A hidroxipropilmetilcelulose é um tipo de éter misto de celulose não iônico. Ao contrário do éter misto de metil carboximetilcelulose iônico, ele não reage com metais pesados. Devido às diferentes proporções de teor de metoxila e teor de hidroxipropila na hidroxipropilmetilcelulose e às diferentes viscosidades, existem muitas variedades com propriedades diferentes, por exemplo, alto teor de metoxila e baixo teor de hidroxipropila. Seu desempenho é próximo ao da metilcelulose, enquanto o de baixo teor de metoxila e alto teor de hidroxipropila é próximo ao da hidroxipropilmetilcelulose. No entanto, em cada variedade, embora apenas uma pequena quantidade de grupo hidroxipropila ou uma pequena quantidade de grupo metoxila esteja contida, há grandes diferenças na solubilidade em solventes orgânicos ou na temperatura de floculação em soluções aquosas.
(1) Propriedades de solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose
①Solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em água A hidroxipropilmetilcelulose é, na verdade, um tipo de metilcelulose modificada por óxido de propileno (metoxipropileno), portanto, ainda possui as mesmas propriedades da metilcelulose. A celulose possui características semelhantes de solubilidade em água fria e insolubilidade em água quente. No entanto, devido ao grupo hidroxipropil modificado, sua temperatura de gelificação em água quente é muito maior do que a da metilcelulose. Por exemplo, a viscosidade da solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose com grau de substituição de 2% de metoxi DS = 0,73 e teor de hidroxipropil MS = 0,46 é de 500 mpa·s a 20 °C, e sua temperatura de gel pode atingir perto de 100 °C, enquanto a metilcelulose na mesma temperatura é de apenas cerca de 55 °C. Quanto à sua solubilidade em água, ela também foi bastante aprimorada. Por exemplo, a hidroxipropilmetilcelulose pulverizada (formato granular de 0,2 a 0,5 mm a 20 °C com uma viscosidade de solução aquosa de 4% de 2pa•s pode ser adquirida em À temperatura ambiente, é facilmente solúvel em água sem resfriamento.
②Solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em solventes orgânicos A solubilidade da hidroxipropilmetilcelulose em solventes orgânicos também é superior à da metilcelulose. Para produtos acima de 2,1, a hidroxipropilmetilcelulose de alta viscosidade contendo hidroxipropil MS = 1,5 a 1,8 e metoxi DS = 0,2 a 1,0, com um grau total de substituição acima de 1,8, é solúvel em soluções de metanol e etanol anidro, sendo termoplástica e solúvel em água. Também é solúvel em hidrocarbonetos clorados, como cloreto de metileno e clorofórmio, e em solventes orgânicos, como acetona, isopropanol e diacetona. Sua solubilidade em solventes orgânicos é superior à solubilidade em água.
(2) Fatores que afetam a viscosidade da hidroxipropilmetilcelulose A determinação da viscosidade padrão da hidroxipropilmetilcelulose é a mesma de outros éteres de celulose e é medida a 20 °C com uma solução aquosa a 2% como padrão. A viscosidade do mesmo produto aumenta com o aumento da concentração. Para produtos com diferentes pesos moleculares na mesma concentração, o produto com maior peso molecular tem maior viscosidade. Sua relação com a temperatura é semelhante à da metilcelulose. Quando a temperatura aumenta, a viscosidade começa a diminuir, mas quando atinge uma determinada temperatura, a viscosidade aumenta repentinamente e ocorre a gelificação. A temperatura do gel de produtos de baixa viscosidade é maior. é alto. Seu ponto de gel não está relacionado apenas à viscosidade do éter, mas também à proporção da composição do grupo metoxila e do grupo hidroxipropila no éter e ao tamanho do grau de substituição total. Deve-se notar que a hidroxipropilmetilcelulose também é pseudoplástica e sua solução é estável à temperatura ambiente sem qualquer degradação na viscosidade, exceto pela possibilidade de degradação enzimática.
(3) A tolerância ao sal da hidroxipropilmetilcelulose Como a hidroxipropilmetilcelulose é um éter não iônico, ela não se ioniza em meio aquoso, ao contrário de outros éteres de celulose iônicos. Por exemplo, a carboximetilcelulose reage com íons de metais pesados e precipita na solução. Sais gerais como cloreto, brometo, fosfato, nitrato, etc. não precipitarão quando adicionados à sua solução aquosa. No entanto, a adição de sal tem alguma influência na temperatura de floculação de sua solução aquosa. Quando a concentração de sal aumenta, a temperatura do gel diminui. Quando a concentração de sal está abaixo do ponto de floculação, a viscosidade da solução tende a aumentar. Portanto, uma certa quantidade de sal é adicionada. , na aplicação, pode obter um efeito espessante de forma mais econômica. Portanto, em algumas aplicações, é melhor usar uma mistura de éter de celulose e sal do que uma concentração mais alta de solução de éter para obter o efeito espessante.
(4) Resistência da hidroxipropilmetilcelulose a ácidos e álcalis. A hidroxipropilmetilcelulose é geralmente estável a ácidos e álcalis, não sendo afetada na faixa de pH 2 a 12. Pode suportar uma certa quantidade de ácidos leves, como ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido succínico, ácido fosfórico, ácido bórico, etc. No entanto, o ácido concentrado tem o efeito de reduzir a viscosidade. Álcalis como soda cáustica, potassa cáustica e água de cal não têm efeito sobre ela, mas podem aumentar ligeiramente a viscosidade da solução e, em seguida, diminuí-la lentamente.
