خصائص اللزوجة لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC)هو إيثر مخلوط من السليلوز غير أيوني، قابل للذوبان في الماء. يبدو على شكل مسحوق أو حبيبات بيضاء إلى صفراء فاتحة، عديم الطعم والرائحة، غير سام، مستقر كيميائيًا، ويذوب في الماء مشكلًا محلولًا ناعمًا وشفافًا ولزجًا. من أهم خصائص هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز عند استخدامه زيادة لزوجة السائل. يعتمد تأثير التكثيف على درجة بلمرة المنتج (DP)، وتركيز إيثر السليلوز في المحلول المائي، ومعدل القص، ودرجة حرارة المحلول، بالإضافة إلى عوامل أخرى.

01

نوع السائل من محلول HPMC المائي

بشكل عام، يُمكن التعبير عن إجهاد المائع في جريان القص كدالة لمعدل القص ƒ(γ) فقط، طالما أنه غير مرتبط بالزمن. بناءً على شكل ƒ(γ)، يُمكن تقسيم الموائع إلى أنواع مختلفة، وهي: الموائع النيوتونية، والموائع المتوسعة، والموائع شبه البلاستيكية، وموائع بينغهام البلاستيكية.

تنقسم إيثرات السليلوز إلى فئتين: إحداهما إيثر السليلوز غير الأيوني والأخرى إيثر السليلوز الأيوني. بالنسبة لعلم الروماتيزم لهذين النوعين من إيثرات السليلوز، أجرى إس سي نايك وآخرون دراسة مقارنة شاملة ومنهجية على محاليل هيدروكسي إيثيل السليلوز وكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم. أظهرت النتائج أن كل من محاليل إيثر السليلوز غير الأيونية ومحاليل إيثر السليلوز الأيونية كانت شبه بلاستيكية. تقترب التدفقات، أي التدفقات غير النيوتونية، من السوائل النيوتونية فقط عند تركيزات منخفضة للغاية. تلعب شبه البلاستيكية لمحلول هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز دورًا مهمًا في التطبيق. على سبيل المثال، عند تطبيقه في الطلاءات، بسبب خصائص ترقق القص للمحاليل المائية، تقل لزوجة المحلول مع زيادة معدل القص، مما يؤدي إلى التشتت المنتظم لجزيئات الصبغة، ويزيد أيضًا من سيولة الطلاء. التأثير كبير جدًا؛ في حالة السكون، تكون لزوجة المحلول كبيرة نسبيًا، مما يمنع بشكل فعال ترسب جزيئات الصبغة في الطلاء.

02

طريقة اختبار اللزوجة HPMC

اللزوجة الظاهرية للمحلول المائي مؤشر مهم لقياس تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المُكثِّف. تشمل طرق قياس اللزوجة الظاهرية عادةً اللزوجة الشعرية، واللزوجة الدورانية، ولزوجة الكرة المتساقطة.

حيث: هي اللزوجة الظاهرية، mPa/s؛ K هو ثابت اللزوجة؛ d هي كثافة عينة المحلول عند 20/20 درجة مئوية؛ t هو الوقت الذي يستغرقه المحلول للمرور عبر الجزء العلوي من مقياس اللزوجة إلى العلامة السفلية، s؛ يتم قياس الوقت الذي يتدفق فيه الزيت القياسي عبر مقياس اللزوجة.

ومع ذلك، فإن طريقة القياس باستخدام مقياس اللزوجة الشعري أكثر صعوبة. لزوجة العديد منإيثرات السليلوزيصعب تحليلها باستخدام مقياس اللزوجة الشعري، لأن هذه المحاليل تحتوي على كميات ضئيلة من المواد غير القابلة للذوبان، والتي لا تُكتشف إلا عند انسداد مقياس اللزوجة الشعري. لذلك، يستخدم معظم المصنّعين مقاييس اللزوجة الدورانية لمراقبة جودة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز. تُستخدم مقاييس اللزوجة من بروكفيلد بشكل شائع في الدول الأجنبية، بينما تُستخدم مقاييس اللزوجة من NDJ في الصين.

03

العوامل المؤثرة على لزوجة HPMC

3.1 العلاقة بدرجة التجميع

عند ثبات باقي المعايير، تتناسب لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز طرديًا مع درجة البلمرة (DP) أو الوزن الجزيئي أو طول السلسلة الجزيئية، وتزداد بازدياد درجة البلمرة. ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا في حالة انخفاض درجة البلمرة مقارنةً بارتفاعها.

