Tính chất của hydroxypropyl methylcellulose

Hydroxypropyl methylcellulose là một loại ete hỗn hợp cellulose không ion. Khác với ete hỗn hợp methyl carboxymethyl cellulose ion, nó không phản ứng với kim loại nặng. Do tỷ lệ hàm lượng methoxyl và hydroxypropyl khác nhau trong hydroxypropyl methylcellulose và độ nhớt khác nhau, nên có nhiều loại với các tính chất khác nhau, ví dụ, loại có hàm lượng methoxyl cao và hàm lượng hydroxypropyl thấp có hiệu suất gần giống với methyl cellulose, trong khi loại có hàm lượng methoxyl thấp và hàm lượng hydroxypropyl cao có hiệu suất gần giống với hydroxypropyl methyl cellulose. Tuy nhiên, trong mỗi loại, mặc dù chỉ chứa một lượng nhỏ nhóm hydroxypropyl hoặc một lượng nhỏ nhóm methoxyl, nhưng lại có sự khác biệt lớn về độ hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc nhiệt độ keo tụ trong dung dịch nước.

(1) Tính chất hòa tan của hydroxypropyl methylcellulose
① Độ hòa tan của hydroxypropyl methylcellulose trong nước: Hydroxypropyl methylcellulose thực chất là một loại methylcellulose được biến tính bằng propylene oxide (methoxypropylene), do đó nó vẫn có các đặc tính tương tự như methyl cellulose. Cellulose có đặc điểm tương tự về độ hòa tan trong nước lạnh và không hòa tan trong nước nóng. Tuy nhiên, do nhóm hydroxypropyl được biến tính, nhiệt độ tạo gel của nó trong nước nóng cao hơn nhiều so với methyl cellulose. Ví dụ, độ nhớt của dung dịch nước hydroxypropyl methylcellulose với hàm lượng methoxy 2%, độ thay thế DS=0,73 và hàm lượng hydroxypropyl MS=0,46 là 500 mpa·s ở 20°C, và nhiệt độ tạo gel của nó có thể đạt gần 100°C, trong khi methyl cellulose ở cùng nhiệt độ chỉ khoảng 55°C. Về độ hòa tan trong nước, nó cũng được cải thiện đáng kể. Ví dụ, hydroxypropyl methylcellulose dạng bột (dạng hạt 0,2~0,5mm ở 20°C với độ nhớt dung dịch nước 4% là 2pa•s) có thể mua được ở nhiệt độ phòng. Nó dễ dàng hòa tan trong nước mà không cần làm lạnh.

② Độ hòa tan của hydroxypropyl methylcellulose trong dung môi hữu cơ: Độ hòa tan của hydroxypropyl methylcellulose trong dung môi hữu cơ cũng tốt hơn so với methylcellulose. Đối với các sản phẩm có độ nhớt cao trên 2,1, hydroxypropyl methylcellulose chứa hydroxypropyl MS=1,5~1,8 và methoxy DS=0,2~1,0, với tổng độ thế trên 1,8, hòa tan trong dung dịch methanol và ethanol khan ở mức trung bình, và có tính dẻo nhiệt và tan trong nước. Nó cũng hòa tan trong các hydrocarbon clo hóa như methylene chloride và chloroform, và các dung môi hữu cơ như acetone, isopropanol và diacetone alcohol. Độ hòa tan của nó trong dung môi hữu cơ tốt hơn độ hòa tan trong nước.

(2) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của hydroxypropyl methylcellulose Việc xác định độ nhớt tiêu chuẩn của hydroxypropyl methylcellulose cũng giống như các ete xenluloza khác, được đo ở 20°C với dung dịch nước 2% làm chuẩn. Độ nhớt của cùng một sản phẩm tăng lên khi nồng độ tăng. Đối với các sản phẩm có trọng lượng phân tử khác nhau ở cùng nồng độ, sản phẩm có trọng lượng phân tử lớn hơn có độ nhớt cao hơn. Mối quan hệ của nó với nhiệt độ tương tự như của metyl xenluloza. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt bắt đầu giảm, nhưng khi đạt đến một nhiệt độ nhất định, độ nhớt đột ngột tăng lên và xảy ra hiện tượng tạo gel. Nhiệt độ tạo gel của các sản phẩm có độ nhớt thấp cao hơn. Điểm tạo gel của nó không chỉ liên quan đến độ nhớt của ete mà còn liên quan đến tỷ lệ thành phần của nhóm metoxyl và nhóm hydroxypropyl trong ete và kích thước của tổng mức độ thay thế. Cần lưu ý rằng hydroxypropyl methylcellulose cũng là chất dẻo giả, và dung dịch của nó ổn định ở nhiệt độ phòng mà không bị suy giảm độ nhớt ngoại trừ khả năng bị phân hủy bởi enzyme.