(5) Compatibilidade da hidroxipropilmetilcelulose A solução de hidroxipropilmetilcelulose pode ser misturada com compostos poliméricos solúveis em água para formar uma solução uniforme e transparente com maior viscosidade. Esses compostos poliméricos incluem polietilenoglicol, acetato de polivinila, polissilicone, polimetilvinilsiloxano, hidroxietilcelulose e metilcelulose. Compostos naturais de alto peso molecular, como goma arábica, goma de alfarroba, goma karaya, etc., também apresentam boa compatibilidade com sua solução. A hidroxipropilmetilcelulose também pode ser misturada com éster de manitol ou éster de sorbitol de ácido esteárico ou ácido palmítico, e também pode ser misturada com glicerina, sorbitol e manitol, e esses compostos podem ser usados como plastificante de hidroxipropilmetilcelulose para celulose.
(6) Éteres de celulose insolúveis em água de hidroxipropilmetilcelulose podem realizar reticulação de superfície com aldeídos, de modo que esses éteres solúveis em água sejam precipitados na solução e se tornem insolúveis em água. Os aldeídos que tornam a hidroxipropilmetilcelulose insolúvel incluem formaldeído, glioxal, aldeído succínico, adipaldeído, etc. Ao usar formaldeído, deve-se prestar atenção especial ao valor do pH da solução, entre os quais o glioxal reage mais rapidamente, por isso o glioxal é comumente usado como agente de reticulação na produção industrial. A quantidade desse tipo de agente de reticulação na solução é de 0,2% a 10% da massa do éter, preferencialmente de 7% a 10%, por exemplo, 3,3% a 6% de glioxal é o mais adequado. Geralmente, a temperatura de tratamento é de 0 a 30 °C e o tempo é de 1 a 120 minutos. A reação de reticulação precisa ser realizada em condições ácidas. Geralmente, adiciona-se primeiro à solução um ácido inorgânico forte ou ácido carboxílico orgânico para ajustar o pH da solução para cerca de 2 a 6, preferencialmente entre 4 e 6, e, em seguida, adicionam-se aldeídos para realizar a reação de reticulação. Os ácidos utilizados incluem ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fórmico, ácido acético, ácido hidroxiacético, ácido succínico ou ácido cítrico, etc., sendo aconselhável o uso de ácido fórmico ou ácido acético, sendo o ácido fórmico o ideal. O ácido e o aldeído também podem ser adicionados simultaneamente para permitir que a solução passe pela reação de reticulação dentro da faixa de pH desejada. Essa reação é frequentemente utilizada no processo de tratamento final na preparação de éteres de celulose. Após a insolúvelção do éter de celulose, é conveniente utilizá-lo.
Água de 20 a 25°C para lavagem e purificação. Durante o uso, substâncias alcalinas podem ser adicionadas à solução do produto para ajustar o pH da solução, tornando-a alcalina, e o produto se dissolverá rapidamente na solução. Este método também é aplicável ao tratamento do filme após a solução de éter de celulose ser transformada em filme, tornando-o insolúvel.
(7) Resistência enzimática da hidroxipropilmetilcelulose Em teoria, os derivados de celulose, como um grupo substituinte firmemente ligado a cada grupo anidroglicose, não são suscetíveis à erosão microbiana, mas, na verdade, quando o valor de substituição do produto acabado excede 1, ele também será degradado por enzimas, o que significa que o grau de substituição de cada grupo na cadeia de celulose não é uniforme o suficiente, e os microrganismos podem erodir o grupo anidroglicose não substituído. Açúcares são formados e absorvidos como nutrientes para os microrganismos. Portanto, se o grau de substituição por eterificação da celulose aumentar, a resistência à erosão enzimática do éter de celulose também aumentará. De acordo com relatos, sob condições controladas, os resultados da hidrólise das enzimas, a viscosidade residual da hidroxipropilmetilcelulose (DS = 1,9) é de 13,2%, da metilcelulose (DS = 1,83) é de 7,3%, da metilcelulose (DS = 1,66) é de 3,8% e da hidroxietilcelulose é de 1,7%. Pode-se observar que a hidroxipropilmetilcelulose possui uma forte capacidade antienzimática. Portanto, a excelente resistência enzimática da hidroxipropilmetilcelulose, combinada com sua boa dispersibilidade, espessamento e propriedades de formação de filme, é usada em revestimentos de emulsão aquosa, etc., e geralmente não precisa adicionar conservantes. No entanto, para o armazenamento a longo prazo da solução ou possível contaminação externa, conservantes podem ser adicionados como precaução, e a escolha pode ser determinada de acordo com os requisitos finais da solução. O acetato de fenilmercúrio e o fluorossilicato de manganês são conservantes eficazes, mas todos eles têm toxicidade, deve-se prestar atenção à operação. Geralmente, 1 a 5 mg de acetato de fenilmercúrio podem ser adicionados à solução por litro da dosagem.
(8) Desempenho do filme de hidroxipropilmetilcelulose A hidroxipropilmetilcelulose possui excelentes propriedades de formação de filme. Sua solução aquosa ou solução de solvente orgânico é revestida em uma placa de vidro e se torna livre após a secagem. Filme colorido, transparente e resistente. Possui boa resistência à umidade e permanece sólido em altas temperaturas. Se for adicionado plastificante higroscópico, seu alongamento e flexibilidade podem ser aprimorados. Em termos de melhoria da flexibilidade, plastificantes como glicerina e sorbitol são os mais adequados. Geralmente, a concentração da solução é de 2% a 3% e a quantidade de plastificante é de 10% a 20% de éter de celulose. Se o teor de plastificante for muito alto, ocorrerá retração por desidratação coloidal em alta umidade. A resistência à tração do filme com plastificante adicionado é muito maior do que sem plastificante e aumenta com o aumento da quantidade adicionada. Quanto à higroscopicidade do filme, ela também aumenta com o aumento da quantidade de plastificante.
Data de publicação: 20 de dezembro de 2022