Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) là gì?

Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) 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 hàm lượng hydroxypropyl methyl cellulose và tỷ lệ hydroxypropyl khác nhau cùng độ nhớt, các gốc oxy tạo nên các loại khác nhau về hiệu năng. Ví dụ, các loại có hàm lượng methoxyl cao và hàm lượng hydroxypropyl thấp có hiệu năng gần giống với methyl cellulose, và các loại có hàm lượng methoxyl thấp và hàm lượng hydroxypropyl cao có hiệu năng gần giống với hydroxypropyl methyl cellulose được sản xuất. Tuy nhiên, trong mỗi loại, mặc dù chỉ chứa một lượng nhỏ hydroxypropyl hoặc một lượng nhỏ methoxy, nhưng độ hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc nhiệt độ keo tụ trong dung dịch nước lại có sự khác biệt lớn.
 
1, độ hòa tan của hydroxypropyl methyl cellulose
Hydroxypropyl methyl cellulose trong nước thực chất là một loại methyl cellulose được biến tính bằng propylene oxide (vòng methyl oxypropyl), do đó nó vẫn có đặc điểm tương tự như methyl cellulose: tan trong nước lạnh và không tan trong nước nóng. Tuy nhiên, nhiệt độ tạo gel của hydroxypropyl biến tính cao hơn nhiều so với methyl cellulose trong nước nóng. Ví dụ, độ nhớt của dung dịch nước hydroxypropyl methylcellulose với hàm lượng methoxy 2% DS=0,73 và hàm lượng hydroxypropyl MS=0,46 là 500 mpa ở 20℃. Nhiệt độ tạo gel của sản phẩm S gần 100℃, trong khi đó của methyl cellulose ở cùng nhiệt độ chỉ khoảng 55℃. Về khả năng hòa tan trong nước, nó cũng được cải thiện đáng kể, ví dụ, sau khi nghiền hydroxypropyl methylcellulose (kích thước hạt 0,2~0,5mm ở 20℃, độ nhớt trong nước 4% là 2pA? Sản phẩm S có thể dễ dàng hòa tan trong nước mà không cần làm lạnh ở nhiệt độ phòng.
 
(2) Độ hòa tan của hydroxypropyl methyl cellulose trong dung môi hữu cơ cũng tốt hơn methyl cellulose. Methyl cellulose cần có độ thế methoxy từ 2,1 trở lên trong các sản phẩm, và chứa hydroxypropyl MS=1,5~1,8 và methoxy DS=0,2~1,0. Hydroxypropyl methyl cellulose có độ nhớt cao với tổng độ thế trên 1,8 có thể hòa tan trong dung dịch methanol và ethanol khan, và có tính dẻo nhiệt và khả năng hòa tan trong nước. Nó cũng hòa tan trong các hydrocarbon clo hóa như dichloromethane và trichloromethane, và các dung môi hữu cơ như acetone, isopropyl alcohol và diacetone alcohol. Khả năng hòa tan của nó trong dung môi hữu cơ vượt trội hơn khả năng hòa tan trong nước.
 
2, độ nhớt của hydroxypropyl methyl cellulose là các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố độ nhớt của hydroxypropyl methylcellulose, cũng như các ete cellulose khác, được xác định bằng dung dịch nước 2% ở 20℃ làm chuẩn. Độ nhớt của cùng một sản phẩm, khi nồng độ tăng lên, đối với các sản phẩm có cùng nồng độ nhưng trọng lượng phân tử khác nhau, sản phẩm có trọng lượng phân tử cao hơn sẽ có độ nhớt cao hơn. Mối quan hệ của nó với nhiệt độ tương tự như methyl cellulose. 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 so với các sản phẩm có độ nhớt cao. Mức độ tạo gel của nó, ngoài độ nhớt cao và thấp của ete, còn liên quan đến tỷ lệ thành phần nhóm methoxy và hydroxypropyl của ete và tổng mức độ thay thế. Cần lưu ý rằng hydroxypropyl methylcellulose cũng là chất dẻo giả; dung dịch của nó ổn định khi bảo quản ở nhiệt độ phòng và không cho thấy bất kỳ sự suy giảm độ nhớt nào ngoại trừ khả năng bị phân hủy bởi enzyme.
 
