Hidroxipropilmetilcel·lulosa (HPMC)és un èter mixt de cel·lulosa no iònic i soluble en aigua. L'aspecte és de pols o material granular de color blanc a lleugerament groc, insípid, inodor, no tòxic, químicament estable i es dissol en aigua per formar una solució suau, transparent i viscosa. Una de les propietats més importants de la hidroxipropilmetilcel·lulosa en aplicació és que augmenta la viscositat del líquid. L'efecte espessidor depèn del grau de polimerització (DP) del producte, la concentració d'èter de cel·lulosa en la solució aquosa, la velocitat de cisallament i la temperatura de la solució. I altres factors.
01
Tipus de fluid de solució aquosa HPMC
En general, la tensió d'un fluid en flux de cisallament es pot expressar com una funció només de la velocitat de cisallament ƒ(γ), sempre que no depengui del temps. Segons la forma de ƒ(γ), els fluids es poden dividir en diferents tipus, és a dir: fluids newtonians, fluids dilatants, fluids pseudoplàstics i fluids plàstics de Bingham.
Els èters de cel·lulosa es divideixen en dues categories: una és l'èter de cel·lulosa no iònica i l'altra és l'èter de cel·lulosa iònica. Per a la reologia d'aquests dos tipus d'èters de cel·lulosa, SC Naik et al. van dur a terme un estudi comparatiu exhaustiu i sistemàtic sobre solucions d'hidroxietilcel·lulosa i carboximetilcel·lulosa sòdica. Els resultats van mostrar que tant les solucions d'èter de cel·lulosa no iònica com les solucions d'èter de cel·lulosa iònica eren pseudoplàstiques. Els fluxos, és a dir, els fluxos no newtonians, s'acosten als líquids newtonians només a concentracions molt baixes. La pseudoplasticitat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa juga un paper important en l'aplicació. Per exemple, quan s'aplica en recobriments, a causa de les característiques d'aprimament per cisallament de les solucions aquoses, la viscositat de la solució disminueix amb l'augment de la velocitat de cisallament, cosa que afavoreix la dispersió uniforme de les partícules de pigment i també augmenta la fluïdesa del recobriment. L'efecte és molt gran; mentre està en repòs, la viscositat de la solució és relativament gran, cosa que impedeix eficaçment la deposició de partícules de pigment al recobriment.
02
Mètode de prova de viscositat HPMC
Un indicador important per mesurar l'efecte espessidor de la hidroxipropilmetilcel·lulosa és la viscositat aparent de la solució aquosa. Els mètodes de mesura de la viscositat aparent solen incloure el mètode de viscositat capil·lar, el mètode de viscositat rotacional i el mètode de viscositat de bola caient.
on: és la viscositat aparent, mPa s; K és la constant del viscosímetre; d és la densitat de la mostra de solució a 20/20 °C; t és el temps que triga la solució a passar per la part superior del viscosímetre fins a la marca inferior, s; Es mesura el temps que l'oli estàndard flueix a través del viscosímetre.
Tanmateix, el mètode de mesura amb viscosímetre capil·lar és més complicat. Les viscositats de moltsèters de cel·lulosasón difícils d'analitzar amb un viscosímetre capil·lar perquè aquestes solucions contenen traces de matèria insoluble que només es detecten quan el viscosímetre capil·lar està bloquejat. Per tant, la majoria dels fabricants utilitzen viscosímetres rotacionals per controlar la qualitat de la hidroxipropilmetilcel·lulosa. Els viscosímetres Brookfield s'utilitzen habitualment a països estrangers i els viscosímetres NDJ s'utilitzen a la Xina.
03
Factors que influeixen en la viscositat de l'HPMC
3.1 Relació amb el grau d'agregació
Quan altres paràmetres romanen inalterats, la viscositat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa és proporcional al grau de polimerització (DP) o al pes molecular o a la longitud de la cadena molecular, i augmenta amb l'augment del grau de polimerització. Aquest efecte és més pronunciat en el cas d'un grau de polimerització baix que en el cas d'un grau de polimerització alt.
