L'hydroxypropylméthylcellulose est un éther mixte de cellulose non ionique. Contrairement à l'éther mixte méthylcarboxyméthylcellulose ionique, il ne réagit pas avec les métaux lourds. En raison des différents rapports entre les teneurs en méthoxyle et en hydroxypropyle et des différentes viscosités, il existe de nombreuses variétés aux propriétés variées. Par exemple, une teneur élevée en méthoxyle et une faible teneur en hydroxypropyle présentent des performances proches de celles de la méthylcellulose, tandis qu'une faible teneur en méthoxyle et une forte teneur en hydroxypropyle sont proches de celles de l'hydroxypropylméthylcellulose. Cependant, même si chaque variété contient une faible quantité de groupe hydroxypropyle ou de groupe méthoxyle, il existe de grandes différences de solubilité dans les solvants organiques ou de température de floculation en solution aqueuse.
(1) Propriétés de solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose
1. Solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose dans l'eau. L'hydroxypropylméthylcellulose est en fait une sorte de méthylcellulose modifiée par de l'oxyde de propylène (méthoxypropylène), elle a donc toujours les mêmes propriétés que la méthylcellulose. La cellulose a des caractéristiques similaires de solubilité dans l'eau froide et d'insolubilité dans l'eau chaude. Cependant, en raison du groupe hydroxypropyle modifié, sa température de gélification dans l'eau chaude est beaucoup plus élevée que celle de la méthylcellulose. Par exemple, la viscosité d'une solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose avec un degré de substitution DS = 0,73 et une teneur en hydroxypropyl MS = 0,46 est de 500 mPa·s à 20 °C, et sa température de gélification peut atteindre près de 100 °C, tandis que la méthylcellulose à la même température n'est que d'environ 55 °C. Quant à sa solubilité dans l'eau, elle a également été grandement améliorée. Par exemple, l'hydroxypropylméthylcellulose pulvérisée (forme granulaire de 0,2 à 0,5 mm à 20 °C avec une viscosité de solution aqueuse à 4 % de 2 Pa•s) peut être achetée à température ambiante, elle est facilement soluble dans l'eau sans refroidissement.
②Solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose dans les solvants organiques La solubilité de l'hydroxypropylméthylcellulose dans les solvants organiques est également meilleure que celle de la méthylcellulose. Pour les produits supérieurs à 2,1, l'hydroxypropylméthylcellulose à haute viscosité contenant de l'hydroxypropyl MS = 1,5 à 1,8 et du méthoxy DS = 0,2 à 1,0, avec un degré de substitution total supérieur à 1,8, est soluble dans le méthanol anhydre et les solutions d'éthanol Moyen, et thermoplastique et soluble dans l'eau. Il est également soluble dans les hydrocarbures chlorés tels que le chlorure de méthylène et le chloroforme, et dans les solvants organiques tels que l'acétone, l'isopropanol et le diacétone alcool. Sa solubilité dans les solvants organiques est meilleure que sa solubilité dans l'eau.
(2) Facteurs affectant la viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose. La détermination standard de la viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose est la même que celle des autres éthers de cellulose et est mesurée à 20 °C avec une solution aqueuse à 2 % comme étalon. La viscosité du même produit augmente avec l'augmentation de la concentration. Pour des produits de poids moléculaires différents à la même concentration, le produit de poids moléculaire plus élevé a une viscosité plus élevée. Sa relation avec la température est similaire à celle de la méthylcellulose. Lorsque la température augmente, la viscosité commence à diminuer, mais lorsqu'elle atteint une certaine température, la viscosité augmente soudainement et une gélification se produit. La température de gel des produits à faible viscosité est plus élevée. est élevé. Son point de gélification n'est pas seulement lié à la viscosité de l'éther, mais également au rapport de composition du groupe méthoxyle et du groupe hydroxypropyle dans l'éther et à la taille du degré de substitution total. Il convient de noter que l'hydroxypropylméthylcellulose est également pseudoplastique et que sa solution est stable à température ambiante sans aucune dégradation de la viscosité, à l'exception d'une possible dégradation enzymatique.
