คุณสมบัติของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส HPMC เป็นอีเธอร์ผสมเซลลูโลสที่ไม่ใช่ไอออนิก ซึ่งแตกต่างจากอีเธอร์ผสมเมทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสไอออนิก มันไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะหนัก เนื่องจากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีอัตราส่วนของเมทอกซิลและไฮดรอกซีโพรพิลที่แตกต่างกัน และมีความหนืดต่างกัน จึงมีผลิตภัณฑ์หลายประเภทที่มีคุณสมบัติต่างกัน เช่น มีเมทอกซิลในปริมาณสูงและไฮดรอกซีโพรพิลในปริมาณต่ำ ประสิทธิภาพจะใกล้เคียงกับเมทิลเซลลูโลส ในขณะที่เมทอกซิลในปริมาณต่ำและมีไฮดรอกซีโพรพิลในปริมาณสูงจะใกล้เคียงกับไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส อย่างไรก็ตาม ในแต่ละประเภท แม้ว่าจะมีกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลในปริมาณเพียงเล็กน้อยหรือมีกลุ่มเมทอกซิลในปริมาณเล็กน้อย แต่ก็มีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์หรืออุณหภูมิการจับตัวเป็นก้อนในสารละลายในน้ำ

(1) คุณสมบัติการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

①ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในน้ำ ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นเมทิลเซลลูโลสชนิดหนึ่งที่ดัดแปลงโดยโพรพิลีนออกไซด์ (เมทอกซีโพรพิลีน) จึงยังคงมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับเมทิลเซลลูโลส เซลลูโลสมีลักษณะที่คล้ายกันของการละลายในน้ำเย็นและการไม่ละลายในน้ำร้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องมาจากกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลที่ดัดแปลง อุณหภูมิการเจลในน้ำร้อนจึงสูงกว่าเมทิลเซลลูโลสมาก ตัวอย่างเช่น ความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในสารละลายน้ำที่มีปริมาณเมทอกซี 2% DS=0.73 และปริมาณไฮดรอกซีโพรพิล MS=0.46 คือ 500 mpa·s ที่อุณหภูมิ 20°C และอุณหภูมิเจลของมันสามารถเข้าถึงใกล้เคียง 100°C ในขณะที่เมทิลเซลลูโลสที่อุณหภูมิเดียวกันอยู่ที่ประมาณ 55°C เท่านั้น ในส่วนของการละลายในน้ำนั้นก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่บดเป็นผง (รูปร่างเป็นเม็ดขนาด 0.2~0.5 มม. ที่อุณหภูมิ 20°C โดยมีความหนืดของสารละลายในน้ำ 4% ที่ 2pa•s สามารถซื้อได้ที่ ที่อุณหภูมิห้อง ละลายได้ง่ายในน้ำโดยไม่ต้องทำให้เย็นลง

②ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายอินทรีย์ ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายอินทรีย์ยังดีกว่าเมทิลเซลลูโลส สำหรับผลิตภัณฑ์ที่สูงกว่า 2.1 ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่มีความหนืดสูงซึ่งประกอบด้วยไฮดรอกซีโพรพิล MS=1.5~1.8 และเมทอกซี DS=0.2~1.0 โดยมีระดับการแทนที่รวมสูงกว่า 1.8 ละลายได้ในเมทานอลและสารละลายเอธานอลแบบไม่มีน้ำ และละลายได้ในเทอร์โมพลาสติกและน้ำ นอกจากนี้ยังละลายได้ในไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอรีน เช่น เมทิลีนคลอไรด์และคลอโรฟอร์ม และตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อะซีโตน ไอโซโพรพานอล และไดอะซีโตนแอลกอฮอล์ ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ดีกว่าความสามารถในการละลายในน้ำ

