Propiedades de la hidroxipropilmetilcelulosa

La hidroxipropilmetilcelulosa HPMC es un tipo de éter mixto de celulosa no iónico. A diferencia del éter mixto iónico de metilcarboximetilcelulosa, no reacciona con metales pesados. Debido a las diferentes proporciones de contenido de metoxilo e hidroxipropilo en la hidroxipropilmetilcelulosa y a las diferentes viscosidades, existen muchas variedades con diferentes propiedades; por ejemplo, alto contenido de metoxilo y bajo contenido de hidroxipropilo. Su rendimiento es cercano al de la metilcelulosa, mientras que el de bajo contenido de metoxilo y alto contenido de hidroxipropilo es cercano al de la hidroxipropilmetilcelulosa. Sin embargo, en cada variedad, aunque solo contenga una pequeña cantidad de grupo hidroxipropilo o metoxilo, existen grandes diferencias en la solubilidad en disolventes orgánicos o en la temperatura de floculación en soluciones acuosas.

(1) Propiedades de solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa

①Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en agua La hidroxipropilmetilcelulosa es en realidad un tipo de metilcelulosa modificada con óxido de propileno (metoxipropileno), por lo que aún tiene las mismas propiedades que la metilcelulosa La celulosa tiene características similares de solubilidad en agua fría e insolubilidad en agua caliente. Sin embargo, debido al grupo hidroxipropilo modificado, su temperatura de gelificación en agua caliente es mucho más alta que la de la metilcelulosa. Por ejemplo, la viscosidad de la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa con un 2% de contenido de metoxi grado de sustitución DS=0,73 y un contenido de hidroxipropilo MS=0,46 es de 500 mpa·s a 20°C, y su temperatura de gelificación puede alcanzar cerca de 100°C, mientras que la metilcelulosa a la misma temperatura es de solo unos 55°C. En cuanto a su solubilidad en agua, también se ha mejorado mucho. Por ejemplo, la hidroxipropilmetilcelulosa pulverizada (forma granular de 0,2~0,5 mm a 20 °C con una viscosidad de solución acuosa al 4 % de 2 pa•s) se puede comprar en A temperatura ambiente, es fácilmente soluble en agua sin enfriar.

②Solubilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos. La hidroxipropilmetilcelulosa en disolventes orgánicos también es mejor que la de la metilcelulosa. Para productos con un MS de hidroxipropilo de 1,5 a 1,8 y un DS de metoxi de 0,2 a 1,0, con un grado total de sustitución superior a 1,8, es soluble en soluciones de metanol y etanol anhidros, y es termoplástica e hidrosoluble. También es soluble en hidrocarburos clorados como el cloruro de metileno y el cloroformo, y en disolventes orgánicos como la acetona, el isopropanol y el alcohol diacetónico. Su solubilidad en disolventes orgánicos es mejor que en agua.

(2) Factores que afectan la viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa. La determinación de la viscosidad estándar de la hidroxipropilmetilcelulosa es la misma que la de otros éteres de celulosa y se mide a 20 °C con una solución acuosa al 2 % como estándar. La viscosidad del mismo producto aumenta con el aumento de la concentración. Para productos con diferentes pesos moleculares a la misma concentración, el producto con mayor peso molecular presenta una mayor viscosidad. Su relación con la temperatura es similar a la de la metilcelulosa. Al aumentar la temperatura, la viscosidad comienza a disminuir, pero al alcanzar cierta temperatura,

La viscosidad aumenta repentinamente y se produce la gelificación. La temperatura de gelificación de los productos de baja viscosidad es más alta. Su punto de gelificación no solo está relacionado con la viscosidad del éter, sino también con la proporción de grupos metoxilo e hidroxipropilo en la composición del éter y el grado de sustitución total. Cabe destacar que la hidroxipropilmetilcelulosa también es pseudoplástica y su solución es estable a temperatura ambiente sin degradación de la viscosidad, salvo por la posible degradación enzimática.

