คุณสมบัติของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นอีเทอร์ผสมเซลลูโลสที่ไม่มีไอออนิกชนิดหนึ่ง ต่างจากอีเทอร์ผสมไอออนิกเมทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสตรงที่ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะหนัก เนื่องจากอัตราส่วนที่แตกต่างกันของปริมาณเมทอกซิลและปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลในไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและความหนืดที่แตกต่างกัน จึงมีหลายประเภทที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน เช่น ปริมาณเมทอกซิลสูงและปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ำ ประสิทธิภาพของมันใกล้เคียงกับเมทิลเซลลูโลสในขณะที่ปริมาณต่ำ ปริมาณเมทอกซิลและปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงใกล้เคียงกับปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส อย่างไรก็ตาม ในแต่ละพันธุ์ แม้ว่าจะมีกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลจำนวนเล็กน้อยหรือกลุ่มเมทอกซิลจำนวนเล็กน้อยก็ตาม แต่ก็มีความแตกต่างอย่างมากในด้านความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์หรืออุณหภูมิการจับตัวเป็นก้อนในสารละลายที่เป็นน้ำ

(1) คุณสมบัติการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
①ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในน้ำ จริง ๆ แล้วไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นเมทิลเซลลูโลสชนิดหนึ่งที่ถูกดัดแปลงโดยโพรพิลีนออกไซด์ (เมทอกซีโพรพิลีน) ดังนั้นจึงยังคงมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับเมทิลเซลลูโลส เซลลูโลสมีลักษณะคล้ายกันคือความสามารถในการละลายน้ำเย็นและความไม่ละลายของน้ำร้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลที่ถูกดัดแปลง อุณหภูมิการเกิดเจลในน้ำร้อนจึงสูงกว่าอุณหภูมิของเมทิลเซลลูโลสมาก ตัวอย่างเช่น ความหนืดของสารละลายน้ำไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่มีระดับการทดแทนปริมาณเมทอกซี 2% DS=0.73 และปริมาณไฮดรอกซีโพรพิล MS=0.46 คือ 500 mpa·s ที่ 20°C และอุณหภูมิเจลของมันสามารถสูงถึงเกือบ 100°C ในขณะที่ เมทิลเซลลูโลสที่อุณหภูมิเดียวกันจะอยู่ที่ประมาณ 55°C เท่านั้น สำหรับความสามารถในการละลายในน้ำนั้นได้รับการปรับปรุงอย่างมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่บดแล้ว (รูปร่างเป็นเม็ด 0.2~0.5 มม. ที่ 20°C พร้อมด้วยความหนืดของสารละลายน้ำ 4% ที่ 2pa•s สามารถซื้อได้ที่อุณหภูมิห้อง จึงสามารถละลายได้ง่ายในน้ำโดยไม่ต้องทำความเย็น

②ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายอินทรีย์ ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในตัวทำละลายอินทรีย์ยังดีกว่าของเมทิลเซลลูโลสอีกด้วย สำหรับผลิตภัณฑ์ที่สูงกว่า 2.1 ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสความหนืดสูงที่มีไฮดรอกซีโพรพิล MS = 1.5 ~ 1.8 และเมทอกซี DS = 0.2 ~ 1.0 โดยมีระดับการทดแทนรวมสูงกว่า 1.8 สามารถละลายได้ในสารละลายเมธานอลและเอธานอลปราศจากน้ำปานกลางและเทอร์โมพลาสติกและละลายน้ำได้ . นอกจากนี้ยังละลายได้ในไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอรีน เช่น เมทิลีนคลอไรด์และคลอโรฟอร์ม และตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อะซิโตน ไอโซโพรพานอล และไดอะซิโตนแอลกอฮอล์ ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ดีกว่าการละลายน้ำ

