Propriedades da hidroxipropilmetilcelulose

A hidroxipropilmetilcelulose é um tipo de éter misto de celulose não iônico. Ao contrário do éter misto de metilcarboximetilcelulose iônico, ela não reage com metais pesados. Devido às diferentes proporções de grupos metoxila e hidroxipropil na hidroxipropilmetilcelulose e às diferentes viscosidades, existem muitas variedades com propriedades distintas. Por exemplo, variedades com alto teor de metoxila e baixo teor de hidroxipropil apresentam desempenho semelhante ao da metilcelulose, enquanto variedades com baixo teor de metoxila e alto teor de hidroxipropil apresentam desempenho semelhante ao da hidroxipropilmetilcelulose. No entanto, em cada variedade, mesmo contendo apenas uma pequena quantidade de grupos hidroxipropil ou metoxila, há grandes diferenças na solubilidade em solventes orgânicos ou na temperatura de floculação em soluções aquosas.

(1) Propriedades de solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose
① Solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em água. A hidroxipropilmetilcelulose é, na verdade, um tipo de metilcelulose modificada com óxido de propileno (metoxipropileno), portanto, ainda possui as mesmas propriedades da metilcelulose. A celulose apresenta características semelhantes de solubilidade em água fria e insolubilidade em água quente. No entanto, devido ao grupo hidroxipropil modificado, sua temperatura de gelificação em água quente é muito maior do que a da metilcelulose. Por exemplo, a viscosidade da solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose com 2% de grau de substituição metoxi (DS=0,73) e teor de hidroxipropil (MS=0,46) é de 500 mPa·s a 20 °C, e sua temperatura de gelificação pode atingir quase 100 °C, enquanto a da metilcelulose na mesma temperatura é de apenas cerca de 55 °C. Quanto à sua solubilidade em água, ela também foi significativamente melhorada. Por exemplo, a hidroxipropilmetilcelulose pulverizada (formato granular de 0,2 a 0,5 mm a 20 °C, com viscosidade de 2 Pa•s em solução aquosa a 4%) pode ser adquirida à temperatura ambiente e é facilmente solúvel em água sem necessidade de resfriamento.

② Solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em solventes orgânicos: A solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em solventes orgânicos também é superior à da metilcelulose. Para produtos acima de 2,1, a hidroxipropilmetilcelulose de alta viscosidade, contendo hidroxipropil MS = 1,5~1,8 e metoxi DS = 0,2~1,0, com um grau total de substituição acima de 1,8, é solúvel em soluções de metanol e etanol anidros, sendo termoplástica e solúvel em água. Também é solúvel em hidrocarbonetos clorados, como cloreto de metileno e clorofórmio, e em solventes orgânicos como acetona, isopropanol e álcool diacetona. Sua solubilidade em solventes orgânicos é superior à solubilidade em água.

(2) Fatores que afetam a viscosidade da hidroxipropilmetilcelulose. A determinação da viscosidade padrão da hidroxipropilmetilcelulose é a mesma que a de outros éteres de celulose, sendo realizada a 20 °C com uma solução aquosa a 2% como padrão. A viscosidade do produto aumenta com o aumento da concentração. Para produtos com diferentes pesos moleculares na mesma concentração, o produto com maior peso molecular apresenta maior viscosidade. Sua relação com a temperatura é semelhante à da metilcelulose. Quando a temperatura aumenta, a viscosidade começa a diminuir, mas ao atingir uma determinada temperatura, a viscosidade aumenta repentinamente e ocorre a gelificação. A temperatura de gelificação de produtos de baixa viscosidade é mais alta. Seu ponto de gelificação não está relacionado apenas à viscosidade do éter, mas também à proporção de grupos metoxila e hidroxipropil no éter e ao grau de substituição total. Deve-se notar que a hidroxipropilmetilcelulose também é pseudoplástica e sua solução é estável à temperatura ambiente sem qualquer degradação da viscosidade, exceto pela possibilidade de degradação enzimática.

(3) Tolerância ao sal da hidroxipropilmetilcelulose: Como a hidroxipropilmetilcelulose é um éter não iônico, ela não se ioniza em meio aquoso, diferentemente de outros éteres de celulose iônicos. Por exemplo, a carboximetilcelulose reage com íons de metais pesados ​​e precipita na solução. Sais comuns, como cloreto, brometo, fosfato, nitrato, etc., não precipitam quando adicionados à sua solução aquosa. No entanto, a adição de sal influencia a temperatura de floculação da solução aquosa. Quando a concentração de sal aumenta, a temperatura de gelificação diminui. Quando a concentração de sal está abaixo do ponto de floculação, a viscosidade da solução tende a aumentar. Portanto, a adição de uma certa quantidade de sal, na prática, permite obter o efeito espessante de forma mais econômica. Assim, em algumas aplicações, é preferível usar uma mistura de éter de celulose e sal do que uma solução de éter com alta concentração para obter o efeito espessante.

(4) Resistência a ácidos e álcalis da hidroxipropilmetilcelulose: A hidroxipropilmetilcelulose é geralmente estável a ácidos e álcalis, não sendo afetada na faixa de pH 2 a 12. Ela pode suportar uma certa quantidade de ácidos fracos, como ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido succínico, ácido fosfórico, ácido bórico, etc. No entanto, ácidos concentrados têm o efeito de reduzir a viscosidade. Álcalis como soda cáustica, potassa cáustica e água de cal não a afetam, mas podem aumentar ligeiramente a viscosidade da solução, diminuindo-a gradualmente em seguida.

