हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज के श्यानता गुणधर्म

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (एचपीएमसी)हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज एक गैर-आयनिक, जल में घुलनशील सेलुलोज मिश्रित ईथर है। यह सफेद से हल्के पीले रंग के पाउडर या दानेदार पदार्थ के रूप में दिखाई देता है, स्वादहीन, गंधहीन, गैर-विषाक्त, रासायनिक रूप से स्थिर होता है और पानी में घुलने पर एक चिकना, पारदर्शी और गाढ़ा घोल बनाता है। अनुप्रयोग में हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज का एक सबसे महत्वपूर्ण गुण यह है कि यह तरल की चिपचिपाहट को बढ़ाता है। गाढ़ापन बढ़ाने का प्रभाव उत्पाद के बहुलकीकरण की डिग्री (डीपी), जलीय घोल में सेलुलोज ईथर की सांद्रता, अपरूपण दर और घोल के तापमान जैसे कारकों पर निर्भर करता है।

01

एचपीएमसी जलीय विलयन का तरल प्रकार

सामान्यतः, अपरूपण प्रवाह में द्रव के तनाव को केवल अपरूपण दर ƒ(γ) के फलन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, बशर्ते यह समय पर निर्भर न हो। ƒ(γ) के स्वरूप के आधार पर द्रवों को विभिन्न प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, जैसे: न्यूटोनियन द्रव, विक्षेपणशील द्रव, छद्मप्लास्टिक द्रव और बिंघम प्लास्टिक द्रव।

सेल्युलोज ईथर को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: एक गैर-आयनिक सेल्युलोज ईथर और दूसरा आयनिक सेल्युलोज ईथर। इन दोनों प्रकार के सेल्युलोज ईथरों के रियोलॉजी के लिए, एस.सी. नाइक एट अल. ने हाइड्रॉक्सीएथिल सेल्युलोज और सोडियम कार्बोक्सीमिथाइल सेल्युलोज विलयनों पर एक व्यापक और व्यवस्थित तुलनात्मक अध्ययन किया। परिणामों से पता चला कि गैर-आयनिक सेल्युलोज ईथर विलयन और आयनिक सेल्युलोज ईथर विलयन दोनों ही स्यूडोप्लास्टिक थे। इनका प्रवाह, यानी गैर-न्यूटनियन प्रवाह, बहुत कम सांद्रता पर ही न्यूटनियन तरल पदार्थों के समान होता है। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेल्युलोज विलयन की स्यूडोप्लास्टिसिटी अनुप्रयोग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, कोटिंग्स में उपयोग किए जाने पर, जलीय विलयनों के शियर थिनिंग गुणों के कारण, शियर दर में वृद्धि के साथ विलयन की श्यानता कम हो जाती है, जो वर्णक कणों के एकसमान फैलाव के लिए अनुकूल है, और कोटिंग की तरलता को भी बढ़ाती है। इसका प्रभाव बहुत अधिक होता है। स्थिर अवस्था में, विलयन की श्यानता अपेक्षाकृत अधिक होती है, जो कोटिंग में वर्णक कणों के जमाव को प्रभावी रूप से रोकती है।

02

एचपीएमसी श्यानता परीक्षण विधि

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के गाढ़ापन प्रभाव को मापने का एक महत्वपूर्ण सूचक जलीय विलयन की आभासी श्यानता है। आभासी श्यानता मापने की विधियों में आमतौर पर केशिका श्यानता विधि, घूर्णी श्यानता विधि और गिरती हुई गेंद श्यानता विधि शामिल हैं।

जहां: φ आभासी श्यानता (mPa s) है; K श्यानतामापी स्थिरांक है; d 20°C पर विलयन के नमूने का घनत्व है; t विलयन द्वारा श्यानतामापी के ऊपरी भाग से निचले निशान तक पहुंचने में लगने वाला समय (s) है; श्यानतापी से मानक तेल के प्रवाह में लगने वाला समय मापा जाता है।

हालाँकि, केशिका विस्कोमीटर द्वारा मापने की विधि अधिक परेशानी वाली है। कई पदार्थों की श्यानतासेल्युलोज ईथरइन विलयनों का विश्लेषण केशिका विस्कोमीटर से करना कठिन है क्योंकि इनमें अघुलनशील पदार्थों की बहुत कम मात्रा होती है, जिसका पता केवल केशिका विस्कोमीटर के अवरुद्ध होने पर ही चलता है। इसलिए, अधिकांश निर्माता हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की गुणवत्ता की जांच के लिए घूर्णी विस्कोमीटर का उपयोग करते हैं। विदेशों में ब्रुकफील्ड विस्कोमीटर आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं, जबकि चीन में एनडीजे विस्कोमीटर का उपयोग होता है।

03

एचपीएमसी की चिपचिपाहट को प्रभावित करने वाले कारक

3.1 एकत्रीकरण की डिग्री के साथ संबंध

अन्य मापदंडों में कोई परिवर्तन न होने पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज विलयन की श्यानता बहुलकीकरण की डिग्री (डीपी), आणविक भार या आणविक श्रृंखला की लंबाई के समानुपाती होती है, और बहुलकीकरण की डिग्री बढ़ने के साथ बढ़ती है। यह प्रभाव बहुलकीकरण की उच्च डिग्री की तुलना में कम बहुलकीकरण की डिग्री के मामले में अधिक स्पष्ट होता है।