(2) ปัจจัยที่ส่งผลต่อความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส การกำหนดความหนืดมาตรฐานของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสนั้นเหมือนกับเซลลูโลสอีเทอร์อื่น ๆ และวัดที่ 20°C ด้วยสารละลายในน้ำ 2% เป็นมาตรฐาน ความหนืดของผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกันและมีความเข้มข้นเท่ากัน ผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่าจะมีความหนืดสูงกว่า ความสัมพันธ์กับอุณหภูมิคล้ายคลึงกับเมทิลเซลลูโลส เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะเริ่มลดลง แต่เมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนด ความหนืดก็จะเพิ่มขึ้นและเกิดเจลขึ้น อุณหภูมิเจลของผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดต่ำจะสูงขึ้น อยู่ในระดับสูง จุดเจลไม่เพียงเกี่ยวข้องกับความหนืดของอีเทอร์เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับอัตราส่วนองค์ประกอบของกลุ่มเมทอซิลและกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลในอีเทอร์และขนาดของระดับการทดแทนทั้งหมด จะต้องสังเกตว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสก็เป็นพลาสติกเทียมเช่นกันและสารละลายมีความเสถียรที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีการย่อยสลายในความหนืดยกเว้นความเป็นไปได้ของการย่อยสลายของเอนไซม์

(3) ความทนทานต่อเกลือของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส เนื่องจากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นอีเทอร์ที่ไม่มีไอออนิก จึงไม่แตกตัวเป็นไอออนในตัวกลางน้ำ ซึ่งแตกต่างจากอีเทอร์เซลลูโลสไอออนิกอื่นๆ ตัวอย่างเช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะหนักและตกตะกอนในสารละลาย เกลือทั่วไป เช่น คลอไรด์ โบรไมด์ ฟอสเฟต ไนเตรต ฯลฯ จะไม่ตกตะกอนเมื่อเติมลงในสารละลายที่เป็นน้ำ อย่างไรก็ตาม การเติมเกลือมีอิทธิพลบางประการต่ออุณหภูมิการจับตัวเป็นก้อนของสารละลายที่เป็นน้ำ เมื่อความเข้มข้นของเกลือเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของเจลจะลดลง เมื่อความเข้มข้นของเกลือต่ำกว่าจุดจับตัวเป็นก้อน ความหนืดของสารละลายมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเติมเกลือจำนวนหนึ่ง ในการใช้งานสามารถให้ผลที่หนาขึ้นในเชิงเศรษฐกิจมากขึ้น ดังนั้นในการใช้งานบางประเภท ควรใช้ส่วนผสมของเซลลูโลสอีเทอร์และเกลือมากกว่าสารละลายอีเทอร์ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าเพื่อให้ได้ผลที่ข้นขึ้น

(4) ความต้านทานของกรดไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสและด่าง ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสโดยทั่วไปมีความเสถียรต่อกรดและด่าง และไม่ได้รับผลกระทบในช่วง pH 2 ~ 12 สามารถทนต่อกรดแสงได้จำนวนหนึ่ง เช่น กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดซิตริก กรดซักซินิก กรดฟอสฟอริก กรดบอริก เป็นต้น แต่กรดเข้มข้นมีฤทธิ์ลดความหนืดได้ สารอัลคาไล เช่น โซดาไฟ โปแตชโซดาไฟ และน้ำมะนาว ไม่มีผลใดๆ แต่สามารถเพิ่มความหนืดของสารละลายได้เล็กน้อย จากนั้นจึงค่อยๆ ลดลง

(5) ความเข้ากันได้ของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมกับสารประกอบโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้เพื่อสร้างสารละลายที่สม่ำเสมอและโปร่งใสโดยมีความหนืดสูงกว่า สารประกอบโพลีเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วยโพลีเอทิลีนไกลคอล โพลีไวนิลอะซิเตต โพลีซิลิโคน โพลีเมทิลไวนิลไซลอกเซน ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส และเมทิลเซลลูโลส สารประกอบโมเลกุลสูงตามธรรมชาติ เช่น หมากฝรั่งอารบิก หมากฝรั่งตั๊กแตน หมากฝรั่งคารายา ฯลฯ ก็เข้ากันได้ดีกับสารละลายเช่นกัน ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสยังสามารถผสมกับแมนนิทอลเอสเทอร์หรือซอร์บิทอลเอสเทอร์ของกรดสเตียริกหรือกรดปาลมิติกได้ และยังสามารถผสมกับกลีเซอรีน ซอร์บิทอล และแมนนิทอล และสารประกอบเหล่านี้สามารถใช้เป็นพลาสติไซเซอร์ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสำหรับเซลลูโลส

