Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist ein nichtionischer Cellulosemischether. Im Gegensatz zu ionischem Methylcarboxymethylcellulosemischether reagiert es nicht mit Schwermetallen. Aufgrund der unterschiedlichen Verhältnisse von Methoxyl- und Hydroxypropylgehalt in der Hydroxypropylmethylcellulose und der unterschiedlichen Viskosität gibt es viele Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Beispielsweise ähnelt die Leistung von Varianten mit hohem Methoxyl- und niedrigem Hydroxypropylgehalt der von Methylcellulose, während die Leistung von Varianten mit niedrigem Methoxy- und hohem Hydroxypropylgehalt der von Hydroxypropylmethylcellulose ähnelt. Obwohl jede Variante nur eine geringe Menge an Hydroxypropylgruppen oder eine geringe Menge an Methoxygruppen enthält, sind die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln und die Flockungstemperatur in wässriger Lösung deutlich unterschiedlich.
1. Die Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose
1. Wasserlöslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose. Hydroxypropylmethylcellulose ist eine mit Propylenoxid (Methoxypropylen) modifizierte Methylcellulose und weist daher dieselben Eigenschaften wie Methylcellulose auf. Cellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser jedoch unlöslich. Aufgrund der modifizierten Hydroxypropylgruppe ist ihre Gelierungstemperatur in heißem Wasser jedoch viel höher als die von Methylcellulose. Beispielsweise beträgt die Viskosität einer wässrigen Lösung von Hydroxypropylmethylcellulose mit 2 % Methoxy, Substitutionsgrad DS = 0,73 und Hydroxypropylgehalt MS = 0,46 bei 20 °C 500 MPa·s, und ihre Gelierungstemperatur kann fast 100 °C erreichen, während sie bei Methylcellulose bei derselben Temperatur nur etwa 55 °C beträgt. Auch die Wasserlöslichkeit wurde stark verbessert. Beispielsweise kann pulverisierte Hydroxypropylmethylcellulose (ein Produkt mit einer Partikelgröße von 0,2 bis 0,5 mm und einer Viskosität von 2 Pa·s bei 20 °C in einer 4%igen wässrigen Lösung) erworben werden. Bei Raumtemperatur ist es ohne Kühlung leicht in Wasser löslich.
②Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in organischen Lösungsmitteln Die Löslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose in organischen Lösungsmitteln ist ebenfalls besser als die von Methylcellulose. Für Produkte über 2,1,hochviskose HydroxypropylmethylcelluloseEnthält Hydroxypropyl (MS = 1,5–1,8) und Methoxy (DS = 0,2–1,0) und einen Gesamtsubstitutionsgrad über 1,8. Es ist in wasserfreien Methanol- und Ethanollösungen löslich und thermoplastisch sowie wasserlöslich. Es ist außerdem in chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid und Chloroform sowie in organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Isopropanol und Diacetonalkohol löslich. Die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln ist besser als die in Wasser.
2. Faktoren, die die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose beeinflussen
Faktoren, die die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose beeinflussen: Die Standardviskosität von Hydroxypropylmethylcellulose wird wie bei anderen Celluloseethern bestimmt. Sie wird bei 20 °C mit einer 2%igen wässrigen Lösung als Standard gemessen. Die Viskosität desselben Produkts steigt mit zunehmender Konzentration. Bei Produkten mit unterschiedlichen Molekulargewichten weist bei gleicher Konzentration das Produkt mit dem höheren Molekulargewicht eine höhere Viskosität auf. Die Abhängigkeit von der Temperatur ähnelt der von Methylcellulose. Bei steigender Temperatur beginnt die Viskosität zu sinken, steigt jedoch ab einer bestimmten Temperatur plötzlich an und es kommt zur Gelierung. Produkte mit niedriger Viskosität haben einen höheren Gelpunkt. Der Gelpunkt hängt nicht nur von der Viskosität des Ethers ab, sondern auch vom Verhältnis der Methoxy- zu den Hydroxypropylgruppen im Ether und dem Gesamtsubstitutionsgrad. Hydroxypropylmethylcellulose ist zudem pseudoplastisch und ihre Lösung ist bei Raumtemperatur stabil, ohne dass die Viskosität abnimmt, abgesehen von einem möglichen enzymatischen Abbau.
