Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC)Es un éter mixto de celulosa no iónico y soluble en agua. Se presenta como un polvo o material granular de color blanco a ligeramente amarillo, insípido, inodoro, no tóxico, químicamente estable y se disuelve en agua formando una solución suave, transparente y viscosa. Una de las propiedades más importantes de la hidroxipropilmetilcelulosa en su aplicación es que aumenta la viscosidad del líquido. El efecto espesante depende del grado de polimerización (DP) del producto, la concentración de éter de celulosa en la solución acuosa, la velocidad de cizallamiento y la temperatura de la solución, entre otros factores.
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Tipo de fluido de solución acuosa de HPMC
En general, la tensión de un fluido en flujo de cizallamiento puede expresarse como una función únicamente de la velocidad de cizallamiento ƒ(γ), siempre que no dependa del tiempo. Según la forma de ƒ(γ), los fluidos se pueden clasificar en diferentes tipos: fluidos newtonianos, fluidos dilatantes, fluidos pseudoplásticos y fluidos plásticos de Bingham.
Los éteres de celulosa se dividen en dos categorías: éteres de celulosa no iónicos y éteres de celulosa iónicos. Para estudiar la reología de estos dos tipos de éteres de celulosa, SC Naik et al. realizaron un estudio comparativo exhaustivo y sistemático sobre soluciones de hidroxietilcelulosa y carboximetilcelulosa sódica. Los resultados mostraron que tanto las soluciones de éteres de celulosa no iónicos como las iónicas presentaban pseudoplasticidad. Los flujos, es decir, los flujos no newtonianos, se aproximan a los líquidos newtonianos solo a concentraciones muy bajas. La pseudoplasticidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa desempeña un papel importante en su aplicación. Por ejemplo, cuando se aplica en recubrimientos, debido a las características de adelgazamiento por cizallamiento de las soluciones acuosas, la viscosidad de la solución disminuye con el aumento de la velocidad de cizallamiento, lo que favorece la dispersión uniforme de las partículas de pigmento y también aumenta la fluidez del recubrimiento. El efecto es muy significativo; mientras que en reposo, la viscosidad de la solución es relativamente alta, lo que previene eficazmente la deposición de partículas de pigmento en el recubrimiento.
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Método de prueba de viscosidad de HPMC
Un indicador importante para medir el efecto espesante de la hidroxipropilmetilcelulosa es la viscosidad aparente de la solución acuosa. Los métodos de medición de la viscosidad aparente suelen incluir el método de viscosidad capilar, el método de viscosidad rotacional y el método de viscosidad de la bola descendente.
donde: es la viscosidad aparente, mPa s; K es la constante del viscosímetro; d es la densidad de la muestra de solución a 20/20 °C; t es el tiempo que tarda la solución en pasar por la parte superior del viscosímetro hasta la marca inferior, s; Se mide el tiempo que el aceite estándar fluye a través del viscosímetro.
Sin embargo, el método de medición mediante viscosímetro capilar es más problemático. Las viscosidades de muchoséteres de celulosaEstas soluciones son difíciles de analizar con un viscosímetro capilar, ya que contienen trazas de materia insoluble que solo se detectan cuando el viscosímetro está obstruido. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes utilizan viscosímetros rotacionales para controlar la calidad de la hidroxipropilmetilcelulosa. Los viscosímetros Brookfield se utilizan comúnmente en el extranjero, mientras que los viscosímetros NDJ se utilizan en China.
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Factores que influyen en la viscosidad de la HPMC
3.1 Relación con el grado de agregación
Cuando los demás parámetros permanecen constantes, la viscosidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa es proporcional al grado de polimerización (DP), al peso molecular o a la longitud de la cadena molecular, y aumenta con el incremento del grado de polimerización. Este efecto es más pronunciado en el caso de un bajo grado de polimerización que en el de un alto grado de polimerización.
3.2 Relación entre viscosidad y concentración
La viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa aumenta con el incremento de su concentración en la solución acuosa. Incluso una pequeña variación en la concentración provoca un cambio significativo en la viscosidad. Con la viscosidad nominal de la hidroxipropilmetilcelulosa, el efecto de la variación de la concentración en la solución sobre su viscosidad se hace cada vez más evidente.
3.3 Relación entre viscosidad y velocidad de cizallamiento
La solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa presenta propiedades de adelgazamiento por cizallamiento. Se preparó una solución acuosa al 2% de hidroxipropilmetilcelulosa con diferentes viscosidades nominales y se midió su viscosidad a diferentes velocidades de cizallamiento. Los resultados se muestran en la figura. A baja velocidad de cizallamiento, la viscosidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa no varió significativamente. Al aumentar la velocidad de cizallamiento, la viscosidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa con mayor viscosidad nominal disminuyó de forma más evidente, mientras que la solución con baja viscosidad no experimentó una disminución significativa.
3.4 Relación entre viscosidad y temperatura
La viscosidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa se ve muy afectada por la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de la solución disminuye. Como se muestra en la figura, se prepara una solución acuosa con una concentración del 2% y se mide la variación de la viscosidad con el aumento de la temperatura.
3.5 Otros factores influyentes
La viscosidad de la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa también se ve afectada por los aditivos presentes en la solución, el pH y la degradación microbiana. Generalmente, para obtener una mejor viscosidad o reducir el costo de uso, es necesario agregar modificadores de reología, como arcilla, arcilla modificada, polvo de polímero, éter de almidón y copolímero alifático, a la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa. También se pueden agregar electrolitos como cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, etc. Estos aditivos no solo afectan las propiedades de viscosidad de la solución acuosa, sino también otras propiedades de aplicación de la hidroxipropilmetilcelulosa, como la retención de agua y la resistencia al descuelgue.
La viscosidad de la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa casi no se ve afectada por ácidos y álcalis, y generalmente es estable en el rango de 3 a 11. Puede soportar cierta cantidad de ácidos débiles, como ácido fórmico, ácido acético, ácido fosfórico, ácido bórico, ácido cítrico, etc. Sin embargo, el ácido concentrado reducirá la viscosidad. Pero la sosa cáustica, el hidróxido de potasio, el agua de cal, etc., tienen poco efecto sobre ella. En comparación con otros éteres de celulosa,hidroxipropilmetilcelulosaLa solución acuosa tiene buena estabilidad antimicrobiana, la razón principal es que la hidroxipropilmetilcelulosa tiene grupos hidrofóbicos con un alto grado de sustitución y un impedimento estérico de los grupos. Sin embargo, dado que la reacción de sustitución generalmente no es uniforme, la unidad de anhidroglucosa no sustituida es la más fácilmente erosionada por los microorganismos, lo que resulta en la degradación de las moléculas de éter de celulosa y la escisión de la cadena. El rendimiento es que la viscosidad aparente de la solución acuosa disminuye. Si es necesario almacenar la solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa durante un tiempo prolongado, se recomienda agregar una cantidad traza de agente antifúngico para que la viscosidad no cambie significativamente. Al elegir agentes antifúngicos, conservantes o fungicidas, debe prestar atención a la seguridad y elegir productos que no sean tóxicos para el cuerpo humano, tengan propiedades estables y sean inodoros, como los fungicidas AMICAL de DOW Chem, los conservantes CANGUARD64, los agentes bacterianos FUELSAVER y otros productos que pueden desempeñar una función correspondiente.
Fecha de publicación: 28 de abril de 2024