3, hydroxypropyl methyl cellulose kháng axit và kiềm
Axit hydroxypropyl methylcellulose và kiềm nói chung là ổn định, không bị ảnh hưởng trong phạm vi pH 2~12, nó có thể chịu được một lượng axit nhẹ nhất định, 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. Kiềm như xút ăn da, kali hydroxit và nước vôi không ảnh hưởng đến nó, nhưng tác dụng làm tăng nhẹ độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần trong tương lai.
 
4, hydroxypropyl methyl cellulose có thể được trộn lẫn
Dung dịch hydroxypropyl methyl cellulose có thể được trộn với các hợp chất polymer tan trong nước, tạo thành một dung dịch trong suốt đồng nhất với độ nhớt cao hơn. Các hợp chất phân tử cao này bao gồm polyetylen glycol, polyvinyl axetat, polysilicone, polymethyl vinyl siloxan, hydroxyethyl cellulose và methyl cellulose, v.v. Các hợp chất polymer tự nhiên như gôm arabic, gôm đậu carob, gôm cây gai, v.v. cũng có thể trộn tốt với dung dịch này. Hydroxypropyl methyl cellulose cũng có thể được trộn với axit stearic hoặc axit palmitic, este mannitol hoặc este sorbitol, cũng như với glycerol, sorbitol và mannitol, các hợp chất này có thể được sử dụng làm chất hóa dẻo cho hydroxypropyl methyl cellulose.
 
5, hydroxypropyl methyl cellulose không tan trong nước tan trong nước
Hydroxypropyl methyl cellulose không tan trong nước và ete cellulose tan trong nước có thể được liên kết chéo trên bề mặt bằng aldehyd, làm cho ete tan trong nước này kết tủa trong dung dịch, trở nên không tan trong nước. Và để làm cho hydroxypropyl methylcellulose không tan, cần liên kết với aldehyd, formaldehyd, glyoxal, succinaldehyde, dialdehyde, v.v. Khi sử dụng formaldehyd cần đặc biệt chú ý đến giá trị pH của dung dịch, trong đó phản ứng của glyoxal diễn ra nhanh hơn, vì vậy trong sản xuất công nghiệp, glyoxal thường được sử dụng làm chất liên kết chéo. Liều lượng của loại chất liên kết chéo này trong dung dịch là 0,2%~10% khối lượng ete, tốt nhất là 7%~10%, ví dụ như sử dụng glyoxal với 3,3%~6% là thích hợp nhất. Nhiệt độ xử lý thông thường là 0~30℃, thời gian là 1~120 phút. Phản ứng liên kết chéo cần được thực hiện trong điều kiện axit. Nhìn chung, axit mạnh vô cơ hoặc axit cacboxylic hữu cơ được thêm vào dung dịch 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 chéo. Các axit được sử dụng là axit clohydric, axit sulfuric, axit phosphoric, axit formic, axit axetic, axit hydroxy axetic, axit succinic hoặc axit citric, trong đó axit formic hoặc axit axetic là tốt nhất, nhưng axit formic lại cho kết quả tối ưu nhất. Axit và aldehyd cũng có thể được thêm vào cùng lúc để dung dịch được liên kết chéo trong phạm vi pH mong muốn. Phản ứng này thường được sử dụng trong quá trình cuối cùng của quá trình điều chế ete xenlulo, giúp ete xenlulo không bị hòa tan, dễ dàng sử dụng nước 20-25℃ để rửa và tinh chế. Khi sử dụng sản phẩm, có thể thêm các chất kiềm vào dung dịch sản phẩm để điều chỉnh độ pH của dung dịch thành kiềm, và sản phẩm sẽ nhanh chóng hòa tan trong dung dịch. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng khi dùng dung dịch ete xenluloza để tạo màng, sau đó xử lý màng để tạo thành màng không tan.
 
