هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)یک اتر مخلوط سلولزی غیر یونی و محلول در آب است. ظاهر آن پودر یا ماده دانهای سفید تا کمی زرد، بیمزه، بیبو، غیرسمی، از نظر شیمیایی پایدار است و در آب حل میشود تا محلولی صاف، شفاف و چسبناک تشکیل دهد. یکی از مهمترین خواص هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در کاربرد این است که ویسکوزیته مایع را افزایش میدهد. اثر غلیظکنندگی به درجه پلیمریزاسیون (DP) محصول، غلظت اتر سلولز در محلول آبی، سرعت برشی و دمای محلول و سایر عوامل بستگی دارد.
01
نوع سیال محلول آبی HPMC
به طور کلی، تنش یک سیال در جریان برشی را میتوان تنها به عنوان تابعی از نرخ برش ƒ(γ) بیان کرد، تا زمانی که وابسته به زمان نباشد. بسته به شکل ƒ(γ)، سیالات را میتوان به انواع مختلفی تقسیم کرد، یعنی: سیالات نیوتنی، سیالات دیلاتانت، سیالات شبهپلاستیک و سیالات پلاستیک بینگهام.
اترهای سلولزی به دو دسته تقسیم میشوند: یکی اتر سلولز غیر یونی و دیگری اتر سلولز یونی. برای بررسی رئولوژی این دو نوع اترهای سلولزی، SC Naik و همکارانش یک مطالعه مقایسهای جامع و سیستماتیک روی محلولهای هیدروکسی اتیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل سلولز انجام دادند. نتایج نشان داد که هم محلولهای اتر سلولز غیر یونی و هم محلولهای اتر سلولز یونی، شبهپلاستیک بودند. جریانها، یعنی جریانهای غیر نیوتنی، فقط در غلظتهای بسیار کم به مایعات نیوتنی نزدیک میشوند. شبهپلاستیکی محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نقش مهمی در کاربرد دارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده در پوششها، به دلیل ویژگیهای رقیقشوندگی برشی محلولهای آبی، ویسکوزیته محلول با افزایش سرعت برشی کاهش مییابد که منجر به پراکندگی یکنواخت ذرات رنگدانه میشود و همچنین سیالیت پوشش را افزایش میدهد. این اثر بسیار زیاد است. در حالت سکون، ویسکوزیته محلول نسبتاً زیاد است که به طور مؤثر از رسوب ذرات رنگدانه در پوشش جلوگیری میکند.
02
روش تست ویسکوزیته HPMC
یک شاخص مهم برای اندازهگیری اثر غلیظکنندگی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، ویسکوزیته ظاهری محلول آبی است. روشهای اندازهگیری ویسکوزیته ظاهری معمولاً شامل روش ویسکوزیته مویینگی، روش ویسکوزیته چرخشی و روش ویسکوزیته گوی در حال سقوط است.
که در آن: ویسکوزیته ظاهری، mPa s؛ K ثابت ویسکومتر؛ d چگالی نمونه محلول در دمای 20/20 درجه سانتیگراد؛ t زمان عبور محلول از قسمت بالایی ویسکومتر تا علامت پایین، s؛ مدت زمانی که روغن استاندارد از ویسکومتر عبور میکند، اندازهگیری میشود.
با این حال، روش اندازهگیری با ویسکومتر مویین دردسرسازتر است. ویسکوزیته بسیاری ازاترهای سلولزیتجزیه و تحلیل آنها با استفاده از ویسکومتر مویین دشوار است زیرا این محلولها حاوی مقادیر ناچیزی از مواد نامحلول هستند که تنها زمانی که ویسکومتر مویین مسدود میشود، شناسایی میشوند. بنابراین، اکثر تولیدکنندگان از ویسکومترهای چرخشی برای کنترل کیفیت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز استفاده میکنند. ویسکومترهای بروکفیلد معمولاً در کشورهای خارجی و ویسکومترهای NDJ در چین استفاده میشوند.
03
عوامل مؤثر بر ویسکوزیته HPMC
۳.۱ رابطه با درجه تجمع
وقتی سایر پارامترها بدون تغییر باقی بمانند، ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز متناسب با درجه پلیمریزاسیون (DP) یا وزن مولکولی یا طول زنجیره مولکولی است و با افزایش درجه پلیمریزاسیون افزایش مییابد. این اثر در مورد درجه پلیمریزاسیون پایین نسبت به درجه پلیمریزاسیون بالا بارزتر است.