(5) Compatibilidade da hidroxipropilmetilcelulose: A solução de hidroxipropilmetilcelulose pode ser misturada com compostos poliméricos solúveis em água para formar uma solução uniforme e transparente com maior viscosidade. Esses compostos poliméricos incluem polietilenoglicol, acetato de polivinila, polisilicone, polimetilvinilsiloxano, hidroxietilcelulose e metilcelulose. Compostos naturais de alto peso molecular, como goma arábica, goma de alfarroba, goma karaya, etc., também apresentam boa compatibilidade com sua solução. A hidroxipropilmetilcelulose também pode ser misturada com éster de manitol ou éster de sorbitol de ácido esteárico ou ácido palmítico, e também pode ser misturada com glicerina, sorbitol e manitol, e esses compostos podem ser usados ​​como plastificantes para celulose.

(6) Éteres de celulose insolúveis em água, derivados da hidroxipropilmetilcelulose, podem sofrer reticulação superficial com aldeídos, fazendo com que esses éteres solúveis em água precipitem na solução e se tornem insolúveis em água. Os aldeídos que tornam a hidroxipropilmetilcelulose insolúvel incluem formaldeído, glioxal, aldeído succínico, adipaldeído, etc. Ao usar formaldeído, deve-se prestar atenção especial ao valor do pH da solução. Dentre eles, o glioxal reage mais rapidamente, sendo por isso comumente usado como agente de reticulação na produção industrial. A quantidade desse tipo de agente de reticulação na solução é de 0,2% a 10% da massa do éter, preferencialmente de 7% a 10%, sendo, por exemplo, de 3,3% a 6% de glioxal a quantidade mais adequada. Geralmente, a temperatura de tratamento é de 0 a 30 °C e o tempo é de 1 a 120 minutos. A reação de reticulação precisa ser realizada em condições ácidas. Geralmente, adiciona-se primeiro um ácido inorgânico forte ou um ácido carboxílico orgânico à solução para ajustar o pH para cerca de 2 a 6, preferencialmente entre 4 e 6, e então adicionam-se aldeídos para realizar a reação de reticulação. Os ácidos utilizados podem ser ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fórmico, ácido acético, ácido succínico ou ácido cítrico, entre outros, sendo o ácido fórmico ou o ácido acético recomendáveis, e o ácido fórmico o ideal. O ácido e o aldeído também podem ser adicionados simultaneamente para permitir que a solução sofra a reação de reticulação dentro da faixa de pH desejada. Essa reação é frequentemente utilizada no processo de tratamento final na preparação de éteres de celulose. Após o éter de celulose se tornar insolúvel, torna-se conveniente utilizá-lo.

Água a 20~25°C para lavagem e purificação. Durante o uso do produto, podem ser adicionadas substâncias alcalinas à solução para ajustar o pH e acelerar a dissolução. Este método também se aplica ao tratamento do filme após a transformação da solução de éter de celulose em filme, tornando-o insolúvel.

(7) Resistência enzimática da hidroxipropilmetilcelulose. Em teoria, os derivados de celulose, como aqueles com um grupo substituinte firmemente ligado a cada grupo anidroglicose, não são suscetíveis à erosão microbiana. No entanto, na prática, quando o grau de substituição do produto final excede 1, ele também será degradado por enzimas. Isso significa que o grau de substituição de cada grupo na cadeia de celulose não é suficientemente uniforme, e os microrganismos podem corroer o grupo anidroglicose não substituído. Açúcares são formados e absorvidos como nutrientes pelos microrganismos. Portanto, se o grau de substituição por eterificação da celulose aumentar, a resistência à erosão enzimática do éter de celulose também aumentará. Segundo relatos, em condições controladas, os resultados da hidrólise enzimática mostram que a viscosidade residual da hidroxipropilmetilcelulose (DS=1,9) é de 13,2%, da metilcelulose (DS=1,83) é de 7,3%, da metilcelulose (DS=1,66) é de 3,8% e da hidroxietilcelulose é de 1,7%. Observa-se que a hidroxipropilmetilcelulose possui forte resistência enzimática. Portanto, a excelente resistência enzimática da hidroxipropilmetilcelulose, combinada com sua boa dispersibilidade, propriedades espessantes e formadoras de filme, permite seu uso em revestimentos de emulsão aquosa, etc., geralmente sem a necessidade de adição de conservantes. Entretanto, para armazenamento prolongado da solução ou em caso de possível contaminação externa, a adição de conservantes pode ser recomendada como medida de precaução, sendo a escolha determinada de acordo com os requisitos finais da solução. O acetato de fenilmercúrio e o fluorsilicato de manganês são conservantes eficazes, porém ambos apresentam toxicidade, exigindo atenção especial em seu manuseio. Geralmente, podem ser adicionados de 1 a 5 mg de acetato de fenilmercúrio à solução por litro da dosagem.

(8) Desempenho do filme de hidroxipropilmetilcelulose A hidroxipropilmetilcelulose possui excelentes propriedades de formação de filme. Sua solução aquosa ou em solvente orgânico é aplicada sobre uma placa de vidro e, após a secagem, torna-se um filme livre, colorido, transparente e resistente. Apresenta boa resistência à umidade e permanece sólido em altas temperaturas. A adição de plastificante higroscópico pode aumentar seu alongamento e flexibilidade. Para melhorar a flexibilidade, plastificantes como glicerina e sorbitol são os mais adequados. Geralmente, a concentração da solução é de 2% a 3%, e a quantidade de plastificante é de 10% a 20% do éter de celulose. Se o teor de plastificante for muito alto, ocorrerá encolhimento por desidratação coloidal em alta umidade. A resistência à tração do filme com adição de plastificante é muito maior do que a do filme sem plastificante, e aumenta com o aumento da quantidade adicionada. Quanto à higroscopicidade do filme, ela também aumenta com o aumento da quantidade de plastificante.