(3) Tolérance au sel de l'hydroxypropylméthylcellulose. L'hydroxypropylméthylcellulose étant un éther non ionique, elle ne s'ionise pas dans l'eau, contrairement aux autres éthers de cellulose ioniques. Par exemple, la carboxyméthylcellulose réagit avec les ions de métaux lourds et précipite en solution. Les sels généraux tels que le chlorure, le bromure, le phosphate, le nitrate, etc. ne précipitent pas lorsqu'ils sont ajoutés à leur solution aqueuse. Cependant, l'ajout de sel a une certaine influence sur la température de floculation de sa solution aqueuse. Lorsque la concentration en sel augmente, la température du gel diminue. Lorsque la concentration en sel est inférieure au point de floculation, la viscosité de la solution a tendance à augmenter. Par conséquent, une certaine quantité de sel est ajoutée. , dans l'application, il peut obtenir un effet épaississant plus économique. Par conséquent, dans certaines applications, il est préférable d'utiliser un mélange d'éther de cellulose et de sel plutôt qu'une solution éthérée à concentration plus élevée pour obtenir l'effet épaississant.
(4) Résistance aux acides et aux alcalis de l'hydroxypropylméthylcellulose. L'hydroxypropylméthylcellulose est généralement stable aux acides et aux alcalis, et n'est pas affectée dans la plage de pH 2 à 12. Elle peut résister à une certaine quantité d'acides légers, tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide citrique, l'acide succinique, l'acide phosphorique, l'acide borique, etc. Cependant, l'acide concentré a pour effet de réduire la viscosité. Les alcalis tels que la soude caustique, la potasse caustique et l'eau de chaux n'ont aucun effet sur elle, mais ils peuvent augmenter légèrement la viscosité de la solution, puis la diminuer progressivement.
(5) Compatibilité de l'hydroxypropylméthylcellulose La solution d'hydroxypropylméthylcellulose peut être mélangée à des composés polymères hydrosolubles pour former une solution uniforme et transparente avec une viscosité plus élevée. Ces composés polymères comprennent le polyéthylène glycol, l'acétate de polyvinyle, le polysilicone, le polyméthylvinylsiloxane, l'hydroxyéthylcellulose et la méthylcellulose. Les composés naturels de haut poids moléculaire tels que la gomme arabique, la gomme de caroube, la gomme karaya, etc. ont également une bonne compatibilité avec sa solution. L'hydroxypropylméthylcellulose peut également être mélangée à l'ester de mannitol ou de sorbitol d'acide stéarique ou d'acide palmitique, et peut également être mélangée à la glycérine, au sorbitol et au mannitol, et ces composés peuvent être utilisés comme plastifiant de l'hydroxypropylméthylcellulose pour la cellulose.
(6) Les éthers de cellulose insolubles dans l'eau d'hydroxypropylméthylcellulose peuvent effectuer une réticulation superficielle avec des aldéhydes, précipitant ces éthers dans la solution et les rendant insolubles dans l'eau. Les aldéhydes qui rendent l'hydroxypropylméthylcellulose insoluble comprennent le formaldéhyde, le glyoxal, l'aldéhyde succinique, l'adipaldéhyde, etc. Lors de l'utilisation de formaldéhyde, une attention particulière doit être portée au pH de la solution, le glyoxal étant plus réactif. C'est pourquoi le glyoxal est couramment utilisé comme agent de réticulation en production industrielle. La quantité de cet agent de réticulation dans la solution est de 0,2 % à 10 % de la masse d'éther, de préférence de 7 % à 10 % ; par exemple, 3,3 % à 6 % de glyoxal est la plus adaptée. Généralement, la température de traitement est comprise entre 0 et 30 °C et la durée de 1 à 120 minutes. La réaction de réticulation doit être réalisée en milieu acide. Généralement, on ajoute d'abord à la solution un acide fort inorganique ou un acide carboxylique organique pour ajuster le pH de la solution à environ 2-6, de préférence entre 4-6, puis on ajoute des aldéhydes pour réaliser la réaction de réticulation. Les acides utilisés sont l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide formique, l'acide acétique, l'acide hydroxyacétique, l'acide succinique ou l'acide citrique, etc. L'acide formique ou l'acide acétique étant conseillés, l'acide formique étant optimal. L'acide et l'aldéhyde peuvent également être ajoutés simultanément pour permettre à la solution de subir une réaction de réticulation dans la plage de pH souhaitée. Cette réaction est souvent utilisée lors du traitement final de la préparation des éthers de cellulose. Une fois l'éther de cellulose insoluble, il est pratique de l'utiliser.
