ГидроксипропилметилцеллюлозаЭто разновидность неионогенного смешанного эфира целлюлозы. В отличие от ионогенного смешанного эфира метилкарбоксиметилцеллюлозы, он не вступает в реакцию с тяжелыми металлами. Из-за различного соотношения метоксильных и гидроксипропильных групп в гидроксипропилметилцеллюлозе и различной вязкости существует множество разновидностей с различными свойствами, например, разновидности с высоким содержанием метоксильных и низким содержанием гидроксипропильных групп близки к свойствам метилцеллюлозы, а разновидности с низким содержанием метоксильных и высоким содержанием гидроксипропильных групп близки к свойствам гидроксипропилметилцеллюлозы. Однако в каждой разновидности, несмотря на небольшое количество гидроксипропильных или метоксильных групп, наблюдаются значительные различия в растворимости в органических растворителях или температуре флокуляции в водных растворах.
(1) Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы
① Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы в водеГидроксипропилметилцеллюлозаФактически, это разновидность метилцеллюлозы, модифицированная оксидом пропилена (метоксипропиленом), поэтому она сохраняет те же свойства, что и метилцеллюлоза, обладая схожими характеристиками растворимости в холодной воде и нерастворимости в горячей воде. Однако, благодаря модифицированной гидроксипропильной группе, температура гелеобразования в горячей воде у неё значительно выше, чем у метилцеллюлозы. Например, вязкость водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы с 2% содержанием метоксигруппы (степень замещения DS=0,73 и содержание гидроксипропилгруппы MS=0,46) составляет 500 мПа·с при 20°C, а температура гелеобразования может достигать почти 100°C, в то время как у метилцеллюлозы при той же температуре она составляет всего около 55°C. Что касается её растворимости в воде, она также значительно улучшилась. Например, измельченную гидроксипропилметилцеллюлозу (гранулы размером 0,2–0,5 мм при 20 °C с вязкостью 4% водного раствора 2 Па•с) можно приобрести при комнатной температуре; она легко растворяется в воде без охлаждения.
② Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы в органических растворителях также лучше, чем у обычной метилцеллюлозы. Метилцеллюлоза должна иметь степень замещения метоксильной группы 2,1. Вышеуказанные продукты, содержащие гидроксипропильную группу MS = 1,5–1,8 и метоксигруппу DS = 0,2–1,0, представляют собой высоковязкую гидроксипропилметилцеллюлозу с общей степенью замещения выше 1,8, растворимую в безводных растворах метанола и этанола, обладающую термопластичностью и растворимостью в воде. Она также растворима в хлорированных углеводородах, таких как метиленхлорид и хлороформ, и органических растворителях, таких как ацетон, изопропанол и диацетоновый спирт. Ее растворимость в органических растворителях лучше, чем растворимость в воде.
(2) Факторы, влияющие на вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы. Стандартное определение вязкости гидроксипропилметилцеллюлозы аналогично определению вязкости других эфиров целлюлозы. Измерение проводится при 20 °C с использованием 2% водного раствора в качестве стандарта. Вязкость одного и того же продукта увеличивается с увеличением концентрации. Для продуктов с разной молекулярной массой при одинаковой концентрации продукт с большей молекулярной массой имеет более высокую вязкость. Зависимость от температуры аналогична зависимости для метилцеллюлозы. При повышении температуры вязкость начинает падать, но при достижении определенной температуры вязкость резко возрастает, и происходит гелеобразование. Температура гелеобразования низковязких продуктов выше. Температура гелеобразования зависит не только от вязкости эфира, но и от соотношения метоксильной и гидроксипропильной групп в эфире, а также от степени замещения. Следует отметить, что гидроксипропилметилцеллюлоза также является псевдопластичной, и ее раствор стабилен при комнатной температуре без какого-либо снижения вязкости, за исключением возможности ферментативного разложения.
(3) Солеустойчивость гидроксипропилметилцеллюлозы. Поскольку гидроксипропилметилцеллюлоза является неионогенным эфиром, она не ионизируется в водной среде, в отличие от других ионных эфиров целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза, которые в растворе реагируют с ионами тяжелых металлов и выпадают в осадок. Обычные соли, такие как хлорид, бромид, фосфат, нитрат и т. д., не выпадают в осадок при добавлении в ее водный раствор. Однако добавление соли оказывает некоторое влияние на температуру флокуляции ее водного раствора. При увеличении концентрации соли температура гелеобразования снижается. Когда концентрация соли ниже точки флокуляции, вязкость раствора имеет тенденцию к увеличению. Поэтому добавление определенного количества соли в процессе применения позволяет добиться эффекта загущения более экономично. Следовательно, в некоторых случаях для достижения эффекта загущения предпочтительнее использовать смесь эфира целлюлозы и соли, чем раствор эфира с более высокой концентрацией.
(4) Кислото- и щелочестойкость гидроксипропилметилцеллюлозы. Гидроксипропилметилцеллюлоза, как правило, устойчива к кислотам и щелочам и не подвержена их воздействию в диапазоне pH 2–12. Она может выдерживать определенное количество слабых кислот, таких как муравьиная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, янтарная кислота, фосфорная кислота, борная кислота и т. д. Однако концентрированные кислоты оказывают эффект снижения вязкости. Щелочи, такие как каустическая сода, каустическая сода и известковая вода, не оказывают на нее никакого воздействия, но могут незначительно повысить вязкость раствора, а затем постепенно снизить ее.