(6) เซลลูโลสอีเทอร์ที่ไม่ละลายน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถทำการเชื่อมโยงข้ามพื้นผิวกับอัลดีไฮด์ได้ เพื่อให้อีเทอร์ที่ละลายน้ำได้เหล่านี้ตกตะกอนในสารละลายและไม่ละลายในน้ำ อัลดีไฮด์ที่ทำให้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสไม่ละลายน้ำ ได้แก่ ฟอร์มาลดีไฮด์, ไกลออกซาล, ซัคซินิกอัลดีไฮด์, อะดิพัลดีไฮด์ ฯลฯ เมื่อใช้ฟอร์มาลดีไฮด์ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับค่า pH ของสารละลาย ซึ่งไกลออกซัลจะทำปฏิกิริยาเร็วขึ้น ดังนั้นไกลออกซัลจึงมักใช้เป็นการเชื่อมขวาง ตัวแทนในการผลิตภาคอุตสาหกรรม ปริมาณของสารเชื่อมโยงข้ามประเภทนี้ในสารละลายคือ 0.2%~10% ของมวลอีเธอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 7%~10% ตัวอย่างเช่น 3.3%~6% ของไกลออกซาลจะเหมาะสมที่สุด โดยทั่วไป อุณหภูมิการรักษาคือ 0~30°C และเวลาคือ 1~120 นาที ปฏิกิริยาการเชื่อมโยงข้ามจะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่เป็นกรด โดยทั่วไป สารละลายจะถูกเติมด้วยกรดอนินทรีย์เข้มข้นหรือกรดคาร์บอกซิลิกอินทรีย์ในขั้นแรกเพื่อปรับ pH ของสารละลายเป็นประมาณ 2~6 โดยควรอยู่ระหว่าง 4~6 จากนั้นจึงเติมอัลดีไฮด์เพื่อทำปฏิกิริยาเชื่อมโยงข้าม กรดที่ใช้มีกรดไฮโดรคลอริก, กรดซัลฟูริก, กรดฟอสฟอริก, กรดฟอร์มิก, กรดอะซิติก, กรดไฮดรอกซีอะซิติก, กรดซัคซินิกหรือกรดซิตริก ฯลฯ ที่ซึ่งแนะนำให้ใช้กรดฟอร์มิกหรือกรดอะซิติกและกรดฟอร์มิกเหมาะสมที่สุด นอกจากนี้ยังสามารถเติมกรดและอัลดีไฮด์พร้อมกันเพื่อให้สารละลายเกิดปฏิกิริยาเชื่อมโยงข้ามภายในช่วง pH ที่ต้องการ ปฏิกิริยานี้มักใช้ในกระบวนการบำบัดขั้นสุดท้ายในกระบวนการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์ หลังจากที่เซลลูโลสอีเทอร์ไม่ละลายน้ำก็ใช้งานได้สะดวก

น้ำ 20~25°C สำหรับล้างและทำให้บริสุทธิ์ เมื่อมีการใช้งานผลิตภัณฑ์สามารถเติมสารอัลคาไลน์ลงในสารละลายของผลิตภัณฑ์เพื่อปรับ pH ของสารละลายให้เป็นด่างและผลิตภัณฑ์จะละลายในสารละลายได้อย่างรวดเร็ว วิธีนี้ยังใช้ได้กับการบำบัดฟิล์มหลังจากสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ถูกสร้างเป็นฟิล์มเพื่อให้เป็นฟิล์มที่ไม่ละลายน้ำ

