Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC)on ioniton, vesiliukoinen selluloosaeetterieetteri. Ulkonäkö on valkoisesta hieman kellertävään jauheeseen tai rakeista materiaalia, mauton, hajuton, myrkytön, kemiallisesti stabiili ja liukenee veteen muodostaen tasaisen, läpinäkyvän ja viskoosin liuoksen. Yksi hydroksipropyylimetyyliselluloosan tärkeimmistä ominaisuuksista käytössä on, että se lisää nesteen viskositeettia. Sakeuttamisvaikutus riippuu tuotteen polymeroitumisasteesta (DP), selluloosaeetterin pitoisuudesta vesiliuoksessa, leikkausnopeudesta ja liuoksen lämpötilasta. Sekä muista tekijöistä.
01
Nestemäinen HPMC-vesiliuos
Yleisesti ottaen nesteen jännitys leikkausvirtauksessa voidaan ilmaista pelkästään leikkausnopeuden ƒ(γ) funktiona, kunhan se ei ole ajasta riippuva. ƒ(γ)-muodon mukaan nesteet voidaan jakaa eri tyyppeihin, nimittäin: Newtonin nesteet, dilatanttinesteet, pseudoplastiset nesteet ja Binghamin plastiset nesteet.
Selluloosaeetterit jaetaan kahteen luokkaan: toinen on ioniton selluloosaeetteri ja toinen on ioninen selluloosaeetteri. Näiden kahden selluloosaeetterityypin reologian tutkimiseksi SC Naik et al. tekivät kattavan ja systemaattisen vertailevan tutkimuksen hydroksietyyliselluloosa- ja natriumkarboksimetyyliselluloosaliuoksista. Tulokset osoittivat, että sekä ionittomat että ioniset selluloosaeetteriluokset olivat pseudoplastisia. Virtaukset eli ei-newtonilaiset virtaukset lähestyvät newtonilaisia nesteitä vain hyvin pieninä pitoisuuksina. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuoksen pseudoplastisuudella on tärkeä rooli levityksessä. Esimerkiksi pinnoitteissa käytettäessä vesiliuosten leikkausohennusominaisuuksien vuoksi liuoksen viskositeetti pienenee leikkausnopeuden kasvaessa, mikä edistää pigmenttihiukkasten tasaista dispersiota ja lisää myös pinnoitteen juoksevuutta. Vaikutus on erittäin suuri; lepotilassa liuoksen viskositeetti on suhteellisen suuri, mikä estää tehokkaasti pigmenttihiukkasten kertymisen pinnoitteeseen.
02
HPMC-viskositeettitestimenetelmä
Tärkeä indikaattori hydroksipropyylimetyyliselluloosan sakeuttamisvaikutuksen mittaamiseksi on vesiliuoksen näennäinen viskositeetti. Näennäisen viskositeetin mittausmenetelmiin kuuluvat yleensä kapillaariviskositeettimenetelmä, pyörimisviskositeettimenetelmä ja putoavan pallon viskositeettimenetelmä.
jossa: on näennäinen viskositeetti, mPa·s; K on viskosimetrivakio; d on liuosnäytteen tiheys 20/20 °C:ssa; t on aika, joka kuluu liuoksen kulkeutumiseen viskosimetrin yläosan läpi alamerkkiin, s; Aika, jonka standardiöljy virtaa viskosimetrin läpi, mitataan.
Kapillaariviskosimetrillä mittausmenetelmä on kuitenkin hankalampi. Monien viskositeetitselluloosaeetteriton vaikea analysoida kapillaariviskosimetrillä, koska nämä liuokset sisältävät pieniä määriä liukenematonta ainetta, joka havaitaan vain, kun kapillaariviskosimetri on tukkeutunut. Siksi useimmat valmistajat käyttävät pyöriviä viskosimetrejä hydroksipropyylimetyyliselluloosan laadun valvomiseen. Brookfield-viskosimetrit ovat yleisesti käytössä ulkomailla ja NDJ-viskosimetrit Kiinassa.
03
HPMC-viskositeettiin vaikuttavat tekijät
3.1 Suhde aggregaatioasteeseen
Kun muut parametrit pysyvät muuttumattomina, hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuoksen viskositeetti on verrannollinen polymeroitumisasteeseen (DP) eli molekyylipainoon tai molekyyliketjun pituuteen ja kasvaa polymeroitumisasteen kasvaessa. Tämä vaikutus on selvempi matalan polymeroitumisasteen kuin korkean polymeroitumisasteen tapauksessa.