(3) Khả năng chịu muối của hydroxypropyl methylcellulose Vì hydroxypropyl methylcellulose là một ete không ion nên nó không bị ion hóa trong môi trường nước, không giống như các ete xenluloza ion khác. Ví dụ, carboxymethyl cellulose phản ứng với các ion kim loại nặng và kết tủa trong dung dịch. Các muối thông thường như clorua, bromua, phosphat, nitrat, v.v. sẽ không kết tủa khi thêm vào dung dịch nước của nó. Tuy nhiên, việc thêm muối có ảnh hưởng đến nhiệt độ keo tụ của dung dịch nước. Khi nồng độ muối tăng, nhiệt độ tạo gel giảm. Khi nồng độ muối thấp hơn điểm keo tụ, độ nhớt của dung dịch có xu hướng tăng. Do đó, khi thêm một lượng muối nhất định, trong ứng dụng, có thể đạt được hiệu quả làm đặc một cách kinh tế hơn. Vì vậy, trong một số ứng dụng, tốt hơn nên sử dụng hỗn hợp ete xenluloza và muối hơn là dung dịch ete có nồng độ cao hơn để đạt được hiệu quả làm đặc.

(4) Khả năng kháng axit và kiềm của hydroxypropyl methylcellulose: Hydroxypropyl methylcellulose nhìn chung ổn định với axit và kiềm, và không bị ảnh hưởng trong phạm vi pH 2~12. Nó có thể chịu được một lượng nhất định các axit nhẹ, chẳng hạn như axit formic, axit axetic, axit citric, axit succinic, axit phosphoric, axit boric, v.v. Nhưng axit đậm đặc có tác dụng làm giảm độ nhớt. Các chất kiềm như xút ăn da, kali hydroxit và nước vôi không ảnh hưởng đến nó, nhưng chúng có thể làm tăng nhẹ độ nhớt của dung dịch, sau đó từ từ giảm xuống.

(5) Khả năng tương thích của hydroxypropyl methylcellulose Dung dịch hydroxypropyl methylcellulose có thể được trộn với các hợp chất polyme hòa tan trong nước để tạo thành một dung dịch đồng nhất và trong suốt với độ nhớt cao hơn. Các hợp chất polyme này bao gồm polyetylen glycol, polyvinyl axetat, polysilicone, polymethylvinylsiloxan, hydroxyethyl cellulose và metyl cellulose. Các hợp chất phân tử cao tự nhiên như gôm arabic, gôm đậu carob, gôm karaya, v.v. cũng có khả năng tương thích tốt với dung dịch của nó. Hydroxypropyl methylcellulose cũng có thể được trộn với este mannitol hoặc este sorbitol của axit stearic hoặc axit palmitic, và cũng có thể được trộn với glycerin, sorbitol và mannitol, và các hợp chất này có thể được sử dụng làm chất hóa dẻo hydroxypropyl methylcellulose cho cellulose.

(6) Các ete xenluloza hòa tan trong nước không tan của hydroxypropyl methylcellulose có thể thực hiện liên kết chéo bề mặt với aldehyd, do đó các ete hòa tan trong nước này kết tủa trong dung dịch và trở nên không tan trong nước. Các aldehyd làm cho hydroxypropyl methylcellulose không tan bao gồm formaldehyd, glyoxal, aldehyd succinic, adipaldehyde, v.v. Khi sử dụng formaldehyd, cần đặc biệt chú ý đến giá trị pH của dung dịch, trong đó glyoxal phản ứng nhanh hơn, vì vậy glyoxal thường được sử dụng làm chất liên kết chéo trong sản xuất công nghiệp. Lượng chất liên kết chéo này trong dung dịch là 0,2%~10% khối lượng ete, tốt nhất là 7%~10%, ví dụ, 3,3%~6% glyoxal là phù hợp nhất. Nói chung, nhiệt độ xử lý là 0~30℃ và thời gian là 1~120 phút. Phản ứng liên kết chéo cần được thực hiện trong điều kiện axit. Nhìn chung, dung dịch được thêm vào trước tiên với axit mạnh vô cơ hoặc axit cacboxylic hữu cơ để điều chỉnh độ pH của dung dịch đến khoảng 2~6, tốt nhất là từ 4~6, sau đó thêm aldehyd để thực hiện phản ứng liên kết ngang. Axit được sử dụng bao gồm axit clohydric, axit sulfuric, axit phosphoric, axit formic, axit axetic, axit hydroxyaxetic, axit succinic hoặc axit citric, v.v., trong đó nên dùng axit formic hoặc axit axetic, và axit formic là tối ưu. Axit và aldehyd cũng có thể được thêm đồng thời để dung dịch trải qua phản ứng liên kết ngang trong phạm vi pH mong muốn. Phản ứng này thường được sử dụng trong quá trình xử lý cuối cùng trong quá trình điều chế ete xenlulo. Sau khi ete xenlulo không tan, việc sử dụng sẽ thuận tiện hơn.