(2) ปัจจัยที่มีผลต่อความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส การกำหนดความหนืดมาตรฐานของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเหมือนกับเซลลูโลสอีเทอร์อื่นๆ โดยวัดที่อุณหภูมิ 20°C โดยใช้สารละลายน้ำ 2% เป็นมาตรฐาน ความหนืดของผลิตภัณฑ์เดียวกันจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกันที่ความเข้มข้นเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่าจะมีความหนืดสูงกว่า ความสัมพันธ์กับอุณหภูมิจะคล้ายกับเมทิลเซลลูโลส เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะเริ่มลดลง แต่เมื่อถึงอุณหภูมิหนึ่ง ความหนืดจะลดลง

ความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันและเกิดการเจล อุณหภูมิเจลของผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดต่ำจะสูงขึ้น จุดเจลไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับความหนืดของอีเธอร์เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับอัตราส่วนองค์ประกอบของกลุ่มเมทอกซิลและกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลในอีเธอร์และขนาดของระดับการแทนที่ทั้งหมดด้วย จะต้องสังเกตว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสยังเป็นพลาสติกเทียม และสารละลายมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีการสลายในความหนืด ยกเว้นความเป็นไปได้ของการสลายด้วยเอนไซม์

(3) ความทนทานต่อเกลือของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส เนื่องจากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นอีเธอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิก จึงไม่แตกตัวเป็นไอออนในสื่อน้ำ ซึ่งแตกต่างจากอีเธอร์เซลลูโลสไอออนิกอื่นๆ ตัวอย่างเช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะหนักและตกตะกอนในสารละลาย เกลือทั่วไป เช่น คลอไรด์ โบรไมด์ ฟอสเฟต ไนเตรต ฯลฯ จะไม่ตกตะกอนเมื่อเติมลงในสารละลายในน้ำ อย่างไรก็ตาม การเติมเกลือมีผลต่ออุณหภูมิการจับตัวเป็นก้อนของสารละลายในน้ำ เมื่อความเข้มข้นของเกลือเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของเจลจะลดลง เมื่อความเข้มข้นของเกลือต่ำกว่าจุดจับตัวเป็นก้อน ความหนืดของสารละลายมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงมีการเติมเกลือจำนวนหนึ่ง ในการใช้งาน สามารถบรรลุผลในการทำให้ข้นได้ในราคาที่ประหยัดกว่า ดังนั้น ในการใช้งานบางกรณี ควรใช้ส่วนผสมของเซลลูโลสอีเธอร์กับเกลือแทนสารละลายอีเธอร์ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในการเพิ่มความข้น

(4) ความต้านทานกรดและด่างของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส โดยทั่วไปแล้วไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเสถียรต่อกรดและด่าง และไม่ได้รับผลกระทบในช่วง pH 2~12 สามารถทนต่อกรดอ่อนได้ในปริมาณหนึ่ง เช่น กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดซิตริก กรดซัคซินิก กรดฟอสฟอริก กรดบอริก เป็นต้น แต่กรดเข้มข้นมีผลในการลดความหนืด ด่าง เช่น โซดาไฟ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ และน้ำปูนขาวไม่มีผลกับมัน แต่สามารถเพิ่มความหนืดของสารละลายได้เล็กน้อย จากนั้นจึงลดลงอย่างช้าๆ

(5) ความสามารถในการผสมของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส สารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมกับสารประกอบโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้เพื่อให้กลายเป็นสารละลายที่สม่ำเสมอและโปร่งใสพร้อมความหนืดที่สูงขึ้น สารประกอบโพลีเมอร์เหล่านี้ได้แก่ โพลีเอทิลีนไกลคอล โพลีไวนิลอะซิเตท โพลีซิลิโคน โพลีเมทิลไวนิลซิโลเซน ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส และเมทิลเซลลูโลส สารประกอบโมเลกุลสูงจากธรรมชาติ เช่น กัมอาหรับ กัมถั่วลันเตา กัมคารายา ฯลฯ ก็มีความเข้ากันได้ดีกับสารละลายเช่นกัน ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมกับแมนนิทอลเอสเทอร์หรือซอร์บิทอลเอสเทอร์ของกรดสเตียริกหรือกรดปาล์มิติก และสามารถผสมกับกลีเซอรีน ซอร์บิทอล และแมนนิทอลได้ และสารประกอบเหล่านี้สามารถใช้เป็นไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสพลาสติไซเซอร์สำหรับเซลลูโลสได้

