Гидроксипропилметилцеллюлоза — это разновидность неионогенного смешанного эфира целлюлозы. В отличие от ионогенного смешанного эфира метилкарбоксиметилцеллюлозы, она не вступает в реакцию с тяжелыми металлами. Из-за различного соотношения метоксильных и гидроксипропильных групп в гидроксипропилметилцеллюлозе и различной вязкости существует множество разновидностей с разными 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
①Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы в воде. Гидроксипропилметилцеллюлоза фактически является разновидностью метилцеллюлозы, модифицированной оксидом пропилена (метоксипропиленом), поэтому она сохраняет те же свойства, что и метилцеллюлоза. Целлюлоза обладает схожими характеристиками растворимости в холодной воде и нерастворимости в горячей воде. Однако из-за модифицированной гидроксипропильной группы ее температура гелеобразования в горячей воде 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 ее 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 по адресу [указать адрес]. При комнатной температуре она легко растворяется в воде без охлаждения.
② Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы в органических растворителях. Растворимость гидроксипропилметилцеллюлозы в органических растворителях также лучше, чем у метилцеллюлозы. Для продуктов с вязкостью выше 2,1, высоковязкая гидроксипропилметилцеллюлоза, содержащая гидроксипропил MS=1,5~1,8 и метокси DS=0,2~1,0, с общей степенью замещения выше 1,8, растворима в безводных растворах метанола и этанола средней вязкости, а также термопластична и водорастворима. 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 и 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 снижаться, 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. Например, карбоксиметилцеллюлоза реагирует с ионами тяжелых металлов и выпадает в осадок в растворе. 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. Поэтому в некоторых случаях для достижения эффекта загущения лучше 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 др. Однако концентрированные кислоты оказывают на нее 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) Совместимость 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 эфиры целлюлозы гидроксипропилметилцеллюлозы могут 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, при этом глиоксаль реагирует быстрее, поэтому глиоксаль обычно используется в качестве сшивающего агента в промышленном производстве. Количество 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, сначала в раствор добавляют сильную неорганическую кислоту или органическую карбоновую кислоту для регулирования pH раствора до значения примерно 2–6, 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 раствор мог подвергнуться реакции сшивания 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) Ферментативная стойкость гидроксипропилметилцеллюлозы. Теоретически, производные целлюлозы, такие как прочно связанные замещающие группы на каждой ангидроглюкозной группе, не подвержены микробной эрозии, но на самом деле, когда значение замещения готового продукта превышает 1, он также будет разлагаться ферментами, что означает, что степень замещения каждой группы в цепи целлюлозы недостаточно равномерна, и микроорганизмы могут разрушать незамещенные ангидроглюкозные группы. Сахара образуются и поглощаются микроорганизмами в качестве питательных веществ. Следовательно, если степень этерификации целлюлозы увеличивается, то и устойчивость эфира целлюлозы к ферментативной эрозии также возрастает. Согласно отчетам, в контролируемых условиях результаты гидролиза ферментами показывают, 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) Характеристики пленки из гидроксипропилметилцеллюлозы. Гидроксипропилметилцеллюлоза обладает превосходными пленкообразующими свойствами. Ее водный раствор или раствор органического растворителя наносят на стеклянную пластину, и после высыхания пленка становится прозрачной, цветной и прочной. Она обладает хорошей влагостойкостью и остается твердой при высоких температурах. При добавлении гигроскопичного пластификатора ее удлинение и гибкость могут быть улучшены. С точки зрения 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: 20 декабря 2022 г.