Sử dụng nước ở nhiệt độ 20-25℃ để rửa và làm sạch. Khi sản phẩm đang được sử dụng, có thể thêm các chất kiềm vào dung dịch sản phẩm để điều chỉnh độ pH của dung dịch về trạng thái kiềm, giúp sản phẩm hòa tan nhanh hơn trong dung dịch. Phương pháp này cũng áp dụng cho việc xử lý màng sau khi dung dịch ete xenluloza được tạo thành màng không tan.

(7) Khả năng kháng enzyme của hydroxypropyl methylcellulose Về lý thuyết, các dẫn xuất cellulose, chẳng hạn như nhóm thế liên kết chặt chẽ trên mỗi nhóm anhydroglucose, không dễ bị ăn mòn bởi vi sinh vật, nhưng trên thực tế, khi giá trị thay thế của sản phẩm hoàn thiện vượt quá 1, nó cũng sẽ bị phân hủy bởi enzyme, điều đó có nghĩa là mức độ thay thế của mỗi nhóm trên chuỗi cellulose không đủ đồng đều, và vi sinh vật có thể ăn mòn trên nhóm anhydroglucose không được thay thế. Đường được hình thành và hấp thụ làm chất dinh dưỡng cho vi sinh vật. Do đó, nếu mức độ thay thế ete hóa của cellulose tăng lên, khả năng kháng ăn mòn enzyme của ete cellulose cũng sẽ tăng lên. Theo báo cáo, trong điều kiện được kiểm soát, kết quả thủy phân của enzyme, độ nhớt còn lại của hydroxypropyl methylcellulose (DS=1,9) là 13,2%, methylcellulose (DS=1,83) là 7,3%, methylcellulose (DS=1,66) là 3,8% và hydroxyethyl cellulose là 1,7%. Có thể thấy rằng hydroxypropyl methylcellulose có khả năng chống enzyme mạnh. Do đó, khả năng kháng enzyme tuyệt vời của hydroxypropyl methylcellulose, kết hợp với khả năng phân tán tốt, làm đặc và tạo màng, được sử dụng trong các loại sơn nhũ tương nước, v.v., và nói chung không cần thêm chất bảo quản. Tuy nhiên, đối với việc bảo quản dung dịch trong thời gian dài hoặc khả năng bị nhiễm bẩn từ bên ngoài, có thể thêm chất bảo quản để phòng ngừa, và việc lựa chọn có thể được quyết định theo yêu cầu cuối cùng của dung dịch. Phenylmercuric acetate và mangan fluorosilicate là những chất bảo quản hiệu quả, nhưng chúng đều có độc tính, cần phải chú ý trong quá trình sử dụng. Thông thường, có thể thêm 1~5mg phenylmercury acetate vào dung dịch trên mỗi lít.

(8) Hiệu suất của màng hydroxypropyl methylcellulose Hydroxypropyl methylcellulose có đặc tính tạo màng tuyệt vời. Dung dịch nước hoặc dung dịch dung môi hữu cơ của nó được phủ lên tấm kính, và sau khi khô sẽ tạo thành màng màu, trong suốt và dai. Nó có khả năng chống ẩm tốt và vẫn ở trạng thái rắn ở nhiệt độ cao. Nếu thêm chất hóa dẻo hút ẩm, độ giãn dài và độ dẻo của nó có thể được tăng cường. Về mặt cải thiện độ dẻo, các chất hóa dẻo như glycerin và sorbitol là phù hợp nhất. Nói chung, nồng độ dung dịch là 2%~3%, và lượng chất hóa dẻo là 10%~20% ete xenlulo. Nếu hàm lượng chất hóa dẻo quá cao, hiện tượng co ngót do mất nước dạng keo sẽ xảy ra ở độ ẩm cao. Độ bền kéo của màng có thêm chất hóa dẻo lớn hơn nhiều so với màng không có chất hóa dẻo, và nó tăng lên khi lượng chất hóa dẻo thêm vào tăng lên. Về khả năng hút ẩm của màng, nó cũng tăng lên khi lượng chất hóa dẻo tăng lên.