3. Hydroxypropylmethylcellulose ist beständig gegen Säure und Lauge
Säure- und alkalibeständige Hydroxypropylmethylcellulose. Hydroxypropylmethylcellulose ist im Allgemeinen säure- und alkalibeständig und wird im pH-Bereich von 2 bis 12 nicht beeinträchtigt. Sie verträgt eine gewisse Menge leichter Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Bernsteinsäure, Phosphorsäure, Borsäure usw. Konzentrierte Säuren reduzieren jedoch die Viskosität. Basen wie Natronlauge, Kalilauge und Kalkwasser haben keinen Einfluss darauf, können aber die Viskosität der Lösung leicht erhöhen und anschließend langsam wieder verringern.
4. Die Mischbarkeit von Hydroxypropylmethylcellulose
Mischbarkeit von Hydroxypropylmethylcellulose: Hydroxypropylmethylcellulose-Lösung kann mit wasserlöslichen Polymerverbindungen gemischt werden, um eine gleichmäßige und transparente Lösung mit höherer Viskosität zu erhalten. Zu diesen Polymerverbindungen gehören Polyethylenglykol, Polyvinylacetat, Polysilikon, Polymethylvinylsiloxan, Hydroxyethylcellulose und Methylcellulose. Natürliche hochmolekulare Verbindungen wie Gummi arabicum, Johannisbrotkernmehl, Karayagummi usw. sind ebenfalls gut mit der Lösung kompatibel. Hydroxypropylmethylcellulose kann auch mit Mannitolester oder Sorbitester der Stearinsäure oder Palmitinsäure sowie mit Glycerin, Sorbit und Mannitol gemischt werden. Diese Verbindungen können als Weichmacher für Cellulose verwendet werden.
5. Unlöslichkeit und Wasserlöslichkeit von Hydroxypropylmethylcellulose
Die unlöslichen, wasserlöslichen Celluloseether der Hydroxypropylmethylcellulose können an der Oberfläche mit Aldehyden vernetzt werden, sodass diese wasserlöslichen Ether in der Lösung ausfallen und in Wasser unlöslich werden. Zu den Aldehyden, die Hydroxypropylmethylcellulose unlöslich machen, gehören Formaldehyd, Glyoxal, Bernsteinaldehyd, Adipaldehyd usw. Bei der Verwendung von Formaldehyd muss besonders auf den pH-Wert der Lösung geachtet werden, da Glyoxal schneller reagiert und daher in der industriellen Produktion häufig als Vernetzungsmittel verwendet wird. Die Menge dieses Vernetzungsmittels in der Lösung beträgt 0,2–10 % der Ethermasse, vorzugsweise 7–10 %, beispielsweise sind 3,3–6 % Glyoxal am besten geeignet. Die allgemeine Behandlungstemperatur beträgt 0–30 °C und die Dauer 1–120 Minuten. Die Vernetzungsreaktion muss unter sauren Bedingungen durchgeführt werden. In der Regel wird der Lösung zunächst eine anorganische starke Säure oder eine organische Carbonsäure zugesetzt, um den pH-Wert auf etwa 2–6, vorzugsweise 4–6, einzustellen. Anschließend werden Aldehyde zugegeben, um die Vernetzungsreaktion einzuleiten. Als Säuren kommen Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Hydroxyessigsäure, Bernsteinsäure oder Zitronensäure infrage, wobei Ameisensäure oder Essigsäure empfohlen wird und Ameisensäure optimal ist. Säure und Aldehyd können auch gleichzeitig zugegeben werden, um die Vernetzungsreaktion der Lösung im gewünschten pH-Bereich zu ermöglichen. Diese Reaktion wird häufig in der Endbehandlung bei der Herstellung von Celluloseethern eingesetzt. Sobald der Celluloseether unlöslich ist, kann er mit 20–25 °C warmem Wasser gewaschen und gereinigt werden. Bei der Verwendung des Produkts können alkalische Substanzen zugegeben werden, um den pH-Wert der Lösung alkalisch einzustellen. Das Produkt löst sich dann schnell in der Lösung auf. Dieses Verfahren ist auch auf die Behandlung des Films anwendbar, nachdem die Celluloseetherlösung zu einem Film verarbeitet wurde, um ihn zu einem unlöslichen Film zu machen.