(6) อีเธอร์เซลลูโลสที่ละลายน้ำได้ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถเชื่อมขวางกับอัลดีไฮด์บนพื้นผิวได้ ทำให้อีเธอร์ที่ละลายน้ำได้เหล่านี้ตกตะกอนในสารละลายและไม่ละลายน้ำ อัลดีไฮด์ที่ทำให้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสไม่ละลายน้ำ ได้แก่ ฟอร์มาลดีไฮด์ ไกลออกซาล อัลดีไฮด์ซัคซินิก อะดิพาลดีไฮด์ เป็นต้น เมื่อใช้ฟอร์มาลดีไฮด์ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับค่า pH ของสารละลาย ซึ่งไกลออกซาลจะทำปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น ดังนั้น ไกลออกซาลจึงมักใช้เป็นตัวเชื่อมขวางในการผลิตทางอุตสาหกรรม ปริมาณของตัวเชื่อมขวางประเภทนี้ในสารละลายคือ 0.2%~10% ของมวลอีเธอร์ โดยควรเป็น 7%~10% เช่น ไกลออกซาล 3.3%~6% เหมาะสมที่สุด โดยทั่วไปแล้ว การบำบัด

อุณหภูมิคือ 0~30℃ และเวลาคือ 1~120 นาที ปฏิกิริยาการเชื่อมขวางต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่เป็นกรด โดยทั่วไป สารละลายจะถูกเติมด้วยกรดอนินทรีย์เข้มข้นหรือกรดคาร์บอกซิลิกอินทรีย์ก่อนเพื่อปรับค่า pH ของสารละลายให้อยู่ที่ประมาณ 2~6 โดยควรอยู่ระหว่าง 4~6 จากนั้นจึงเติมอัลดีไฮด์เพื่อทำปฏิกิริยาการเชื่อมขวาง กรดที่ใช้มีกรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดไฮดรอกซีอะซิติก กรดซัคซินิก หรือกรดซิตริก เป็นต้น โดยแนะนำให้ใช้กรดฟอร์มิกหรือกรดอะซิติก ซึ่งกรดฟอร์มิกจะเหมาะสมที่สุด นอกจากนี้ยังสามารถเติมกรดและอัลดีไฮด์พร้อมกันเพื่อให้สารละลายเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมขวางภายในช่วง pH ที่ต้องการ ปฏิกิริยานี้มักใช้ในกระบวนการบำบัดขั้นสุดท้ายในกระบวนการเตรียมเซลลูโลสอีเธอร์ หลังจากเซลลูโลสอีเธอร์ไม่ละลายน้ำแล้ว ก็สะดวกในการใช้งาน

น้ำ 20~25℃ สำหรับการซักและการฟอก เมื่อใช้งานผลิตภัณฑ์ สามารถเติมสารที่มีฤทธิ์เป็นด่างลงในสารละลายของผลิตภัณฑ์เพื่อปรับค่า pH ของสารละลายให้เป็นด่าง และผลิตภัณฑ์จะละลายในสารละลายได้อย่างรวดเร็ว วิธีนี้ยังใช้ได้กับการบำบัดฟิล์มหลังจากทำสารละลายเซลลูโลสอีเธอร์เป็นฟิล์มเพื่อให้เป็นฟิล์มที่ไม่ละลายน้ำ

