erozję enzymatyczną eteru celulozy również wzrośnie. Według doniesień, w kontrolowanych warunkach, wyniki hydrolizy enzymów, lepkość resztkowa hydroksypropylometylocelulozy (DS = 1,9) wynosi 13,2%, metylocelulozy (DS = 1,83) wynosi 7,3%, metylocelulozy (DS = 1,66) wynosi 3,8%, a hydroksyetylocelulozy wynosi 1,7%. Można zauważyć, że hydroksypropylometyloceluloza ma silne właściwości antyenzymatyczne. Dlatego doskonała odporność enzymatyczna hydroksypropylometylocelulozy, w połączeniu z jej dobrą dyspergowalnością, zagęszczaniem i właściwościami błonotwórczymi, jest stosowana w powłokach emulsyjnych wodnych itp. i na ogół nie wymaga dodawania środków konserwujących. Jednakże, w przypadku długotrwałego przechowywania roztworu lub możliwego zanieczyszczenia z zewnątrz, środki konserwujące mogą być dodane jako środek ostrożności, a wybór może być określony zgodnie z końcowymi wymaganiami roztworu. Octan fenylortęci i fluorokrzemian manganu są skutecznymi środkami konserwującymi, ale wszystkie mają toksyczność, należy zwrócić uwagę na operację. Zazwyczaj do roztworu można dodać 1~5 mg octanu fenylortęci na litr dawki.
(8) Wydajność folii z hydroksypropylometylocelulozy. Hydroksypropylometyloceluloza ma doskonałe właściwości filmotwórcze. Jej wodny roztwór lub roztwór rozpuszczalnika organicznego jest nanoszony na płytkę szklaną i staje się wolny po wyschnięciu. Folia jest kolorowa, przezroczysta i wytrzymała. Charakteryzuje się dobrą odpornością na wilgoć i pozostaje stała w wysokich temperaturach. Dodanie higroskopijnego plastyfikatora może poprawić jej wydłużenie i elastyczność. Pod względem poprawy elastyczności najodpowiedniejsze są plastyfikatory, takie jak gliceryna i sorbitol. Ogólnie rzecz biorąc, stężenie roztworu wynosi 2%–3%, a ilość plastyfikatora to 10%–20% eteru celulozy. Jeśli zawartość plastyfikatora jest zbyt wysoka, przy wysokiej wilgotności powietrza wystąpi skurcz spowodowany odwodnieniem koloidalnym. Wytrzymałość na rozciąganie folii z dodatkiem plastyfikatora jest znacznie większa niż folii bez plastyfikatora i rośnie wraz ze wzrostem jego ilości. Higroskopijność folii również rośnie wraz ze wzrostem ilości plastyfikatora.
Czas publikacji: 20-12-2022