(7) การต้านทานเอนไซม์ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ในทางทฤษฎีอนุพันธ์ของเซลลูโลส เช่น หมู่ทดแทนที่มีพันธะอย่างแน่นหนาในแต่ละกลุ่มแอนไฮโดรกลูโคส จะไม่ไวต่อการกัดกร่อนของจุลินทรีย์ แต่ในความเป็นจริง เมื่อค่าทดแทนของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเกิน 1 มันจะ ยังถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์ซึ่งหมายความว่าระดับการทดแทนของแต่ละกลุ่มในสายโซ่เซลลูโลสไม่สม่ำเสมอเพียงพอ และจุลินทรีย์สามารถกัดกร่อนกลุ่มแอนไฮโดรกลูโคสที่ไม่ถูกทดแทนได้ น้ำตาลถูกสร้างและดูดซึมเป็นสารอาหารของจุลินทรีย์ ดังนั้นหากระดับของการทดแทนอีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลสเพิ่มขึ้น ความต้านทานต่อการพังทลายของเอนไซม์ของเซลลูโลสอีเทอร์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ตามรายงาน ภายใต้สภาวะควบคุม ผลการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ ความหนืดตกค้างของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (DS=1.9) คือ 13.2% เมทิลเซลลูโลส (DS=1.83) คือ 7.3% เมทิลเซลลูโลส (DS=1.66) คือ 3.8% และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสคือ 1.7% จะเห็นได้ว่าไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความสามารถในการต่อต้านเอนไซม์ที่แข็งแกร่ง ดังนั้นความต้านทานต่อเอนไซม์ที่ดีเยี่ยมของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส รวมกับคุณสมบัติการกระจายตัวที่ดี การทำให้หนาขึ้น และการสร้างฟิล์ม จึงถูกนำมาใช้ในการเคลือบอิมัลชันน้ำ ฯลฯ และโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องเติมสารกันบูด อย่างไรก็ตาม สำหรับการจัดเก็บสารละลายในระยะยาวหรือการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นจากภายนอก สามารถเติมสารกันบูดเพื่อเป็นการป้องกันไว้ก่อนได้ และสามารถตัดสินใจเลือกได้ตามข้อกำหนดขั้นสุดท้ายของสารละลาย Phenylmercuric acetate และแมงกานีสฟลูออโรซิลิเกตเป็นสารกันบูดที่มีประสิทธิภาพ แต่ล้วนมีความเป็นพิษ ต้องให้ความสนใจกับการผ่าตัด โดยทั่วไปสามารถเติมฟีนิลเมอร์คิวรีอะซิเตต 1~5 มก. ลงในสารละลายต่อลิตรของขนาดยา

(8) ประสิทธิภาพของฟิล์มไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มที่ดีเยี่ยม สารละลายที่เป็นน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์จะถูกเคลือบบนแผ่นกระจก และจะเป็นอิสระหลังจากการอบแห้ง เนื้อฟิล์มสีใสและเหนียว มีความทนทานต่อความชื้นได้ดีและยังคงแข็งตัวที่อุณหภูมิสูง หากเติมพลาสติไซเซอร์ดูดความชื้น จะสามารถเพิ่มการยืดตัวและความยืดหยุ่นได้ ในแง่ของการปรับปรุงความยืดหยุ่น พลาสติไซเซอร์ เช่น กลีเซอรีนและซอร์บิทอลมีความเหมาะสมที่สุด โดยทั่วไป ความเข้มข้นของสารละลายคือ 2%~3% และปริมาณของพลาสติไซเซอร์คือ 10%~20% ของเซลลูโลสอีเทอร์ ถ้าเนื้อหาของพลาสติไซเซอร์สูงเกินไป การหดตัวของการขาดน้ำคอลลอยด์จะเกิดขึ้นที่ความชื้นสูง ความต้านทานแรงดึงของฟิล์มที่เติมพลาสติไซเซอร์จะมีค่ามากกว่าค่าที่ไม่มีพลาสติไซเซอร์มากและจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่เพิ่มขึ้น ส่วนการดูดความชื้นของฟิล์มก็เพิ่มขึ้นตามปริมาณพลาสติไซเซอร์ที่เพิ่มขึ้น