(3) La tolerancia a la sal de la hidroxipropilmetilcelulosa Dado que la hidroxipropilmetilcelulosa es un éter no iónico, no se ioniza en medios acuosos, a diferencia de otros éteres iónicos de celulosa. Por ejemplo, la carboximetilcelulosa reacciona con iones de metales pesados ​​y precipita en la solución. Las sales generales como cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, etc. no precipitarán cuando se agreguen a su solución acuosa. Sin embargo, la adición de sal tiene cierta influencia en la temperatura de floculación de su solución acuosa. Cuando la concentración de sal aumenta, la temperatura del gel disminuye. Cuando la concentración de sal está por debajo del punto de floculación, la viscosidad de la solución tiende a aumentar. Por lo tanto, se agrega una cierta cantidad de sal. En la aplicación, puede lograr un efecto espesante de manera más económica. Por lo tanto, en algunas aplicaciones, es mejor usar una mezcla de éter de celulosa y sal que una solución de éter de mayor concentración para lograr el efecto espesante.

(4) Resistencia a ácidos y álcalis de la hidroxipropilmetilcelulosa. La hidroxipropilmetilcelulosa es generalmente estable a ácidos y álcalis, y no se ve afectada en un rango de pH de 2 a 12. Puede soportar cierta cantidad de ácidos ligeros, como ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido succínico, ácido fosfórico, ácido bórico, etc. Sin embargo, el ácido concentrado tiene el efecto de reducir la viscosidad. Los álcalis como la sosa cáustica, la potasa cáustica y el agua de cal no tienen ningún efecto, pero pueden aumentar ligeramente la viscosidad de la solución y luego disminuirla gradualmente.

(5) Miscibilidad de la hidroxipropilmetilcelulosa. La solución de hidroxipropilmetilcelulosa puede mezclarse con compuestos poliméricos solubles en agua para obtener una solución uniforme y transparente con mayor viscosidad. Estos compuestos poliméricos incluyen polietilenglicol, acetato de polivinilo, polisilicona, polimetilvinilsiloxano, hidroxietilcelulosa y metilcelulosa. Compuestos naturales de alto peso molecular como la goma arábiga, la goma garrofín y la goma karaya, entre otros, también presentan buena compatibilidad con esta solución. La hidroxipropilmetilcelulosa también puede mezclarse con ésteres de manitol o de sorbitol de ácido esteárico o palmítico, así como con glicerina, sorbitol y manitol, y estos compuestos pueden utilizarse como plastificantes de hidroxipropilmetilcelulosa para celulosa.

(6) Los éteres de celulosa insolubles en agua de hidroxipropilmetilcelulosa pueden reticularse con aldehídos en la superficie, de modo que estos éteres solubles en agua precipitan en la solución y se vuelven insolubles en agua. Los aldehídos que hacen insoluble la hidroxipropilmetilcelulosa incluyen formaldehído, glioxal, aldehído succínico, adipaldehído, etc. Al usar formaldehído, se debe prestar especial atención al valor de pH de la solución, ya que el glioxal reacciona más rápido, por lo que se usa comúnmente como agente de reticulación en la producción industrial. La cantidad de este tipo de agente de reticulación en la solución es del 0,2 % al 10 % de la masa del éter, preferiblemente del 7 % al 10 %; por ejemplo, la dosis más adecuada es del 3,3 % al 6 % de glioxal. Generalmente, el tratamiento...

