ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นอีเทอร์ผสมเซลลูโลสชนิดไม่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากอีเทอร์ผสมเมทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสชนิดมีประจุไฟฟ้า HPMC ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะหนัก เนื่องจากปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและสัดส่วนของไฮดรอกซีโพรพิลและความหนืดที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดสายพันธุ์ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ที่มีปริมาณเมทอกซิลสูงและไฮดรอกซีโพรพิลต่ำ จะมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับเมทิลเซลลูโลส และสายพันธุ์ที่มีปริมาณเมทอกซิลต่ำและไฮดรอกซีโพรพิลสูง จะมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส แต่ในแต่ละสายพันธุ์ แม้จะมีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลหรือเมทอกซีเพียงเล็กน้อย ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์หรืออุณหภูมิการตกตะกอนในสารละลายน้ำก็มีความแตกต่างกันอย่างมาก
1. ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสละลายน้ำได้ ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นเมทิลเซลลูโลสที่ถูกดัดแปลงด้วยโพรพิลีนออกไซด์ (วงแหวนเมทิลออกซีโพรพิล) ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติคล้ายกับเมทิลเซลลูโลส คือละลายได้ในน้ำเย็นและไม่ละลายในน้ำร้อน อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการเกิดเจลของไฮดรอกซีโพรพิลที่ดัดแปลงแล้วนั้นสูงกว่าเมทิลเซลลูโลสในน้ำร้อนมาก ตัวอย่างเช่น ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในน้ำที่มีปริมาณเมทอกซี 2% (DS=0.73) และปริมาณไฮดรอกซีโพรพิล (MS=0.46) คือ 500 mpa ที่อุณหภูมิ 20℃ อุณหภูมิการเกิดเจลของผลิตภัณฑ์ S อยู่ใกล้เคียงกับ 100℃ ในขณะที่เมทิลเซลลูโลสที่อุณหภูมิเดียวกันนั้นอยู่ที่ประมาณ 55℃ เท่านั้น ส่วนความสามารถในการละลายในน้ำนั้นก็ดีขึ้นมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น หลังจากบดไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (ขนาดเม็ด 0.2~0.5 มม. ที่อุณหภูมิ 20℃ ความหนืดในน้ำ 4% เท่ากับ 2 pA) ผลิตภัณฑ์สามารถละลายในน้ำได้ง่ายโดยไม่ต้องทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง
(2) ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายอินทรีย์นั้นดีกว่าเมทิลเซลลูโลส เมทิลเซลลูโลสจำเป็นต้องมีระดับการแทนที่เมทอกซี 2.1 หรือมากกว่า และประกอบด้วยไฮดรอกซีโพรพิล MS=1.5~1.8 และเมทอกซี DS=0.2~1.0 ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่มีความหนืดสูงและมีระดับการแทนที่รวมมากกว่า 1.8 สามารถละลายได้ในสารละลายเมทานอลและเอทานอลที่ปราศจากน้ำ และมีคุณสมบัติเป็นเทอร์โมพลาสติกและละลายได้ในน้ำ นอกจากนี้ยังละลายได้ในไฮโดรคาร์บอนคลอริเนต เช่น ไดคลอโรมีเทนและไตรคลอโรมีเทน และตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อะซิโตน ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ และไดอะซิโตนแอลกอฮอล์ ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์นั้นดีกว่าความสามารถในการละลายในน้ำ
2. ความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและปัจจัยที่มีอิทธิพล
ปัจจัยความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส การหาค่าความหนืดมาตรฐานของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและเซลลูโลสอีเทอร์อื่นๆ นั้นเหมือนกัน โดยจะหาค่ามาตรฐานที่อุณหภูมิ 20℃ ด้วยสารละลายในน้ำ 2% ความหนืดของผลิตภัณฑ์เดียวกันจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้น ผลิตภัณฑ์ที่มีมวลโมเลกุลต่างกันแต่มีความเข้มข้นเท่ากัน จะมีความหนืดสูง ความสัมพันธ์กับอุณหภูมิจะคล้ายกับเมทิลเซลลูโลส กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะเริ่มลดลง แต่เมื่อถึงอุณหภูมิหนึ่ง ความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันและเกิดการก่อตัวเป็นเจล