Eau à 20-25 °C pour le lavage et la purification. Lors de l'utilisation, des substances alcalines peuvent être ajoutées à la solution pour ajuster le pH de la solution et la rendre alcaline. Le produit se dissoudra rapidement. Cette méthode est également applicable au traitement du film après transformation de la solution d'éther de cellulose en film insoluble.
(7) Résistance enzymatique de l'hydroxypropylméthylcellulose En théorie, les dérivés de la cellulose, tels qu'un groupe substituant fermement lié sur chaque groupe anhydroglucose, ne sont pas sensibles à l'érosion microbienne, mais en fait, lorsque la valeur de substitution du produit fini dépasse 1, il sera également dégradé par les enzymes, ce qui signifie que le degré de substitution de chaque groupe sur la chaîne de cellulose n'est pas suffisamment uniforme, et les micro-organismes peuvent éroder le groupe anhydroglucose non substitué. Les sucres sont formés et absorbés comme nutriments pour les micro-organismes. Par conséquent, si le degré de substitution par éthérification de la cellulose augmente, la résistance à l'érosion enzymatique de l'éther de cellulose augmentera également. Selon les rapports, dans des conditions contrôlées, les résultats de l'hydrolyse enzymatique indiquent que la viscosité résiduelle de l'hydroxypropylméthylcellulose (DS = 1,9) est de 13,2 %, celle de la méthylcellulose (DS = 1,83) de 7,3 %, celle de la méthylcellulose (DS = 1,66) de 3,8 % et celle de l'hydroxyéthylcellulose de 1,7 %. On constate que l'hydroxypropylméthylcellulose possède une forte capacité anti-enzymatique. Par conséquent, son excellente résistance enzymatique, combinée à ses bonnes propriétés de dispersibilité, d'épaississement et de filmification, est utilisée dans les revêtements en émulsion aqueuse, etc., et ne nécessite généralement pas d'ajout de conservateurs. Cependant, en cas de stockage à long terme de la solution ou de contamination externe, des conservateurs peuvent être ajoutés par mesure de précaution, et le choix peut être déterminé en fonction des exigences finales de la solution. L'acétate de phénylmercure et le fluorosilicate de manganèse sont des conservateurs efficaces, mais ils présentent tous une toxicité ; une attention particulière doit être portée à leur utilisation. En général, 1 à 5 mg d’acétate de phénylmercure peuvent être ajoutés à la solution par litre de dosage.
(8) Performances du film d'hydroxypropylméthylcellulose. L'hydroxypropylméthylcellulose possède d'excellentes propriétés filmogènes. Sa solution aqueuse ou sa solution de solvant organique est appliquée sur une plaque de verre et se libère après séchage. Film coloré, transparent et résistant, il présente une bonne résistance à l'humidité et reste solide à haute température. L'ajout d'un plastifiant hygroscopique permet d'améliorer son allongement et sa flexibilité. Pour améliorer la flexibilité, des plastifiants tels que la glycérine et le sorbitol sont les plus adaptés. Généralement, la concentration de la solution est de 2 à 3 % et la quantité de plastifiant est de 10 à 20 % d'éther de cellulose. Une teneur en plastifiant trop élevée entraîne un retrait par déshydratation colloïdale à forte humidité. La résistance à la traction du film avec plastifiant est bien supérieure à celle du film sans plastifiant et augmente avec la quantité ajoutée. Quant à l'hygroscopicité du film, elle augmente également avec la quantité de plastifiant.
Date de publication : 20 décembre 2022