La temperatura es de 0 a 30 °C y el tiempo es de 1 a 120 min. La reacción de reticulación debe llevarse a cabo en condiciones ácidas. Generalmente, primero se añade a la solución un ácido fuerte inorgánico o un ácido carboxílico orgánico para ajustar el pH a aproximadamente 2 a 6, preferiblemente entre 4 y 6, y luego se añaden aldehídos para llevar a cabo la reacción de reticulación. Los ácidos utilizados incluyen ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fórmico, ácido acético, ácido hidroxiacético, ácido succínico o ácido cítrico, entre otros. Se recomienda el uso de ácido fórmico o ácido acético, siendo el ácido fórmico el óptimo. El ácido y el aldehído también se pueden añadir simultáneamente para permitir que la solución experimente una reacción de reticulación dentro del rango de pH deseado. Esta reacción se utiliza a menudo en el proceso de tratamiento final en la preparación de éteres de celulosa. Una vez que el éter de celulosa es insoluble, es conveniente utilizar...

Agua a 20-25 °C para lavado y purificación. Durante el uso, se pueden añadir sustancias alcalinas a la solución para ajustar el pH y que se disuelva rápidamente. Este método también es aplicable al tratamiento de la película después de que la solución de éter de celulosa se haya convertido en una película insoluble.

(7) La resistencia enzimática de la hidroxipropilmetilcelulosa se debe teóricamente a los derivados de celulosa, como cada grupo anhidroglucosa. Si existe un grupo sustituyente firmemente unido, no es fácil que sea atacado por microorganismos. Sin embargo, cuando el valor de sustitución supera 1, el producto final también será degradado por enzimas. Esto significa que el grado de sustitución de cada grupo en la cadena de celulosa no es lo suficientemente uniforme, y los microorganismos pueden erosionar el grupo anhidroglucosa no sustituido para formar azúcares, que son nutrientes que los microorganismos absorben. Por lo tanto, si aumenta el grado de sustitución por eterificación de la celulosa, también aumentará la resistencia a la erosión enzimática del éter de celulosa. Según informes, bajo condiciones controladas, los resultados de la hidrólisis de las enzimas, la viscosidad residual de la hidroxipropilmetilcelulosa (DS = 1,9) es del 13,2%, la metilcelulosa (DS = 1,83) es del 7,3%, la metilcelulosa (DS = 1,66) es del 3,8% y la hidroxietilcelulosa es del 1,7%. Se puede ver que la hidroxipropilmetilcelulosa tiene una fuerte capacidad antienzimática. Por lo tanto, la excelente resistencia enzimática de la hidroxipropilmetilcelulosa, combinada con su buena dispersabilidad, espesamiento y propiedades formadoras de película, se utiliza en recubrimientos de emulsión de agua, etc., y generalmente no necesita agregar conservantes. Sin embargo, para el almacenamiento a largo plazo de la solución o la posible contaminación desde el exterior, se pueden agregar conservantes como precaución y la elección puede determinarse de acuerdo con los requisitos finales de la solución. El acetato de fenilmercúrico y el fluorosilicato de manganeso son conservantes eficaces, pero todos tienen toxicidad, se debe prestar atención a la operación. Generalmente, se pueden agregar entre 1 y 5 mg de acetato de fenilmercurio a la solución por cada litro de dosis.

(8) Rendimiento de la película de hidroxipropilmetilcelulosa. La hidroxipropilmetilcelulosa posee excelentes propiedades formadoras de película. Su solución acuosa o de disolvente orgánico se aplica sobre una placa de vidrio y se vuelve incolora y transparente después del secado. Además, es una película resistente. Presenta buena resistencia a la humedad y se mantiene sólida a altas temperaturas. Si se añade un plastificante higroscópico, se puede mejorar su elongación y flexibilidad. Para mejorar la flexibilidad, los plastificantes como la glicerina y el sorbitol son los más adecuados. Generalmente, la concentración de la solución es del 2 % al 3 %, y la cantidad de plastificante es del 10 % al 20 % de éter de celulosa. Si el contenido de plastificante es demasiado alto, se producirá contracción por deshidratación coloidal con alta humedad. La resistencia a la tracción de la película...

La cantidad de plastificante añadido es mucho mayor que la de la película sin plastificante, y aumenta con la cantidad añadida. En cuanto a la higroscopicidad de la película, también aumenta con la cantidad de plastificante.