۳.۲ رابطه بین ویسکوزیته و غلظت
ویسکوزیته هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با افزایش غلظت محصول در محلول آبی افزایش مییابد. حتی تغییر غلظت اندک باعث تغییر زیادی در ویسکوزیته میشود. با ویسکوزیته اسمی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، تأثیر تغییر غلظت محلول بر ویسکوزیته محلول بیشتر و بیشتر آشکار میشود.
۳.۳ رابطه بین ویسکوزیته و سرعت برشی
محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز خاصیت رقیق شوندگی برشی دارد. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با ویسکوزیته اسمی مختلف در محلول آبی 2% تهیه شده و ویسکوزیته آن در سرعتهای برشی مختلف به ترتیب اندازهگیری شده است. نتایج به شرح زیر است: همانطور که در شکل نشان داده شده است. در سرعت برشی پایین، ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تغییر قابل توجهی نکرد. با افزایش سرعت برشی، ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز با ویسکوزیته اسمی بالاتر به طور واضحتری کاهش یافت، در حالی که محلول با ویسکوزیته پایین کاهش واضحی نداشت.
۳.۴ رابطه بین ویسکوزیته و دما
ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به شدت تحت تأثیر دما قرار دارد. با افزایش دما، ویسکوزیته محلول کاهش مییابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، آن را در یک محلول آبی با غلظت ۲٪ آماده کرده و تغییر ویسکوزیته را با افزایش دما اندازهگیری میکنند.
۳.۵ سایر عوامل مؤثر
ویسکوزیته محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نیز تحت تأثیر افزودنیهای موجود در محلول، مقدار pH محلول و تخریب میکروبی قرار میگیرد. معمولاً برای دستیابی به عملکرد ویسکوزیته بهتر یا کاهش هزینه استفاده، لازم است اصلاحکنندههای رئولوژی مانند خاک رس، خاک رس اصلاحشده، پودر پلیمر، اتر نشاسته و کوپلیمر آلیفاتیک به محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اضافه شود و الکترولیتهایی مانند کلرید، برمید، فسفات، نیترات و غیره نیز میتوانند به محلول آبی اضافه شوند. این افزودنیها نه تنها بر خواص ویسکوزیته محلول آبی تأثیر میگذارند، بلکه بر سایر خواص کاربردی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز مانند احتباس آب، مقاومت در برابر شره و غیره نیز تأثیر میگذارند.
ویسکوزیته محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تقریباً تحت تأثیر اسید و قلیا قرار نمیگیرد و عموماً در محدوده 3 تا 11 پایدار است. میتواند مقدار مشخصی از اسیدهای ضعیف مانند اسید فرمیک، اسید استیک، اسید فسفریک، اسید بوریک، اسید سیتریک و غیره را تحمل کند. با این حال، اسید غلیظ ویسکوزیته را کاهش میدهد. اما سود سوزآور، هیدروکسید پتاسیم، آب آهک و غیره تأثیر کمی بر آن دارند. در مقایسه با سایر اترهای سلولزی،هیدروکسی پروپیل متیل سلولزمحلول آبی پایداری ضدمیکروبی خوبی دارد، دلیل اصلی این است که هیدروکسی پروپیل متیل سلولز دارای گروههای آبگریز با درجه بالای جایگزینی و ممانعت فضایی گروهها است. با این حال، از آنجایی که واکنش جایگزینی معمولاً یکنواخت نیست، واحد انیدروگلوکز جایگزین نشده به راحتی توسط میکروارگانیسمها فرسایش مییابد و در نتیجه باعث تخریب مولکولهای اتر سلولز و برش زنجیره میشود. عملکرد این است که ویسکوزیته ظاهری محلول آبی کاهش مییابد. اگر لازم است محلول آبی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز را برای مدت طولانی نگهداری کنید، توصیه میشود مقدار کمی ماده ضد قارچ اضافه کنید تا ویسکوزیته به طور قابل توجهی تغییر نکند. هنگام انتخاب مواد ضد قارچ، مواد نگهدارنده یا قارچکش، باید به ایمنی توجه کنید و محصولاتی را انتخاب کنید که برای بدن انسان سمی نباشند، خواص پایداری داشته باشند و بدون بو باشند، مانند قارچکشهای AMICAL شرکت DOW Chem، مواد نگهدارنده CANGUARD64، عوامل ضد باکتری FUELSAVER و سایر محصولات. میتوانند نقش متناظری ایفا کنند.
زمان ارسال: ۲۸ آوریل ۲۰۲۴