L'idrossipropilmetilcellulosa è un tipo di etere misto di cellulosa non ionico. A differenza dell'etere misto di metilcarbossimetilcellulosa ionico, non reagisce con i metalli pesanti. A causa dei diversi rapporti tra il contenuto di metossile e il contenuto di idrossipropile nell'idrossipropilmetilcellulosa e delle diverse viscosità, esistono molte varietà con proprietà diverse, ad esempio con un alto contenuto di metossile e un basso contenuto di idrossipropile. Le sue prestazioni sono simili a quelle della metilcellulosa, mentre quelle con un basso contenuto di metossile e un alto contenuto di idrossipropile sono simili a quelle dell'idrossipropilmetilcellulosa. Tuttavia, in ciascuna varietà, sebbene sia contenuta solo una piccola quantità di gruppo idrossipropilico o una piccola quantità di gruppo metossilico, ci sono grandi differenze nella solubilità nei solventi organici o nella temperatura di flocculazione in soluzioni acquose.
(1) Proprietà di solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa
①Solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa in acqua L'idrossipropilmetilcellulosa è in realtà un tipo di metilcellulosa modificata dall'ossido di propilene (metossipropilene), quindi ha ancora le stesse proprietà della metilcellulosa. La cellulosa ha caratteristiche simili di solubilità in acqua fredda e insolubilità in acqua calda. Tuttavia, a causa del gruppo idrossipropilico modificato, la sua temperatura di gelificazione in acqua calda è molto più alta di quella della metilcellulosa. Ad esempio, la viscosità di una soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa con un contenuto di metossile al 2%, grado di sostituzione DS=0,73 e contenuto di idrossipropile MS=0,46 è di 500 mpa·s a 20 °C e la sua temperatura di gelificazione può raggiungere quasi 100 °C, mentre la metilcellulosa alla stessa temperatura è di soli 55 °C circa. Per quanto riguarda la sua solubilità in acqua, anche questa è stata notevolmente migliorata. Ad esempio, l'idrossipropilmetilcellulosa polverizzata (forma granulare da 0,2 a 0,5 mm a 20°C con una soluzione acquosa al 4% con una viscosità di 2 pa•s) può essere acquistata presso A temperatura ambiente, è facilmente solubile in acqua senza raffreddamento.
②Solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa in solventi organici La solubilità dell'idrossipropilmetilcellulosa in solventi organici è anche migliore di quella della metilcellulosa. Per prodotti superiori a 2,1, l'idrossipropilmetilcellulosa ad alta viscosità contenente idrossipropil MS=1,5~1,8 e metossi DS=0,2~1,0, con un grado di sostituzione totale superiore a 1,8, è solubile in soluzioni di metanolo ed etanolo anidro Medium, termoplastico e idrosolubile. È anche solubile in idrocarburi clorurati come cloruro di metilene e cloroformio e solventi organici come acetone, isopropanolo e diacetone alcol. La sua solubilità in solventi organici è migliore della solubilità in acqua.
(2) Fattori che influenzano la viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa La determinazione standard della viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa è la stessa di altri eteri di cellulosa e viene misurata a 20 °C con una soluzione acquosa al 2% come standard. La viscosità dello stesso prodotto aumenta con l'aumento della concentrazione. Per prodotti con pesi molecolari diversi alla stessa concentrazione, il prodotto con un peso molecolare maggiore ha una viscosità maggiore. La sua relazione con la temperatura è simile a quella della metilcellulosa. Quando la temperatura aumenta, la viscosità inizia a diminuire, ma quando raggiunge una certa temperatura, la viscosità aumenta improvvisamente e si verifica la gelificazione. La temperatura di gelificazione dei prodotti a bassa viscosità è più alta. Il suo punto di gelificazione non è solo correlato alla viscosità dell'etere, ma anche al rapporto di composizione del gruppo metossilico e del gruppo idrossipropilico nell'etere e all'entità del grado di sostituzione totale. È necessario notare che anche l'idrossipropilmetilcellulosa è pseudoplastica e che la sua soluzione è stabile a temperatura ambiente senza alcuna degradazione della viscosità, fatta eccezione per la possibilità di degradazione enzimatica.