3.2 العلاقة بين اللزوجة والتركيز

تزداد لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بزيادة تركيز المنتج في المحلول المائي. حتى تغيير طفيف في التركيز يُحدث تغييرًا كبيرًا في اللزوجة. مع اللزوجة الاسمية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، يصبح تأثير تغيير تركيز المحلول على لزوجته أكثر وضوحًا.

3.3 العلاقة بين اللزوجة ومعدل القص

يتميز محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المائي بخاصية الترقق بالقص. يُحضّر هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز ذو اللزوجة الاسمية المختلفة في محلول مائي بتركيز 2%، وتُقاس لزوجته بمعدلات قص مختلفة على التوالي. النتائج كما هو موضح في الشكل: عند معدل قص منخفض، لم تتغير لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بشكل ملحوظ. مع زيادة معدل القص، انخفضت لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز ذو اللزوجة الاسمية الأعلى بشكل أوضح، بينما لم تنخفض اللزوجة في المحلول ذو اللزوجة المنخفضة بشكل واضح.

3.4 العلاقة بين اللزوجة ودرجة الحرارة

تتأثر لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بشكل كبير بدرجة الحرارة. فمع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض لزوجة المحلول. كما هو موضح في الشكل، يُحضّر المحلول في محلول مائي بتركيز 2%، ويُقاس تغير اللزوجة مع ارتفاع درجة الحرارة.

3.5 عوامل مؤثرة أخرى

تتأثر لزوجة المحلول المائي لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز أيضًا بالمواد المضافة إليه، وقيمة الرقم الهيدروجيني له، والتحلل الميكروبي. عادةً، لتحسين أداء اللزوجة أو خفض تكلفة الاستخدام، يلزم إضافة مُعدِّلات ريولوجية، مثل الطين، والطين المُعَدَّل، ومسحوق البوليمر، وإيثر النشا، والبوليمر الأليفاتي، إلى المحلول المائي لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز. كما يمكن إضافة إلكتروليتات مثل الكلوريد، والبروميد، والفوسفات، والنترات، وغيرها. لا تؤثر هذه الإضافات على خصائص اللزوجة للمحلول المائي فحسب، بل تؤثر أيضًا على خصائص تطبيقية أخرى لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، مثل احتباس الماء، ومقاومة الترهل، وغيرها.

لزوجة المحلول المائي لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز لا تتأثر تقريبًا بالأحماض والقلويات، وهي مستقرة عمومًا في نطاق 3 إلى 11. ويمكنه تحمل كمية معينة من الأحماض الضعيفة، مثل حمض الفورميك، وحمض الأسيتيك، وحمض الفوسفوريك، وحمض البوريك، وحمض الستريك، وغيرها. ومع ذلك، فإن الأحماض المركزة تُقلل اللزوجة. أما الصودا الكاوية، وهيدروكسيد البوتاسيوم، وماء الجير، وغيرها، فلا تؤثر عليها كثيرًا. وبالمقارنة مع إيثرات السلولوز الأخرى،هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوزيتمتع المحلول المائي بثبات مضاد للميكروبات جيد، والسبب الرئيسي هو احتواء هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز على مجموعات كارهة للماء ذات درجة عالية من الاستبدال والعوائق الفراغية للمجموعات. ومع ذلك، نظرًا لأن تفاعل الاستبدال عادةً ما يكون غير متجانس، فإن وحدة الجلوكوز اللامائية غير المستبدلة تتآكل بسهولة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى تحلل جزيئات إيثر السليلوز وانقسام السلسلة. يتمثل الأداء في انخفاض اللزوجة الظاهرية للمحلول المائي. إذا كان من الضروري تخزين المحلول المائي لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز لفترة طويلة، فمن المستحسن إضافة كمية ضئيلة من عامل مضاد للفطريات حتى لا تتغير اللزوجة بشكل كبير. عند اختيار العوامل المضادة للفطريات أو المواد الحافظة أو مبيدات الفطريات، يجب الانتباه إلى السلامة واختيار المنتجات التي ليست سامة لجسم الإنسان، ولها خصائص مستقرة ولا رائحة لها، مثل مبيدات الفطريات AMICAL من DOW Chem، والمواد الحافظة CANGUARD64، وعوامل البكتيريا FUELSAVER وغيرها من المنتجات. يمكن أن تلعب دورا مماثلا.