อุณหภูมิการก่อตัวเป็นเจลของผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดต่ำจะสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดสูง ระดับจุดก่อตัวเป็นเจลนั้น นอกจากความหนืดสูงและต่ำของอีเทอร์แล้ว ยังสัมพันธ์กับอัตราส่วนองค์ประกอบของหมู่เมทอกซีและไฮดรอกซีโพรพิลในอีเทอร์ และระดับการแทนที่โดยรวมด้วย ควรทราบว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสก็เป็นสารที่มีคุณสมบัติคล้ายพลาสติกเช่นกัน สารละลายของสารนี้มีความเสถียรเมื่อเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง และไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงความหนืดใดๆ ยกเว้นความเป็นไปได้ที่จะเกิดการย่อยสลายโดยเอนไซม์
3. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ทนต่อกรดและด่าง
กรดไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและด่างไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโดยทั่วไปมีความเสถียร ไม่ได้รับผลกระทบในช่วง pH 2-12 สามารถทนต่อกรดอ่อนได้ในระดับหนึ่ง เช่น กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดซิตริก กรดซัคซินิก กรดฟอสฟอริก กรดบอริก เป็นต้น แต่กรดเข้มข้นจะมีผลทำให้ความหนืดลดลง ส่วนด่าง เช่น โซดาไฟ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ และน้ำปูนใส ไม่มีผลกระทบต่อสารนี้ แต่จะทำให้ความหนืดของสารละลายเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และจะค่อยๆ ลดลงในอนาคต
4. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมได้
สารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมกับสารประกอบโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ และกลายเป็นสารละลายใสที่มีความหนืดสูงขึ้นอย่างสม่ำเสมอ สารประกอบโมเลกุลสูงเหล่านี้ ได้แก่ โพลีเอทิลีนไกลคอล โพลีไวนิลอะซิเตต โพลีซิลิโคน โพลีเมทิลไวนิลไซลอกเซน ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส และเมทิลเซลลูโลส เป็นต้น สารประกอบโพลีเมอร์จากธรรมชาติ เช่น กัมอาราบิก กัมถั่วคารอบ กัมต้นหนาม และอื่นๆ ก็สามารถผสมกับสารละลายนี้ได้ดีเช่นกัน ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสยังสามารถผสมกับกรดสเตียริกหรือกรดปาล์มิติก แมนนิทอลเอสเทอร์ หรือซอร์บิทอลเอสเทอร์ รวมถึงกลีเซอรอล ซอร์บิทอล และแมนนิทอลได้ โดยสารประกอบเหล่านี้สามารถใช้เป็นสารเพิ่มความยืดหยุ่นของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสได้
5. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ไม่ละลายน้ำ ละลายน้ำได้
ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส คือ เซลลูโลสอีเทอร์ที่ไม่ละลายน้ำแต่ละลายน้ำได้ สามารถเกิดการเชื่อมโยงข้ามพื้นผิวกับอัลดีไฮด์ ทำให้เซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้เหล่านี้ตกตะกอนในสารละลายและกลายเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่ไม่ละลายน้ำกับอัลดีไฮด์ ฟอร์มาลดีไฮด์ ไกลออกซาล ซัคซินัลดีไฮด์ ไดอัลดีไฮด์ ฯลฯ โดยการใช้ฟอร์มาลดีไฮด์ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับค่า pH ของสารละลาย ในขณะที่ไกลออกซาลจะทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่า ดังนั้นในการผลิตทางอุตสาหกรรมจึงนิยมใช้ไกลออกซาลเป็นสารเชื่อมโยงข้ามพื้นผิว ปริมาณสารเชื่อมโยงข้ามพื้นผิวชนิดนี้ในสารละลายคือ 0.2%~10% ของมวลอีเทอร์ โดยปริมาณที่ดีที่สุดคือ 7%~10% เช่น การใช้ไกลออกซาลในปริมาณ 3.3%~6% ถือว่าเหมาะสมที่สุด อุณหภูมิในการบำบัดโดยทั่วไปคือ 0~30℃ และเวลาคือ 1~120 นาที ปฏิกิริยาการเชื่อมโยงต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่เป็นกรด โดยทั่วไปจะเติมกรดแก่ชนิดอนินทรีย์หรือกรดคาร์บอกซิลิกชนิดอินทรีย์ลงในสารละลายเพื่อปรับค่า pH ของสารละลายให้อยู่ระหว่าง 2-6 โดยควรอยู่ระหว่าง 4-6 จากนั้นจึงเติมอัลดีไฮด์เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาการเชื่อมโยง กรดที่ใช้ได้แก่ กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดไฮดรอกซีอะซิติก กรดซัคซินิก หรือกรดซิตริก ซึ่งกรดฟอร์มิกหรือกรดอะซิติกนั้นดีที่สุด