3.2 श्यानता और सांद्रता के बीच संबंध

जलीय विलयन में उत्पाद की सांद्रता बढ़ने के साथ हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की श्यानता बढ़ती है। सांद्रता में थोड़ा सा परिवर्तन भी श्यानता में बड़ा परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की नाममात्र श्यानता के साथ, विलयन की सांद्रता में परिवर्तन का श्यानता पर प्रभाव और भी अधिक स्पष्ट हो जाता है।

3.3 श्यानता और अपरूपण दर के बीच संबंध

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय विलयन में अपरूपण अवमंदन का गुण होता है। विभिन्न नाममात्र श्यानता वाले हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज को 2% जलीय विलयन में तैयार किया गया और विभिन्न अपरूपण दरों पर इसकी श्यानता का मापन किया गया। परिणाम चित्र में दर्शाए गए हैं। कम अपरूपण दर पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज विलयन की श्यानता में कोई खास परिवर्तन नहीं हुआ। अपरूपण दर बढ़ने के साथ, उच्च नाममात्र श्यानता वाले हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज विलयन की श्यानता में अधिक स्पष्ट कमी आई, जबकि कम श्यानता वाले विलयन की श्यानता में कोई खास कमी नहीं आई।

3.4 श्यानता और तापमान के बीच संबंध

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज विलयन की श्यानता तापमान से अत्यधिक प्रभावित होती है। तापमान बढ़ने पर विलयन की श्यानता घटती है। चित्र में दर्शाए अनुसार, 2% सांद्रता वाला जलीय विलयन तैयार किया जाता है और तापमान में वृद्धि के साथ श्यानता में होने वाले परिवर्तन को मापा जाता है।

3.5 अन्य प्रभावकारी कारक

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय विलयन की श्यानता विलयन में मौजूद योजकों, विलयन के pH मान और सूक्ष्मजीव अपघटन से भी प्रभावित होती है। आमतौर पर, बेहतर श्यानता प्रदर्शन प्राप्त करने या उपयोग की लागत को कम करने के लिए, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय विलयन में रियोलॉजी संशोधक, जैसे कि मिट्टी, संशोधित मिट्टी, पॉलिमर पाउडर, स्टार्च ईथर और एलिफैटिक कॉपोलिमर, मिलाना आवश्यक होता है। साथ ही, क्लोराइड, ब्रोमाइड, फॉस्फेट, नाइट्रेट आदि जैसे इलेक्ट्रोलाइट्स भी जलीय विलयन में मिलाए जा सकते हैं। ये योजक न केवल जलीय विलयन के श्यानता गुणों को प्रभावित करते हैं, बल्कि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के अन्य अनुप्रयोग गुणों, जैसे जल धारण क्षमता, झुकाव प्रतिरोध आदि को भी प्रभावित करते हैं।

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय विलयन की श्यानता अम्ल और क्षार से लगभग अप्रभावित रहती है और आमतौर पर 3 से 11 की सीमा में स्थिर रहती है। यह फॉर्मिक अम्ल, एसिटिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल, बोरिक अम्ल, साइट्रिक अम्ल आदि जैसे दुर्बल अम्लों की एक निश्चित मात्रा को सहन कर सकती है। हालांकि, सांद्र अम्ल इसकी श्यानता को कम कर देगा। लेकिन कास्टिक सोडा, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड, चूने का पानी आदि का इस पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। अन्य सेलुलोज ईथर की तुलना में,हायड्रोक्सीप्रोपायल मिथायलसेलुलॉजजलीय घोल में अच्छी रोगाणुरोधी स्थिरता होती है, इसका मुख्य कारण यह है कि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज में उच्च प्रतिस्थापन और परावर्तक अवरोध वाले हाइड्रोफोबिक समूह होते हैं। हालांकि, चूंकि प्रतिस्थापन अभिक्रिया आमतौर पर एकसमान नहीं होती है, इसलिए अप्रतिस्थापित एनहाइड्रोग्लूकोज इकाई सूक्ष्मजीवों द्वारा सबसे आसानी से नष्ट हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सेलुलोज ईथर अणुओं का अपघटन और श्रृंखला विखंडन होता है। इसका प्रभाव यह होता है कि जलीय घोल की आभासी श्यानता कम हो जाती है। यदि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज के जलीय घोल को लंबे समय तक संग्रहित करना आवश्यक हो, तो थोड़ी मात्रा में जीवाणुरोधी एजेंट मिलाने की सलाह दी जाती है ताकि श्यानता में कोई खास बदलाव न हो। जीवाणुरोधी एजेंट, परिरक्षक या फफूंदनाशक चुनते समय, सुरक्षा पर ध्यान देना चाहिए और ऐसे उत्पाद चुनने चाहिए जो मानव शरीर के लिए विषैले न हों, स्थिर गुणधर्म वाले हों और गंधहीन हों, जैसे कि डॉव केम के एएमआईसीएएल फफूंदनाशक, कैनगार्ड64 परिरक्षक, फ्यूलसेवर जीवाणुनाशक और अन्य उत्पाद। इसी प्रकार की भूमिका निभा सकता है।