Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC)je neiontový, ve vodě rozpustný směsný ether celulózy. Má bílý až slabě žlutý prášek nebo granulovaný materiál, bez chuti a zápachu, netoxický, chemicky stabilní a rozpouští se ve vodě za vzniku hladkého, průhledného a viskózního roztoku. Jednou z nejdůležitějších vlastností hydroxypropylmethylcelulózy při aplikaci je, že zvyšuje viskozitu kapaliny. Zahušťovací účinek závisí na stupni polymerace (DP) produktu, koncentraci etheru celulózy ve vodném roztoku, smykové rychlosti a teplotě roztoku. A dalších faktorech.
01
Tekutý typ vodného roztoku HPMC
Obecně lze napětí v tekutině ve smykovém proudění vyjádřit pouze jako funkci smykové rychlosti ƒ(γ), pokud není časově závislá. V závislosti na tvaru ƒ(γ) lze tekutiny rozdělit na různé typy, a to: newtonovské tekutiny, dilatační tekutiny, pseudoplastické tekutiny a Binghamovy plastické tekutiny.
Ethery celulózy se dělí do dvou kategorií: jedna je neiontový ether celulózy a druhá je iontový ether celulózy. Pokud jde o reologii těchto dvou typů etherů celulózy, SC Naik a kol. provedli komplexní a systematickou srovnávací studii roztoků hydroxyethylcelulózy a sodné soli karboxymethylcelulózy. Výsledky ukázaly, že jak neiontové, tak i iontové roztoky etheru celulózy byly pseudoplastické. Toky, tj. nenewtonovské toky, se blíží newtonovským kapalinám pouze při velmi nízkých koncentracích. Pseudoplasticita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy hraje důležitou roli při aplikaci. Například při aplikaci v nátěrech se v důsledku smykových vlastností vodných roztoků viskozita roztoku snižuje se zvyšující se smykovou rychlostí, což přispívá k rovnoměrnému rozptýlení pigmentových částic a také zvyšuje tekutost nátěru. Účinek je velmi velký; v klidu je viskozita roztoku relativně vysoká, což účinně zabraňuje usazování pigmentových částic v nátěru.
02
Metoda testování viskozity HPMC
Důležitým ukazatelem pro měření zahušťovacího účinku hydroxypropylmethylcelulózy je zdánlivá viskozita vodného roztoku. Metody měření zdánlivé viskozity obvykle zahrnují metodu kapilární viskozity, metodu rotační viskozity a metodu viskozity padající kuličky.
kde: je zdánlivá viskozita, mPa s; K je konstanta viskozimetru; d je hustota vzorku roztoku při 20/20 °C; t je doba, za kterou roztok protéká horní částí viskozimetru ke spodní značce, s; Měří se doba, po kterou standardní olej protéká viskozimetrem.
Metoda měření kapilárním viskozimetrem je však obtížnější. Viskozity mnohaétery celulózyje obtížné analyzovat pomocí kapilárního viskozimetru, protože tyto roztoky obsahují stopová množství nerozpustných látek, které jsou detekovatelné pouze při zablokování kapilárního viskozimetru. Většina výrobců proto používá ke kontrole kvality hydroxypropylmethylcelulózy rotační viskozimetry. V zahraničí se běžně používají viskozimetry Brookfield a v Číně viskozimetry NDJ.
03
Faktory ovlivňující viskozitu HPMC
3.1 Vztah ke stupni agregace
Pokud ostatní parametry zůstanou nezměněny, je viskozita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy úměrná stupni polymerace (DP) nebo molekulové hmotnosti či délce molekulového řetězce a zvyšuje se se zvyšujícím se stupněm polymerace. Tento efekt je výraznější v případě nízkého stupně polymerace než v případě vysokého stupně polymerace.
3.2 Vztah mezi viskozitou a koncentrací
Viskozita hydroxypropylmethylcelulózy se zvyšuje se zvyšující se koncentrací produktu ve vodném roztoku. I malá změna koncentrace způsobí velkou změnu viskozity. U nominální viskozity hydroxypropylmethylcelulózy je vliv změny koncentrace roztoku na viskozitu roztoku stále zřetelnější.
3.3 Vztah mezi viskozitou a smykovou rychlostí
Vodný roztok hydroxypropylmethylcelulózy má vlastnost ztenčování ve smyku. Hydroxypropylmethylcelulóza s různou nominální viskozitou se připraví do 2% vodného roztoku a jeho viskozita se změří při různých smykových rychlostech. Výsledky jsou následující, jak je znázorněno na obrázku. Při nízké smykové rychlosti se viskozita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy významně nezměnila. Se zvyšující se smykovou rychlostí se viskozita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy s vyšší nominální viskozitou výrazněji snížila, zatímco u roztoku s nízkou viskozitou se výrazně nesnížila.
3.4 Vztah mezi viskozitou a teplotou
Viskozita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy je výrazně ovlivněna teplotou. S rostoucí teplotou viskozita roztoku klesá. Jak je znázorněno na obrázku, je připraven vodný roztok s koncentrací 2 % a je měřena změna viskozity se zvyšující se teplotou.
3.5 Další ovlivňující faktory
Viskozita vodného roztoku hydroxypropylmethylcelulózy je také ovlivněna přísadami v roztoku, hodnotou pH roztoku a mikrobiální degradací. Obvykle je pro dosažení lepší viskozity nebo snížení nákladů na použití nutné přidat do vodného roztoku hydroxypropylmethylcelulózy modifikátory reologie, jako je jíl, modifikovaný jíl, polymerní prášek, škrobový ether a alifatický kopolymer. Do vodného roztoku lze také přidat elektrolyty, jako je chlorid, bromid, fosfát, dusičnan atd. Tyto přísady ovlivní nejen viskozitní vlastnosti vodného roztoku, ale také další aplikační vlastnosti hydroxypropylmethylcelulózy, jako je zadržování vody, odolnost proti stékání atd.
Viskozita vodného roztoku hydroxypropylmethylcelulózy není téměř ovlivněna kyselinami a zásadami a je obecně stabilní v rozmezí 3 až 11. Může odolat určitému množství slabých kyselin, jako je kyselina mravenčí, kyselina octová, kyselina fosforečná, kyselina boritá, kyselina citronová atd. Koncentrovaná kyselina však viskozitu snižuje. Louh sodný, hydroxid draselný, vápenná voda atd. na ni však mají malý vliv. Ve srovnání s jinými ethery celulózy,hydroxypropylmethylcelulózaVodný roztok má dobrou antimikrobiální stabilitu, hlavním důvodem je, že hydroxypropylmethylcelulóza má hydrofobní skupiny s vysokým stupněm substituce a sterickou zábranou skupin. Protože však substituční reakce obvykle není rovnoměrná, nesubstituovaná anhydroglukózová jednotka je mikroorganismy nejsnáze erodována, což vede k degradaci molekul etheru celulózy a štěpení řetězce. Výsledek spočívá v tom, že se zdánlivá viskozita vodného roztoku snižuje. Pokud je nutné vodný roztok hydroxypropylmethylcelulózy skladovat po dlouhou dobu, doporučuje se přidat stopové množství antimykotika, aby se viskozita významně nezměnila. Při výběru antimykotika, konzervačních látek nebo fungicidů je třeba dbát na bezpečnost a volit produkty, které nejsou toxické pro lidské tělo, mají stabilní vlastnosti a jsou bez zápachu, jako jsou fungicidy AMICAL od DOW Chem, konzervační látky CANGUARD64, bakteriální činidla FUELSAVER a další produkty, které mohou hrát odpovídající roli.
Čas zveřejnění: 28. dubna 2024