Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC)L'hydroxypropylméthylcellulose est un éther mixte de cellulose non ionique et hydrosoluble. Elle se présente sous forme de poudre ou de granulés blancs à légèrement jaunes, insipides, inodores, non toxiques et chimiquement stables. Elle 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 pouvoir épaississant. Cet effet dépend du degré de polymérisation (DP) du produit, de la concentration de l'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 : solution aqueuse d'HPMC
En général, la contrainte d'un fluide en écoulement de cisaillement peut être exprimée uniquement en fonction du taux de cisaillement ƒ(γ), pourvu que ce dernier soit indépendant du temps. Selon la forme de ƒ(γ), les fluides se classent en différentes catégories : 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. Concernant la rhéologie de ces deux types d’éthers de cellulose, SC Naik et al. ont mené une étude comparative exhaustive et systématique sur des solutions d’hydroxyéthylcellulose et de carboxyméthylcellulose sodique. Les résultats ont montré que les solutions d’éthers de cellulose, qu’elles soient non ioniques ou ioniques, présentaient un comportement pseudoplastique. Leurs écoulements, c’est-à-dire non newtoniens, ne se rapprochent de ceux des fluides newtoniens qu’à de très faibles concentrations. La pseudoplasticité des solutions d’hydroxypropylméthylcellulose joue un rôle important dans leurs applications. Par exemple, lors de leur utilisation dans des revêtements, en raison des propriétés rhéofluidifiantes 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 accroît la fluidité du revêtement. Cet effet est considérable ; à l’état stationnaire, la viscosité de la solution reste relativement élevée, ce qui empêche efficacement le dépôt des particules de pigment dans le revêtement.
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Méthode de test 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 viscosité capillaire, la méthode de viscosité rotationnelle et la méthode de la chute de bille.
où : est la viscosité apparente, mPa s ; K est la constante du viscosimètre ; d est la densité de l'échantillon de solution à 20/20 °C ; t est le temps nécessaire à la solution pour passer de la partie supérieure du viscosimètre jusqu'à la marque inférieure, 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 problématique. La viscosité de nombreux fluides est difficile à mesurer.éthers de celluloseCes solutions sont difficiles à analyser à l'aide d'un viscosimètre capillaire car elles contiennent des traces de matières insolubles qui ne sont détectées que lorsque l'appareil est obstrué. C'est pourquoi la plupart des fabricants utilisent des viscosimètres rotatifs pour contrôler la qualité de l'hydroxypropylméthylcellulose. Les viscosimètres Brookfield sont couramment utilisés à l'étranger, tandis que 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 d'une solution d'hydroxypropylméthylcellulose est proportionnelle au degré de polymérisation (DP), à la masse moléculaire ou à la longueur de la chaîne moléculaire, et augmente avec le degré de polymérisation. Cet effet est plus marqué pour les faibles degrés de polymérisation que pour les degrés de polymérisation élevés.
3.2 Relation entre la viscosité et la concentration
La viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose augmente avec sa concentration en solution aqueuse. Même une faible variation de concentration entraîne une variation importante de la viscosité. À viscosité nominale de l'hydroxypropylméthylcellulose, l'influence de la concentration sur la viscosité de la solution est d'autant plus marquée.
3.3 Relation entre la viscosité et le taux de cisaillement
La solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose présente un comportement rhéofluidifiant. Des solutions aqueuses à 2 % d'hydroxypropylméthylcellulose de viscosités nominales différentes ont été préparées, et leur viscosité a été mesurée à différents taux de cisaillement. Les résultats sont présentés sur la figure. À faible taux de cisaillement, la viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose reste relativement stable. Lorsque le taux de cisaillement augmente, la viscosité des solutions d'hydroxypropylméthylcellulose de viscosité nominale la plus élevée diminue plus fortement, tandis que celle des solutions de faible viscosité ne diminue pas significativement.
3.4 Relation entre la viscosité et la température
La viscosité d'une solution d'hydroxypropylméthylcellulose est fortement influencée par la température. Lorsque la température augmente, la viscosité de la solution diminue. Comme illustré sur la figure, une solution aqueuse à 2 % est préparée, et l'évolution de sa viscosité en fonction de la température est mesurée.
3.5 Autres facteurs d'influence
La viscosité d'une solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose est influencée par les additifs présents, le pH et la dégradation microbienne. Pour améliorer la viscosité ou réduire les coûts, il est généralement nécessaire d'ajouter des modificateurs de rhéologie, tels que de l'argile, de l'argile modifiée, de la poudre de polymère, de l'éther d'amidon ou un copolymère aliphatique. Des électrolytes, comme le chlorure, le bromure, le phosphate ou le nitrate, peuvent également être ajoutés. Ces additifs affectent non seulement la viscosité de la solution, mais aussi d'autres propriétés de l'hydroxypropylméthylcellulose, telles que la rétention d'eau et la résistance à l'affaissement.
La viscosité de la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose est quasiment insensible aux acides et aux bases et reste généralement stable entre 3 et 11. Elle supporte certaines concentrations d'acides faibles, tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide phosphorique, l'acide borique, l'acide citrique, etc. En revanche, les acides concentrés diminuent sa viscosité. La soude caustique, l'hydroxyde de potassium, l'eau de chaux, etc., ont quant à eux peu d'effet. Comparée à d'autres éthers de cellulose,hydroxypropylméthylcelluloseLa solution aqueuse présente une bonne stabilité antimicrobienne, principalement grâce à la présence de groupes hydrophobes hautement substitués et à l'encombrement stérique de l'hydroxypropylméthylcellulose. Cependant, la réaction de substitution étant généralement non uniforme, l'unité anhydroglucose non substituée est plus facilement dégradée par les micro-organismes, entraînant la dégradation des molécules d'éther de cellulose et la rupture des chaînes. Il en résulte une diminution de la viscosité apparente de la solution aqueuse. Pour une conservation prolongée de la solution aqueuse d'hydroxypropylméthylcellulose, il est recommandé d'ajouter une faible quantité d'agent antifongique afin de maintenir une viscosité stable. Lors du choix d'agents antifongiques, de conservateurs ou de fongicides, il convient de privilégier les produits non toxiques, stables et inodores, tels que les fongicides AMICAL de DOW Chem, les conservateurs CANGUARD64 et les antibactériens FUELSAVER.
Date de publication : 28 avril 2024