(7) ความต้านทานเอนไซม์ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในทางทฤษฎีคืออนุพันธ์ของเซลลูโลส เช่น กลุ่มแอนไฮโดรกลูโคสแต่ละกลุ่ม หากมีกลุ่มแทนที่ที่ยึดติดแน่น ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะติดเชื้อจากจุลินทรีย์ แต่ในความเป็นจริง ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เมื่อค่าการแทนที่เกิน 1 ก็จะถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ด้วย ซึ่งหมายความว่าระดับการแทนที่ของแต่ละกลุ่มในโซ่เซลลูโลสไม่สม่ำเสมอเพียงพอ และจุลินทรีย์สามารถกัดกร่อนกลุ่มแอนไฮโดรกลูโคสที่ไม่มีการแทนที่เพื่อสร้างน้ำตาลเป็นสารอาหารให้จุลินทรีย์ดูดซับ ดังนั้น หากระดับการแทนที่อีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลสเพิ่มขึ้น ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของอีเทอร์เซลลูโลสด้วยเอนไซม์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ตามรายงาน ภายใต้สภาวะควบคุม ผลการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ ความหนืดที่เหลือของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (DS = 1.9) อยู่ที่ 13.2% เมทิลเซลลูโลส (DS = 1.83) อยู่ที่ 7.3% เมทิลเซลลูโลส (DS = 1.66) อยู่ที่ 3.8% และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสอยู่ที่ 1.7% จะเห็นได้ว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความสามารถในการต่อต้านเอนไซม์ได้ดี ดังนั้น ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจึงมีคุณสมบัติต้านเอนไซม์ที่ยอดเยี่ยม ร่วมกับคุณสมบัติการกระจายตัวที่ดี การทำให้ข้น และการสร้างฟิล์ม จึงใช้ในงานเคลือบอิมัลชันน้ำ ฯลฯ และโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องเติมสารกันบูด อย่างไรก็ตาม สำหรับการจัดเก็บสารละลายในระยะยาวหรือการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นจากภายนอก สามารถเติมสารกันบูดได้เพื่อป้องกัน และสามารถเลือกได้ตามข้อกำหนดขั้นสุดท้ายของสารละลาย ฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตทและแมงกานีสฟลูออโรซิลิเกตเป็นสารกันเสียที่มีประสิทธิภาพ แต่ทั้งหมดมีพิษ จึงต้องใส่ใจในการดำเนินการ โดยทั่วไป สามารถเติมฟีนิลเมอร์คิวรีอะซิเตท 1~5 มก. ลงในสารละลายต่อปริมาณ 1 ลิตร

(8) ประสิทธิภาพของฟิล์มไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มที่ยอดเยี่ยม สารละลายในน้ำหรือสารละลายตัวทำละลายอินทรีย์เคลือบบนแผ่นแก้ว และจะกลายเป็นสีไม่มีสีและโปร่งใสหลังจากการอบแห้ง และฟิล์มที่แข็งแรง ทนความชื้นได้ดีและคงตัวที่อุณหภูมิสูง หากเติมสารเพิ่มความเหนียวแบบดูดความชื้นเข้าไป จะสามารถยืดตัวและยืดหยุ่นได้ดีขึ้น ในแง่ของการปรับปรุงความยืดหยุ่น สารเพิ่มความเหนียว เช่น กลีเซอรีนและซอร์บิทอล เหมาะสมที่สุด โดยทั่วไป ความเข้มข้นของสารละลายอยู่ที่ 2%~3% และปริมาณของสารเพิ่มความเหนียวคือ 10%~20% ของเซลลูโลสอีเธอร์ หากเนื้อหาของสารเพิ่มความเหนียวสูงเกินไป จะเกิดการหดตัวจากการคายน้ำแบบคอลลอยด์ที่ความชื้นสูง ความแข็งแรงในการดึงของฟิล์มด้วย

การเติมสารเพิ่มความเหนียวข้นจะมากกว่าการไม่เติมสารเพิ่มความเหนียวข้นมาก และจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่เติมลงไป ส่วนความสามารถในการดูดความชื้นของฟิล์มก็จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณสารเพิ่มความเหนียวข้นที่เพิ่มขึ้นเช่นกัน