(5) Смешиваемость гидроксипропилметилцеллюлозы. Раствор гидроксипропилметилцеллюлозы может смешиваться с водорастворимыми полимерными соединениями, образуя однородный и прозрачный раствор с более высокой вязкостью. К таким полимерным соединениям относятся полиэтиленгликоль, поливинилацетат, полисиликон, полиметилвинилсилоксан, гидроксиэтилцеллюлоза и метилцеллюлоза. Природные высокомолекулярные соединения, такие как гуммиарабик, камедь рожкового дерева, камедь карайи и др., также обладают хорошей совместимостью с его раствором. Гидроксипропилметилцеллюлозу также можно смешивать с эфирами маннитола или сорбитола, стеариновой или пальмитиновой кислот, а также с глицерином, сорбитолом и маннитолом; эти соединения могут использоваться в качестве пластификатора для целлюлозы.
(6) Нерастворимые в воде растворимыеэфиры целлюлозыГидроксипропилметилцеллюлоза может осуществлять поверхностное сшивание с альдегидами, в результате чего эти водорастворимые эфиры выпадают в осадок в растворе и становятся нерастворимыми в воде. К альдегидам, делающим гидроксипропилметилцеллюлозу нерастворимой, относятся формальдегид, глиоксаль, янтарный альдегид, адипальдегид и др. При использовании формальдегида следует уделять особое внимание значению pH раствора, поскольку глиоксаль реагирует быстрее, поэтому глиоксаль обычно используется в качестве сшивающего агента в промышленном производстве. Дозировка этого сшивающего агента в растворе составляет 0,2%–10% от массы эфира, предпочтительно 7%–10%, например, наиболее подходящим является 3,3%–6% глиоксаля. Обычно температура обработки составляет 0–30℃, а время – 1–120 мин. Реакцию сшивания необходимо проводить в кислых условиях. Как правило, pH раствора регулируют до значения около 2–6 путем добавления сильной неорганической кислоты или органической карбоновой кислоты, предпочтительно в диапазоне 4–6, а затем добавляют альдегиды для проведения реакции сшивания. В качестве кислоты используют соляную, серную, фосфорную, муравьиную, уксусную, гидроксиуксусную, янтарную или лимонную кислоты и т. д., при этом предпочтительнее использовать муравьиную или уксусную кислоту, а муравьиная кислота является оптимальной. Кислоту и альдегид также можно добавлять одновременно, чтобы обеспечить протекание реакции сшивания в растворе в желаемом диапазоне pH. Эта реакция часто используется на заключительном этапе обработки при получении эфиров целлюлозы. После того, как эфир целлюлозы становится нерастворимым, его удобно использовать.
Для промывки и очистки используйте воду температурой 20–25℃. Во время использования продукта в раствор можно добавлять щелочные вещества для регулирования pH раствора, что позволит продукту быстро раствориться в растворе. Этот метод также применим для обработки пленки после приготовления пленки из целлюлозного эфира с целью получения нерастворимой пленки.
(7) Теоретически, устойчивость гидроксипропилметилцеллюлозы к ферментам является свойством производных целлюлозы, таких как каждая ангидроглюкозная группа. Если в ней есть прочно связанная заместительная группа, то она не так легко подвергается воздействию микроорганизмов. Однако на самом деле, когда значение замещения в готовом продукте превышает 1, он также подвергается деградации под действием ферментов. Это означает, что степень замещения каждой группы в цепи целлюлозы недостаточно равномерна, и микроорганизмы могут разрушать незамещенную ангидроглюкозную группу, образуя сахара, которые служат питательными веществами для микроорганизмов. Следовательно, если степень этерификации замещения целлюлозы увеличивается, то и устойчивость эфира целлюлозы к ферментативному разрушению также возрастает. Согласно отчетам, в контролируемых условиях результаты гидролиза полученных ферментов показали, что остаточная вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы (DS=1,9) составляет 13,2%, метилцеллюлозы (DS=1,83) — 7,3%, метилцеллюлозы (DS=1,66) — 3,8%, а гидроксиэтилцеллюлозы — 1,7%. Видно, что гидроксипропилметилцеллюлоза обладает сильной антиферментной активностью. Поэтому превосходная ферментостойкость гидроксипропилметилцеллюлозы в сочетании с ее хорошей диспергируемостью, загущающими и пленкообразующими свойствами позволяет использовать ее в водоэмульсионных покрытиях и т.д., и, как правило, не требует добавления консервантов. Однако, при длительном хранении раствора или возможном загрязнении извне, в качестве меры предосторожности можно добавлять консерванты, выбор которых определяется в зависимости от конечных требований к раствору. Фенилртутный ацетат и фторсиликат марганца являются эффективными консервантами, но все они токсичны, поэтому необходимо соблюдать осторожность при их применении. Как правило, в раствор на литр дозировки можно добавлять 1–5 мг фенилртутного ацетата.
(8) ПроизводительностьгидроксипропилметилцеллюлозаГидроксипропилметилцеллюлоза обладает превосходными пленкообразующими свойствами. Ее водный раствор или раствор в органическом растворителе наносят на стеклянную пластину, и после высыхания пленка становится бесцветной и прозрачной. Она также обладает высокой прочностью и влагостойкостью, оставаясь твердой при высоких температурах. При добавлении гигроскопичного пластификатора ее удлинение и гибкость могут быть улучшены. Для повышения гибкости наиболее подходящими являются пластификаторы, такие как глицерин и сорбит. Обычно концентрация раствора составляет 2–3%, а количество пластификатора – 10–20% от целлюлозного эфира. Если содержание пластификатора слишком высокое, при высокой влажности произойдет коллоидная дегидратационная усадка. Прочность на разрыв пленки с добавлением пластификатора значительно выше, чем без него, и увеличивается с увеличением количества добавленного пластификатора. Что касается гигроскопичности пленки, она также увеличивается с увеличением количества пластификатора.
Дата публикации: 25 апреля 2024 г.