6, hydroxypropyl methyl cellulose chất chống enzyme
Về lý thuyết, khả năng kháng enzyme của dẫn xuất cellulose hydroxypropyl methyl cellulose, ví dụ như mỗi nhóm anhydroglucose có sự kết hợp vững chắc của các nhóm thay thế, làm giảm khả năng bị vi sinh vật ăn mòn và nhiễm trùng. Tuy nhiên, trên thực tế, ngay cả khi giá trị thay thế của sản phẩm hoàn chỉnh lớn hơn 1, nó vẫn bị phân hủy bởi enzyme. Điều này mô tả mức độ thay thế của mỗi nhóm trong chuỗi cellulose không đồng nhất. Vi sinh vật có thể ăn mòn các nhóm glucose đã khử nước gần đó để tạo thành đường, có thể được vi sinh vật hấp thụ làm thức ăn. Do đó, nếu mức độ thay thế ete hóa của cellulose tăng lên, khả năng kháng ăn mòn enzyme của ete cellulose sẽ được tăng cường. Theo báo cáo, trong điều kiện được kiểm soát, độ nhớt dư của hydroxypropyl methyl cellulose (DS=1,9), methyl cellulose (DS=1,83), methyl cellulose (DS=1,66) và hydroxyethyl cellulose (1,7%) lần lượt là 13,2%, 7,3%, 3,8% và 1,7%. Hydroxypropyl methyl cellulose có khả năng kháng enzyme mạnh. Do đó, hydroxypropyl methylcellulose có đặc tính chống enzyme tuyệt vời, kết hợp với khả năng phân tán, làm đặc và tạo màng tốt, được ứng dụng trong các lớp phủ nhũ tương, v.v., thường không cần thêm chất bảo quản. Tuy nhiên, để ngăn ngừa việc bảo quản dung dịch lâu dài hoặc khả năng nhiễm bẩn từ bên ngoài, có thể thêm chất bảo quản, việc lựa chọn chất bảo quản sẽ được quyết định theo yêu cầu cuối cùng của dung dịch. Phenylmercuric acetate và mangan fluosilicate là những chất bảo quản hiệu quả, nhưng chúng độc hại và phải được sử dụng cẩn thận. Thông thường, có thể thêm 1~5mg phenylmercuric acetate vào mỗi lít dung dịch.
 
7. Hiệu suất màng hydroxypropyl methyl cellulose
Màng hydroxypropyl methyl cellulose có hiệu suất tuyệt vời. Dung dịch nước hoặc dung môi hữu cơ của nó, được phủ lên tấm kính, sau khi sấy khô sẽ trở thành màng không màu, trong suốt và dai. Nó có khả năng chống ẩm tốt và vẫn giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao. Ví dụ, việc thêm chất hóa dẻo hút ẩm có thể tăng cường độ giãn dài và độ dẻo, để cải thiện độ uốn, glycerol và sorbitol là những chất hóa dẻo thích hợp nhất. Nồng độ dung dịch thông thường là 2%~3%, liều lượng chất hóa dẻo là 10%~20% ete cellulose. Nếu hàm lượng chất hóa dẻo quá cao, hiện tượng co ngót do mất nước của chất keo có thể xảy ra trong điều kiện độ ẩm cao. Độ bền kéo của màng có thêm chất hóa dẻo lớn hơn nhiều so với màng không thêm chất hóa dẻo, và tăng lên khi lượng chất hóa dẻo thêm vào tăng lên, tương tự như vậy, khả năng hút ẩm của màng cũng tăng lên khi lượng chất hóa dẻo tăng lên.