3.2 Relació entre viscositat i concentració
La viscositat de la hidroxipropilmetilcel·lulosa augmenta amb l'augment de la concentració del producte en la solució aquosa. Fins i tot un petit canvi de concentració provocarà un gran canvi de viscositat. Amb la viscositat nominal de la hidroxipropilmetilcel·lulosa, l'efecte del canvi de concentració de la solució sobre la viscositat de la solució és cada cop més evident.
3.3 Relació entre la viscositat i la velocitat de cisallament
La solució aquosa d'hidroxipropilmetilcel·lulosa té la propietat de diluir-se per cisallament. Es prepara hidroxipropilmetilcel·lulosa de diferent viscositat nominal en una solució aquosa al 2% i es mesura la seva viscositat a diferents velocitats de cisallament respectivament. Els resultats són els següents: tal com es mostra a la figura. A baixa velocitat de cisallament, la viscositat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa no va canviar significativament. Amb l'augment de la velocitat de cisallament, la viscositat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa amb una viscositat nominal més alta va disminuir de manera més evident, mentre que la solució amb baixa viscositat no va disminuir de manera evident.
3.4 Relació entre viscositat i temperatura
La viscositat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa es veu molt afectada per la temperatura. A mesura que augmenta la temperatura, la viscositat de la solució disminueix. Com es mostra a la figura, es prepara en una solució aquosa amb una concentració del 2% i es mesura el canvi de viscositat amb l'augment de la temperatura.
3.5 Altres factors d'influència
La viscositat de la solució aquosa d'hidroxipropilmetilcel·lulosa també es veu afectada pels additius de la solució, el valor del pH de la solució i la degradació microbiana. Normalment, per obtenir un millor rendiment de viscositat o reduir el cost d'ús, cal afegir modificadors reològics, com ara argila, argila modificada, pols de polímer, èter de midó i copolímer alifàtic, a la solució aquosa d'hidroxipropilmetilcel·lulosa. , i també es poden afegir electròlits com ara clorur, bromur, fosfat, nitrat, etc. a la solució aquosa. Aquests additius no només afectaran les propietats de viscositat de la solució aquosa, sinó que també afectaran altres propietats d'aplicació de la hidroxipropilmetilcel·lulosa, com ara la retenció d'aigua, la resistència a la flacciditat, etc.
La viscositat de la solució aquosa d'hidroxipropilmetilcel·lulosa gairebé no es veu afectada per àcids i àlcalis, i generalment és estable en el rang de 3 a 11. Pot suportar una certa quantitat d'àcids febles, com ara àcid fòrmic, àcid acètic, àcid fosfòric, àcid bòric, àcid cítric, etc. Tanmateix, l'àcid concentrat reduirà la viscositat. Però la sosa càustica, l'hidròxid de potassi, l'aigua de calç, etc. tenen poc efecte sobre ella. En comparació amb altres èters de cel·lulosa,hidroxipropilmetilcel·lulosaLa solució aquosa té una bona estabilitat antimicrobiana, la raó principal és que la hidroxipropilmetilcel·lulosa té grups hidrofòbics amb un alt grau de substitució i impediment estèric dels grups. Tanmateix, com que la reacció de substitució no sol ser uniforme, la unitat d'anhidroglucosa no substituïda s'erosiona més fàcilment pels microorganismes, cosa que provoca la degradació de les molècules d'èter de cel·lulosa i l'escissió de la cadena. El rendiment és que la viscositat aparent de la solució aquosa disminueix. Si cal emmagatzemar la solució aquosa d'hidroxipropilmetilcel·lulosa durant molt de temps, es recomana afegir una quantitat mínima d'agent antifúngic perquè la viscositat no canviï significativament. A l'hora d'escollir agents antifúngics, conservants o fungicides, cal prestar atenció a la seguretat i triar productes que no siguin tòxics per al cos humà, tinguin propietats estables i siguin inodors, com ara els fungicides AMICAL de DOW Chem, els conservants CANGUARD64, els agents bacterians FUELSAVER i altres productes que poden tenir un paper corresponent.
Data de publicació: 28 d'abril de 2024