(3) La tolleranza al sale dell'idrossipropilmetilcellulosa Poiché l'idrossipropilmetilcellulosa è un etere non ionico, non si ionizza in acqua, a differenza di altri eteri ionici di cellulosa. Ad esempio, la carbossimetilcellulosa reagisce con gli ioni dei metalli pesanti e precipita nella soluzione. Sali generici come cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, ecc. non precipitano se aggiunti alla loro soluzione acquosa. Tuttavia, l'aggiunta di sale ha una certa influenza sulla temperatura di flocculazione della sua soluzione acquosa. Quando la concentrazione di sale aumenta, la temperatura del gel diminuisce. Quando la concentrazione di sale è al di sotto del punto di flocculazione, la viscosità della soluzione tende ad aumentare. Pertanto, viene aggiunta una certa quantità di sale. In applicazione, è possibile ottenere un effetto addensante in modo più economico. Pertanto, in alcune applicazioni, è preferibile utilizzare una miscela di etere di cellulosa e sale rispetto a una soluzione di etere a concentrazione più elevata per ottenere l'effetto addensante.
(4) Resistenza agli acidi e agli alcali dell'idrossipropilmetilcellulosa L'idrossipropilmetilcellulosa è generalmente stabile agli acidi e agli alcali e non viene influenzata nell'intervallo di pH 2~12. Può resistere a una certa quantità di acidi leggeri, come acido formico, acido acetico, acido citrico, acido succinico, acido fosforico, acido borico, ecc. Tuttavia, l'acido concentrato ha l'effetto di ridurre la viscosità. Alcali come soda caustica, potassa caustica e acqua di calce non hanno alcun effetto su di essa, ma possono aumentare leggermente la viscosità della soluzione e poi diminuirla lentamente.
(5) Compatibilità dell'idrossipropilmetilcellulosa. La soluzione di idrossipropilmetilcellulosa può essere miscelata con composti polimerici idrosolubili per formare una soluzione uniforme e trasparente con maggiore viscosità. Questi composti polimerici includono polietilenglicole, acetato di polivinile, polisilicone, polimetilvinilsilossano, idrossietilcellulosa e metilcellulosa. Anche composti naturali ad alto peso molecolare come gomma arabica, gomma di carrube, gomma di karaya, ecc. presentano una buona compatibilità con la sua soluzione. L'idrossipropilmetilcellulosa può anche essere miscelata con estere di mannitolo o estere di sorbitolo dell'acido stearico o dell'acido palmitico, e può anche essere miscelata con glicerina, sorbitolo e mannitolo, e questi composti possono essere utilizzati come plastificante dell'idrossipropilmetilcellulosa per la cellulosa.
(6) Gli eteri di cellulosa idrosolubili insolubili di idrossipropilmetilcellulosa possono reticolarsi superficialmente con aldeidi, in modo che questi eteri idrosolubili precipitino in soluzione e diventino insolubili in acqua. Le aldeidi che rendono insolubile l'idrossipropilmetilcellulosa includono formaldeide, gliossale, aldeide succinica, adipaldeide, ecc. Quando si utilizza la formaldeide, è necessario prestare particolare attenzione al valore di pH della soluzione, tra cui il gliossale reagisce più rapidamente, quindi il gliossale è comunemente utilizzato come agente reticolante nella produzione industriale. La quantità di questo tipo di agente reticolante nella soluzione è compresa tra lo 0,2% e il 10% della massa di etere, preferibilmente tra il 7% e il 10%, ad esempio, il 3,3% e il 6% di gliossale è la più adatta. Generalmente, la temperatura di trattamento è compresa tra 0 e 30 °C e il tempo di trattamento è compreso tra 1 e 120 minuti. La reazione di reticolazione deve essere condotta in condizioni acide. Generalmente, alla soluzione viene prima aggiunto un acido forte inorganico o un acido carbossilico organico per portare il pH della soluzione a circa 2-6, preferibilmente tra 4 e 6, e poi si aggiungono aldeidi per avviare la reazione di reticolazione. Gli acidi utilizzati includono acido cloridrico, acido solforico, acido fosforico, acido formico, acido acetico, acido idrossiacetico, acido succinico o acido citrico, ecc., dove è consigliabile l'aggiunta di acido formico o acido acetico, mentre l'acido formico è ottimale. L'acido e l'aldeide possono anche essere aggiunti simultaneamente per consentire alla soluzione di subire una reazione di reticolazione entro l'intervallo di pH desiderato. Questa reazione viene spesso utilizzata nel processo di trattamento finale per la preparazione degli eteri di cellulosa. Una volta che l'etere di cellulosa è insolubile, è conveniente utilizzare
Acqua a 20~25°C per il lavaggio e la purificazione. Durante l'uso, è possibile aggiungere sostanze alcaline alla soluzione per regolarne il pH e renderla alcalina, in modo che il prodotto si dissolva rapidamente nella soluzione. Questo metodo è applicabile anche al trattamento della pellicola dopo che la soluzione di etere di cellulosa è stata trasformata in una pellicola insolubile.
