Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC)C'est un éther de cellulose mixte non ionique et hydrosoluble. Il se présente sous forme de poudre ou de granulés blancs à légèrement jaunes, sans goût, sans odeur, non toxique, chimiquement stable et se dissout dans l'eau pour former une solution lisse, transparente et visqueuse. L'une des propriétés les plus importantes de l'hydroxypropylméthylcellulose est son augmentation de la viscosité des liquides. L'effet épaississant dépend du degré de polymérisation (DP) du produit, de la concentration en éther de cellulose dans la solution aqueuse, du taux de cisaillement et de la température de la solution. Entre autres facteurs.
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Type de fluide de solution aqueuse HPMC
En général, la contrainte d'un fluide en écoulement cisaillement peut être exprimée en fonction du seul taux de cisaillement ƒ(γ), à condition qu'elle ne dépende pas du temps. Selon la forme de ƒ(γ), les fluides peuvent être classés en différents types : fluides newtoniens, fluides dilatants, fluides pseudoplastiques et fluides plastiques de Bingham.
Les éthers de cellulose se divisent en deux catégories : les éthers de cellulose non ioniques et les éthers de cellulose ioniques. S.C. Naik et al. ont mené une étude comparative complète et systématique sur les solutions d'hydroxyéthylcellulose et de carboxyméthylcellulose sodique pour étudier la rhéologie de ces deux types d'éthers. Les résultats ont montré que les solutions d'éther de cellulose non ioniques et ioniques étaient pseudoplastiques. Les écoulements, c'est-à-dire non newtoniens, ne se rapprochent des liquides newtoniens qu'à de très faibles concentrations. La pseudoplasticité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose joue un rôle important dans son application. Par exemple, lorsqu'elle est appliquée dans des revêtements, en raison des caractéristiques de fluidification par cisaillement des solutions aqueuses, la viscosité de la solution diminue avec l'augmentation du taux de cisaillement, ce qui favorise la dispersion uniforme des particules de pigment et augmente la fluidité du revêtement. L'effet est très important ; au repos, la viscosité de la solution est relativement importante, ce qui empêche efficacement le dépôt de particules de pigment dans le revêtement.
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Méthode d'essai de viscosité HPMC
Un indicateur important pour mesurer l'effet épaississant de l'hydroxypropylméthylcellulose est la viscosité apparente de la solution aqueuse. Les méthodes de mesure de la viscosité apparente comprennent généralement la méthode de la viscosité capillaire, la méthode de la viscosité rotationnelle et la méthode de la viscosité à chute de bille.
où : est la viscosité apparente, mPa.s ; K est la constante du viscosimètre ; d est la masse volumique de l'échantillon de solution à 20/20°C ; t est le temps nécessaire à la solution pour passer à travers la partie supérieure du viscosimètre jusqu'au repère inférieur, s ; Le temps pendant lequel l'huile standard s'écoule à travers le viscosimètre est mesuré.
Cependant, la méthode de mesure par viscosimètre capillaire est plus complexe. Les viscosités de nombreuxéthers de cellulosesont difficiles à analyser à l'aide d'un viscosimètre capillaire, car ces solutions contiennent des traces de matières insolubles, qui ne sont détectées que lorsque le viscosimètre capillaire est obstrué. Par conséquent, la plupart des fabricants utilisent des viscosimètres rotatifs pour contrôler la qualité de l'hydroxypropylméthylcellulose. Les viscosimètres Brookfield sont couramment utilisés à l'étranger, et les viscosimètres NDJ sont utilisés en Chine.
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Facteurs influençant la viscosité de l'HPMC
3.1 Relation avec le degré d'agrégation
Lorsque les autres paramètres restent inchangés, la viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose est proportionnelle au degré de polymérisation (DP), au poids moléculaire ou à la longueur de la chaîne moléculaire, et augmente avec le degré de polymérisation. Cet effet est plus prononcé en cas de faible degré de polymérisation qu'en cas de degré de polymérisation élevé.
3.2 Relation entre la viscosité et la concentration
La viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose augmente avec la concentration du produit dans la solution aqueuse. Même une faible variation de concentration entraîne une variation importante de la viscosité. Avec la viscosité nominale de l'hydroxypropylméthylcellulose, l'effet d'une variation de concentration sur la viscosité de la solution est de plus en plus évident.
3.3 Relation entre la viscosité et le taux de cisaillement
La solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose présente la propriété de fluidifier par cisaillement. Des solutions d'hydroxypropylméthylcellulose de différentes viscosités nominales ont été préparées en solution aqueuse à 2 % et leur viscosité a été mesurée à différents taux de cisaillement. Les résultats sont les suivants : comme le montre la figure. À faible taux de cisaillement, la viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose n'a pas significativement varié. Avec l'augmentation du taux de cisaillement, la viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose de viscosité nominale plus élevée a diminué de manière plus marquée, tandis que celle de la solution de faible viscosité n'a pas diminué de manière significative.
3.4 Relation entre la viscosité et la température
La viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose est fortement influencée par la température. Plus la température augmente, plus la viscosité de la solution diminue. Comme le montre la figure, la solution est préparée en solution aqueuse à une concentration de 2 % et l'évolution de la viscosité avec la température est mesurée.
3.5 Autres facteurs d'influence
La viscosité de la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose est également affectée par les additifs présents, le pH et la dégradation microbienne. Pour obtenir une meilleure viscosité ou réduire les coûts d'utilisation, il est généralement nécessaire d'ajouter à la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose des modificateurs de rhéologie tels que l'argile, l'argile modifiée, la poudre de polymère, l'éther d'amidon et le copolymère aliphatique. Des électrolytes tels que le chlorure, le bromure, le phosphate, le nitrate, etc. peuvent également être ajoutés à la solution aqueuse. Ces additifs affectent non seulement la viscosité de la solution aqueuse, mais également d'autres propriétés d'application de l'hydroxypropylméthylcellulose, telles que la rétention d'eau, la résistance à l'affaissement, etc.
La viscosité de la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose est quasiment insensible aux acides et aux bases, et est généralement stable entre 3 et 11. Elle résiste à une certaine quantité d'acides faibles, tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide phosphorique, l'acide borique, l'acide citrique, etc. Cependant, un acide concentré réduit la viscosité. En revanche, la soude caustique, l'hydroxyde de potassium et l'eau de chaux, etc., ont peu d'effet sur elle. Comparativement aux autres éthers de cellulose,hydroxypropylméthylcelluloseLa solution aqueuse présente une bonne stabilité antimicrobienne, principalement due à la présence de groupes hydrophobes à fort degré de substitution et d'encombrement stérique. Cependant, la réaction de substitution n'étant généralement pas uniforme, l'unité anhydroglucose non substituée est plus facilement érodée par les micro-organismes, ce qui entraîne la dégradation des molécules d'éther de cellulose et la rupture de la chaîne. La viscosité apparente de la solution aqueuse diminue. En cas de stockage prolongé de la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose, il est recommandé d'ajouter une trace d'agent antifongique afin de limiter les variations de viscosité. Lors du choix des agents antifongiques, conservateurs ou fongicides, il convient de veiller à la sécurité et de privilégier des produits non toxiques pour l'organisme, aux propriétés stables et inodores, tels que les fongicides AMICAL de DOW Chem, les conservateurs CANGUARD64 et les agents antibactériens FUELSAVER.
Date de publication : 28 avril 2024