6. Enzymresistenz von Hydroxypropylmethylcellulose
Die Enzymresistenz von Hydroxypropylmethylcellulose ist theoretisch ein Cellulosederivat, beispielsweise eine Anhydroglucosegruppe. Wenn eine fest gebundene Substituentengruppe vorhanden ist, ist eine Infektion durch Mikroorganismen nicht so leicht möglich. Tatsächlich wird das Endprodukt jedoch bei einem Substitutionswert über 1 auch durch Enzyme abgebaut. Dies bedeutet, dass der Substitutionsgrad jeder Gruppe in der Cellulosekette nicht gleichmäßig genug ist und Mikroorganismen die unsubstituierte Anhydroglucosegruppe angreifen und Zucker bilden können, der von Mikroorganismen als Nährstoff aufgenommen wird. Daher steigt mit zunehmendem Grad der Veretherung der Cellulose auch die Resistenz des Celluloseethers gegen enzymatische Erosion. Berichten zufolge beträgt die Restviskosität unter kontrollierten Bedingungen aufgrund der enzymatischen Hydrolyse von Hydroxypropylmethylcellulose (DS = 1,9) 13,2 %, von Methylcellulose (DS = 1,83) 7,3 %, von Methylcellulose (DS = 1,66) 3,8 % und von Hydroxyethylcellulose 1,7 %. Hydroxypropylmethylcellulose weist eine starke antienzymatische Wirkung auf. Aufgrund ihrer hervorragenden Enzymresistenz, ihrer guten Dispergierbarkeit, ihrer Verdickungs- und Filmbildungseigenschaften wird Hydroxypropylmethylcellulose daher für Beschichtungen auf Wasserbasis usw. verwendet, ohne dass im Allgemeinen Konservierungsmittel zugesetzt werden müssen. Bei längerer Lagerung der Lösung oder bei möglicher Kontamination von außen können jedoch vorsorglich Konservierungsmittel zugesetzt werden. Die Auswahl richtet sich nach den endgültigen Anforderungen der Lösung. Phenylquecksilberacetat und Manganfluorsilikat sind wirksame Konservierungsmittel, aber sie sind alle toxisch. Bei der Anwendung ist besondere Vorsicht geboten. Im Allgemeinen können der Lösung pro Liter Dosierung 1 bis 5 mg Phenylquecksilberacetat zugesetzt werden.
7. Leistung der Hydroxypropylmethylcellulosemembran
Die Eigenschaften von Hydroxypropylmethylcellulose-Filmen: Hydroxypropylmethylcellulose besitzt hervorragende filmbildende Eigenschaften. Eine wässrige Lösung oder Lösung in einem organischen Lösungsmittel wird auf eine Glasplatte aufgetragen und trocknet farblos und transparent. Der Film ist robust und feuchtigkeitsbeständig und bleibt auch bei hohen Temperaturen fest. Durch Zugabe eines hygroskopischen Weichmachers können Dehnung und Flexibilität verbessert werden. Weichmacher wie Glycerin und Sorbitol sind zur Verbesserung der Flexibilität am besten geeignet. Die Lösungskonzentration beträgt in der Regel 2–3 %, der Weichmacheranteil 10–20 % Celluloseether. Bei zu hohem Weichmacheranteil kommt es bei hoher Luftfeuchtigkeit zu kolloidaler Dehydratationsschrumpfung. Die Zugfestigkeit von Filmen mit Weichmacherzusatz ist deutlich höher als die von Filmen ohne Weichmacherzusatz und steigt mit zunehmender Weichmachermenge. Auch die Hygroskopizität der Filme nimmt mit zunehmender Weichmachermenge zu.
Veröffentlichungszeit: 19. Dezember 2022