(7) Resistenza enzimatica dell'idrossipropilmetilcellulosa In teoria, i derivati della cellulosa, come un gruppo sostituente saldamente legato a ciascun gruppo anidroglucosio, non sono suscettibili all'erosione microbica, ma in realtà, quando il valore di sostituzione del prodotto finito supera 1, verrà anche degradato dagli enzimi, il che significa che il grado di sostituzione di ciascun gruppo sulla catena della cellulosa non è sufficientemente uniforme e i microrganismi possono erodere il gruppo anidroglucosio non sostituito. Gli zuccheri vengono formati e assorbiti come nutrienti per i microrganismi. Pertanto, se aumenta il grado di sostituzione dell'eterificazione della cellulosa, aumenterà anche la resistenza all'erosione enzimatica dell'etere di cellulosa. Secondo quanto riportato, in condizioni controllate, l'idrolisi degli enzimi determina una viscosità residua dell'idrossipropilmetilcellulosa (DS=1,9) del 13,2%, della metilcellulosa (DS=1,83) del 7,3%, della metilcellulosa (DS=1,66) del 3,8% e dell'idrossietilcellulosa dell'1,7%. È evidente che l'idrossipropilmetilcellulosa possiede una forte capacità antienzimatica. Pertanto, l'eccellente resistenza enzimatica dell'idrossipropilmetilcellulosa, combinata con le sue buone proprietà di disperdibilità, addensanti e filmogene, viene utilizzata in rivestimenti a emulsione acquosa, ecc. e generalmente non richiede l'aggiunta di conservanti. Tuttavia, per la conservazione a lungo termine della soluzione o per evitare possibili contaminazioni esterne, è possibile aggiungere conservanti a scopo precauzionale, la cui scelta può essere determinata in base ai requisiti finali della soluzione. L'acetato di fenilmercurio e il fluorosilicato di manganese sono conservanti efficaci, ma sono tutti tossici, quindi è necessario prestare attenzione durante l'uso. Generalmente, si possono aggiungere 1-5 mg di acetato di fenilmercurio alla soluzione per litro di dosaggio.
(8) Prestazioni del film di idrossipropilmetilcellulosa L'idrossipropilmetilcellulosa ha eccellenti proprietà filmogene. La sua soluzione acquosa o di solvente organico viene applicata su una lastra di vetro e si separa dopo l'essiccazione. Il film è colorato, trasparente e resistente. Presenta una buona resistenza all'umidità e rimane solido ad alte temperature. L'aggiunta di plastificante igroscopico ne migliora l'allungamento e la flessibilità. Per migliorare la flessibilità, plastificanti come glicerina e sorbitolo sono i più adatti. Generalmente, la concentrazione della soluzione è del 2%~3% e la quantità di plastificante è del 10%~20% di etere di cellulosa. Se il contenuto di plastificante è troppo elevato, si verificherà un restringimento per disidratazione colloidale in presenza di elevata umidità. La resistenza alla trazione del film con plastificante aggiunto è molto maggiore di quella senza plastificante e aumenta con l'aumento della quantità aggiunta. Anche l'igroscopicità del film aumenta con l'aumento della quantità di plastificante.
Data di pubblicazione: 20-12-2022