Propiedades de viscosidade da hidroxipropilmetilcelulosa

Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC)é un éter mixto de celulosa non iónico e soluble en auga. A súa aparencia é un po ou material granular de cor branca a lixeiramente amarela, insípido, inodoro, non tóxico, quimicamente estable e que se disolve en auga para formar unha solución suave, transparente e viscosa. Unha das propiedades máis importantes da hidroxipropilmetilcelulosa na súa aplicación é que aumenta a viscosidade do líquido. O efecto espesante depende do grao de polimerización (DP) do produto, da concentración de éter de celulosa na solución acuosa, da velocidade de cizallamento e da temperatura da solución, entre outros factores.

01

Tipo de fluído da solución acuosa de HPMC

En xeral, a tensión dun fluído en fluxo de cizallamento pódese expresar como unha función só da taxa de cizallamento ƒ(γ), sempre que non dependa do tempo. Dependendo da forma de ƒ(γ), os fluídos pódense dividir en diferentes tipos, a saber: fluídos newtonianos, fluídos dilatantes, fluídos pseudoplásticos e fluídos plásticos de Bingham.

Os éteres de celulosa divídense en dúas categorías: unha é éter de celulosa non iónico e a outra é éter de celulosa iónico. Para a reoloxía destes dous tipos de éteres de celulosa, SC Naik et al. realizaron un estudo comparativo exhaustivo e sistemático sobre solucións de hidroxietilcelulosa e carboximetilcelulosa sódica. Os resultados mostraron que tanto as solucións de éter de celulosa non iónico como as solucións de éter de celulosa iónico eran pseudoplásticos. Os fluxos, é dicir, os fluxos non newtonianos, aproxímanse aos líquidos newtonianos só en concentracións moi baixas. A pseudoplasticidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa xoga un papel importante na aplicación. Por exemplo, cando se aplica en revestimentos, debido ás características de dilución por cizallamento das solucións acuosas, a viscosidade da solución diminúe co aumento da velocidade de cizallamento, o que propicia a dispersión uniforme das partículas de pigmento e tamén aumenta a fluidez do revestimento. O efecto é moi grande; mentres está en repouso, a viscosidade da solución é relativamente grande, o que impide eficazmente a deposición de partículas de pigmento no revestimento.

02

Método de proba de viscosidade HPMC

Un indicador importante para medir o efecto espesante da hidroxipropilmetilcelulosa é a viscosidade aparente da solución acuosa. Os métodos de medición da viscosidade aparente adoitan incluír o método da viscosidade capilar, o método da viscosidade rotacional e o método da viscosidade da bóla descendente.

onde: é a viscosidade aparente, mPa s; K é a constante do viscosímetro; d é a densidade da mostra en solución a 20/20 °C; t é o tempo que tarda a solución en pasar pola parte superior do viscosímetro ata a marca inferior, s; Mídese o tempo que o aceite estándar flúe a través do viscosímetro.

Non obstante, o método de medición con viscosímetro capilar é máis problemático. As viscosidades de moitoséteres de celulosason difíciles de analizar cun viscosímetro capilar porque estas solucións conteñen trazas de materia insoluble que só se detectan cando o viscosímetro capilar está bloqueado. Polo tanto, a maioría dos fabricantes usan viscosímetros rotacionais para controlar a calidade da hidroxipropilmetilcelulosa. Os viscosímetros Brookfield úsanse habitualmente en países estranxeiros e os viscosímetros NDJ úsanse na China.

03

Factores que inflúen na viscosidade da HPMC

3.1 Relación co grao de agregación

Cando outros parámetros permanecen inalterados, a viscosidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa é proporcional ao grao de polimerización (DP) ou ao peso molecular ou á lonxitude da cadea molecular, e aumenta co aumento do grao de polimerización. Este efecto é máis pronunciado no caso dun baixo grao de polimerización que no caso dun alto grao de polimerización.

3.2 Relación entre viscosidade e concentración

A viscosidade da hidroxipropilmetilcelulosa aumenta co aumento da concentración do produto na solución acuosa. Mesmo un pequeno cambio de concentración provocará un gran cambio na viscosidade. Coa viscosidade nominal da hidroxipropilmetilcelulosa, o efecto do cambio de concentración da solución na viscosidade da solución é cada vez máis obvio.

3.3 Relación entre a viscosidade e a taxa de cizallamento

A solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa ten a propiedade de diluírse por cizallamento. Prepárase hidroxipropilmetilcelulosa de diferente viscosidade nominal en solución acuosa ao 2 % e mídese a súa viscosidade a diferentes velocidades de cizallamento respectivamente. Os resultados son os seguintes: como se mostra na figura. A baixa velocidade de cizallamento, a viscosidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa non cambiou significativamente. Co aumento da velocidade de cizallamento, a viscosidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa con maior viscosidade nominal diminuíu de forma máis evidente, mentres que a solución con baixa viscosidade non diminuíu de forma evidente.

3.4 Relación entre a viscosidade e a temperatura

A viscosidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa vese moi afectada pola temperatura. A medida que a temperatura aumenta, a viscosidade da solución diminúe. Como se mostra na figura, prepárase nunha solución acuosa cunha concentración do 2 % e mídese o cambio da viscosidade co aumento da temperatura.

3.5 Outros factores de influencia

A viscosidade da solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa tamén se ve afectada polos aditivos na solución, o valor do pH da solución e a degradación microbiana. Normalmente, para obter un mellor rendemento de viscosidade ou reducir o custo de uso, é necesario engadir modificadores reolóxicos, como arxila, arxila modificada, polímero en po, éter de amidón e copolímero alifático, á solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa, e tamén se poden engadir electrolitos como cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, etc. á solución acuosa. Estes aditivos non só afectarán as propiedades de viscosidade da solución acuosa, senón que tamén afectarán outras propiedades de aplicación da hidroxipropilmetilcelulosa, como a retención de auga, a resistencia á flacidez, etc.

A viscosidade da solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa case non se ve afectada por ácidos e álcalis, e xeralmente é estable no rango de 3 a 11. Pode soportar unha certa cantidade de ácidos débiles, como ácido fórmico, ácido acético, ácido fosfórico, ácido bórico, ácido cítrico, etc. Non obstante, o ácido concentrado reducirá a viscosidade. Pero a sosa cáustica, o hidróxido de potasio, a auga de cal, etc. teñen pouco efecto sobre ela. En comparación con outros éteres de celulosa,hidroxipropilmetilcelulosaA solución acuosa ten unha boa estabilidade antimicrobiana, a razón principal é que a hidroxipropilmetilcelulosa ten grupos hidrofóbicos con alto grao de substitución e impedimento estérico dos grupos. Non obstante, dado que a reacción de substitución non adoita ser uniforme, a unidade de anhidroglicosa non substituída é erosionada máis facilmente polos microorganismos, o que resulta na degradación das moléculas de éter de celulosa e na escisión da cadea. O rendemento é que a viscosidade aparente da solución acuosa diminúe. Se é necesario almacenar a solución acuosa de hidroxipropilmetilcelulosa durante moito tempo, recoméndase engadir unha cantidade mínima de axente antifúnxico para que a viscosidade non cambie significativamente. Ao elixir axentes antifúnxicos, conservantes ou funxicidas, debe prestar atención á seguridade e elixir produtos que non sexan tóxicos para o corpo humano, teñan propiedades estables e sexan inodores, como os funxicidas AMICAL de DOW Chem, os conservantes CANGUARD64, os axentes bacterianos FUELSAVER e outros produtos que poden desempeñar un papel correspondente.