3.2 Viskositeetin ja pitoisuuden välinen suhde
Hydroksipropyylimetyyliselluloosan viskositeetti kasvaa tuotteen pitoisuuden kasvaessa vesiliuoksessa. Jopa pieni pitoisuuden muutos aiheuttaa suuren muutoksen viskositeetissa. Hydroksipropyylimetyyliselluloosan nimellisviskositeetin kanssa liuoksen pitoisuuden muutoksen vaikutus liuoksen viskositeettiin on yhä selvempi.
3.3 Viskositeetin ja leikkausnopeuden välinen suhde
Hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuoksella on leikkausohennusominaisuus. Eri nimellisviskositeetin omaavista hydroksipropyylimetyyliselluloosasta valmistetaan 2-prosenttinen vesiliuos, ja sen viskositeetti mitataan vastaavasti eri leikkausnopeuksilla. Tulokset ovat seuraavat: Kuten kuvassa on esitetty. Alhaisella leikkausnopeudella hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuoksen viskositeetti ei muuttunut merkittävästi. Leikkausnopeuden kasvaessa korkeamman nimellisviskositeetin omaavan hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuoksen viskositeetti laski selvemmin, kun taas matalan viskositeetin omaavan liuoksen viskositeetti ei laskenut merkittävästi.
3.4 Viskositeetin ja lämpötilan välinen suhde
Hydroksipropyylimetyyliselluloosaliuoksen viskositeettiin vaikuttaa suuresti lämpötila. Lämpötilan noustessa liuoksen viskositeetti laskee. Kuten kuvassa on esitetty, siitä valmistetaan 2 %:n pitoisuus vesiliuos ja mitataan viskositeetin muutos lämpötilan noustessa.
3.5 Muut vaikuttavat tekijät
Hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuoksen viskositeettiin vaikuttavat myös liuoksen lisäaineet, liuoksen pH-arvo ja mikrobien hajoaminen. Yleensä viskositeetin parantamiseksi tai käyttökustannusten alentamiseksi on hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuokseen lisättävä reologiaa modifioivia aineita, kuten savea, modifioitua savea, polymeerijauhetta, tärkkelyseetteriä ja alifaattista kopolymeeriä. Vesiliuokseen voidaan lisätä myös elektrolyyttejä, kuten kloridia, bromidia, fosfaattia, nitraattia jne. Nämä lisäaineet eivät ainoastaan vaikuta vesiliuoksen viskositeettiominaisuuksiin, vaan myös muihin hydroksipropyylimetyyliselluloosan käyttöominaisuuksiin, kuten vedenpidätyskykyyn ja valumattomuuden vastustuskykyyn.
Hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuoksen viskositeettiin happo ja emäs eivät juurikaan vaikuta, ja se on yleensä vakaa välillä 3–11. Se kestää tietyn määrän heikkoja happoja, kuten muurahaishappoa, etikkahappoa, fosforihappoa, boorihappoa, sitruunahappoa jne. Väkevä happo kuitenkin vähentää viskositeettia. Kaustisella soodalla, kaliumhydroksidilla, kalkkivedellä jne. on kuitenkin vain vähän vaikutusta siihen. Verrattuna muihin selluloosaeettereisiin,hydroksipropyylimetyyliselluloosaVesiliuoksella on hyvä antimikrobinen kestävyys, tärkein syy on se, että hydroksipropyylimetyyliselluloosassa on hydrofobisia ryhmiä, joilla on korkea substituutioaste ja ryhmien steerinen este. Koska substituutioreaktio ei kuitenkaan yleensä ole tasainen, mikro-organismit hajottavat helpoimmin substituoimattoman anhydroglukoosiyksikön, mikä johtaa selluloosaeetterimolekyylien hajoamiseen ja ketjun katkeamiseen. Tämä johtuu siitä, että vesiliuoksen näennäinen viskositeetti laskee. Jos hydroksipropyylimetyyliselluloosan vesiliuosta on tarpeen säilyttää pitkään, on suositeltavaa lisätä pieni määrä sienilääkettä, jotta viskositeetti ei muutu merkittävästi. Sienilääkeaineita, säilöntäaineita tai sienitautien torjunta-aineita valittaessa on kiinnitettävä huomiota turvallisuuteen ja valittava tuotteita, jotka eivät ole myrkyllisiä ihmiskeholle, joilla on vakaat ominaisuudet ja jotka ovat hajuttomia, kuten DOW Chemin AMICAL-sienitautien torjunta-aineet, CANGUARD64-säilöntäaineet, FUELSAVER-bakteerien torjunta-aineet ja muut tuotteet, jotka voivat toimia vastaavassa roolissa.
Julkaisun aika: 28.4.2024