อาจเติมกรดและอัลดีไฮด์พร้อมกันเพื่อให้สารละลายเกิดการเชื่อมโยงในช่วง pH ที่ต้องการ ปฏิกิริยานี้มักใช้ในขั้นตอนสุดท้ายของการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้เซลลูโลสอีเทอร์ละลาย และง่ายต่อการล้างและทำให้บริสุทธิ์ด้วยน้ำอุณหภูมิ 20-25℃ เมื่อใช้ผลิตภัณฑ์ สามารถเติมสารอัลคาไลน์ลงในสารละลายของผลิตภัณฑ์เพื่อปรับค่า pH ของสารละลายให้เป็นด่าง และผลิตภัณฑ์จะละลายในสารละลายได้อย่างรวดเร็ว วิธีนี้ยังสามารถใช้ได้เมื่อใช้สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ในการทำฟิล์ม แล้วจึงนำฟิล์มไปผ่านกระบวนการเพื่อให้ได้ฟิล์มที่ไม่ละลายน้ำ
6. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส แอนติเอนไซม์
ตามทฤษฎีแล้ว ความต้านทานต่อเอนไซม์ของอนุพันธ์เซลลูโลส เช่น หมู่แอนไฮโดรกลูโคสแต่ละหมู่ มีการรวมตัวกันอย่างแน่นหนาของหมู่แทนที่ ทำให้จุลินทรีย์มีโอกาสกัดกร่อนน้อยลง แต่ในความเป็นจริง ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีค่าการแทนที่มากกว่า 1 ก็ยังถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์ได้เช่นกัน นี่คือคำอธิบายที่ว่า ระดับการแทนที่ของหมู่ในสายโซ่เซลลูโลสไม่สม่ำเสมอ จุลินทรีย์สามารถกัดกร่อนหมู่กลูโคสที่ขาดน้ำใกล้กับหมู่ที่ไม่ถูกแทนที่เพื่อสร้างน้ำตาล ซึ่งจุลินทรีย์สามารถดูดซึมเป็นอาหารได้ ดังนั้น หากระดับการแทนที่ของอีเทอร์ริฟิเคชันในเซลลูโลสเพิ่มขึ้น ความต้านทานของอีเทอร์เซลลูโลสต่อการกัดกร่อนของเอนไซม์ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย มีรายงานว่าภายใต้สภาวะควบคุม ความหนืดที่เหลืออยู่ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (DS=1.9), เมทิลเซลลูโลส (DS=1.83), เมทิลเซลลูโลส (DS=1.66) และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (1.7%) คือ 13.2%, 7.3%, 3.8% และ 1.7% ตามลำดับ ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีคุณสมบัติในการต้านเอนไซม์สูง ดังนั้น ด้วยคุณสมบัติการต้านเอนไซม์ที่ดีเยี่ยมของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ประกอบกับคุณสมบัติการกระจายตัว การเพิ่มความหนืด และการขึ้นรูปฟิล์มที่ดี จึงถูกนำไปใช้ในการเคลือบแบบอิมัลชัน เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องเติมสารกันบูด อย่างไรก็ตาม เพื่อป้องกันการเก็บรักษาสารละลายในระยะยาวหรือการปนเปื้อนจากภายนอก สามารถเติมสารกันบูดได้ โดยการเลือกใช้สารกันบูดนั้นขึ้นอยู่กับความต้องการสุดท้ายของสารละลาย ฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตตและแมงกานีสฟลูออซิลิเคตเป็นสารกันบูดที่มีประสิทธิภาพ แต่มีพิษและต้องใช้ด้วยความระมัดระวัง โดยทั่วไปสามารถเติมฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตตได้ 1-5 มิลลิกรัมต่อสารละลาย 1 ลิตร
7. ประสิทธิภาพของเมมเบรนไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
ฟิล์มไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม เมื่อนำไปเคลือบบนแผ่นกระจกด้วยสารละลายในน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์ หลังจากแห้งแล้วจะได้ฟิล์มใส โปร่งแสง และเหนียว มีคุณสมบัติทนต่อความชื้นได้ดีและคงรูปเป็นของแข็งที่อุณหภูมิสูง การเติมสารเพิ่มความยืดหยุ่น เช่น พลาสติไซเซอร์ที่ดูดความชื้นได้ จะช่วยเพิ่มการยืดตัวและความยืดหยุ่น พลาสติไซเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด ได้แก่ กลีเซอรอล ซอร์บิทอล และสารอื่นๆ โดยทั่วไปความเข้มข้นของสารละลายจะอยู่ที่ 2%-3% และปริมาณพลาสติไซเซอร์อยู่ที่ 10%-20% ของเซลลูโลสอีเทอร์ หากปริมาณพลาสติไซเซอร์สูงเกินไป อาจเกิดปรากฏการณ์การหดตัวจากการขาดน้ำของคอลลอยด์ในสภาวะความชื้นสูง ความแข็งแรงดึงของฟิล์มที่เติมพลาสติไซเซอร์จะมากกว่าฟิล์มที่ไม่เติม และจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณพลาสติไซเซอร์ที่เพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับความสามารถในการดูดความชื้นของฟิล์มก็จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณพลาสติไซเซอร์ที่เพิ่มขึ้นเช่นกัน
วันที่โพสต์: 8 กันยายน 2022