Proprietà di viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa

Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC)L'idrossipropilmetilcellulosa è un etere misto di cellulosa non ionico e idrosolubile. L'aspetto è quello di una polvere o di un materiale granulare di colore da bianco a leggermente giallo, insapore, inodore, atossico, chimicamente stabile e si dissolve in acqua formando una soluzione liscia, trasparente e viscosa. Una delle proprietà più importanti dell'idrossipropilmetilcellulosa in applicazione è l'aumento della viscosità del liquido. L'effetto addensante dipende dal grado di polimerizzazione (DP) del prodotto, dalla concentrazione di etere di cellulosa nella soluzione acquosa, dalla velocità di taglio e dalla temperatura della soluzione, oltre ad altri fattori.

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Tipo di fluido della soluzione acquosa di HPMC

In generale, lo sforzo di un fluido in un flusso di taglio può essere espresso in funzione della sola velocità di taglio ƒ(γ), purché non dipenda dal tempo. A seconda della forma di ƒ(γ), i fluidi possono essere suddivisi in diverse tipologie, ovvero: fluidi newtoniani, fluidi dilatanti, fluidi pseudoplastici e fluidi plastici di Bingham.

Gli eteri di cellulosa si dividono in due categorie: l'etere di cellulosa non ionico e l'etere di cellulosa ionico. Per la reologia di questi due tipi di eteri di cellulosa, SC Naik et al. hanno condotto uno studio comparativo completo e sistematico su soluzioni di idrossietilcellulosa e carbossimetilcellulosa sodica. I risultati hanno mostrato che sia le soluzioni di etere di cellulosa non ionico che quelle di etere di cellulosa ionico erano pseudoplastiche. I flussi, ovvero i flussi non newtoniani, si avvicinano ai liquidi newtoniani solo a concentrazioni molto basse. La pseudoplasticità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa gioca un ruolo importante nell'applicazione. Ad esempio, quando applicata nei rivestimenti, a causa delle caratteristiche di assottigliamento per taglio delle soluzioni acquose, la viscosità della soluzione diminuisce con l'aumentare della velocità di taglio, il che favorisce la dispersione uniforme delle particelle di pigmento e aumenta anche la fluidità del rivestimento. L'effetto è molto significativo; a riposo, la viscosità della soluzione è relativamente elevata, il che impedisce efficacemente il deposito di particelle di pigmento nel rivestimento.

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Metodo di prova della viscosità HPMC

Un indicatore importante per misurare l'effetto addensante dell'idrossipropilmetilcellulosa è la viscosità apparente della soluzione acquosa. I metodi di misurazione della viscosità apparente includono solitamente il metodo della viscosità capillare, il metodo della viscosità rotazionale e il metodo della viscosità a sfera cadente.

dove: è la viscosità apparente, mPa s; K è la costante del viscosimetro; d è la densità del campione di soluzione a 20/20°C; t è il tempo impiegato dalla soluzione per passare attraverso la parte superiore del viscosimetro fino al segno inferiore, s; Viene misurato il tempo in cui l'olio standard scorre attraverso il viscosimetro.

Tuttavia, il metodo di misurazione con viscosimetro capillare è più problematico. Le viscosità di moltieteri di cellulosaSono difficili da analizzare con un viscosimetro capillare perché queste soluzioni contengono tracce di sostanze insolubili che vengono rilevate solo quando il viscosimetro capillare è bloccato. Pertanto, la maggior parte dei produttori utilizza viscosimetri rotazionali per controllare la qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa. I viscosimetri Brookfield sono comunemente utilizzati all'estero, mentre i viscosimetri NDJ sono utilizzati in Cina.

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Fattori che influenzano la viscosità dell'HPMC

3.1 Relazione con il grado di aggregazione

A parità di altri parametri, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa è proporzionale al grado di polimerizzazione (DP), al peso molecolare o alla lunghezza della catena molecolare, e aumenta con l'aumentare del grado di polimerizzazione. Questo effetto è più pronunciato in caso di basso grado di polimerizzazione rispetto ad alto grado di polimerizzazione.

3.2 Relazione tra viscosità e concentrazione

La viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa aumenta con l'aumentare della concentrazione del prodotto nella soluzione acquosa. Anche una piccola variazione di concentrazione causerà una notevole variazione di viscosità. Con la viscosità nominale dell'idrossipropilmetilcellulosa, l'effetto della variazione di concentrazione della soluzione sulla viscosità della soluzione è sempre più evidente.

3.3 Relazione tra viscosità e velocità di taglio

La soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa ha la proprietà di assottigliamento per taglio. L'idrossipropilmetilcellulosa di diversa viscosità nominale viene preparata in una soluzione acquosa al 2% e la sua viscosità a diverse velocità di taglio viene misurata rispettivamente. I risultati sono i seguenti, come mostrato in figura. A bassa velocità di taglio, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa non cambia significativamente. Con l'aumento della velocità di taglio, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa con viscosità nominale più elevata diminuisce in modo più evidente, mentre la soluzione con bassa viscosità non diminuisce in modo evidente.

3.4 Relazione tra viscosità e temperatura

La viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa è fortemente influenzata dalla temperatura. All'aumentare della temperatura, la viscosità della soluzione diminuisce. Come mostrato in figura, la soluzione viene preparata in una soluzione acquosa con una concentrazione del 2% e viene misurata la variazione di viscosità all'aumentare della temperatura.

3.5 Altri fattori influenzanti

La viscosità della soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa è influenzata anche dagli additivi presenti nella soluzione, dal suo pH e dalla degradazione microbica. Solitamente, per ottenere migliori prestazioni di viscosità o ridurre i costi di utilizzo, è necessario aggiungere modificatori reologici, come argilla, argilla modificata, polvere polimerica, etere di amido e copolimero alifatico, alla soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa. È inoltre possibile aggiungere elettroliti come cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, ecc. Questi additivi non influenzano solo le proprietà di viscosità della soluzione acquosa, ma anche altre proprietà applicative dell'idrossipropilmetilcellulosa, come la ritenzione idrica, la resistenza alla colatura, ecc.

La viscosità della soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa non è quasi influenzata da acidi e basi, ed è generalmente stabile nell'intervallo 3-11. Può resistere a una certa quantità di acidi deboli, come acido formico, acido acetico, acido fosforico, acido borico, acido citrico, ecc. Tuttavia, l'acido concentrato ne ridurrà la viscosità. Soda caustica, idrossido di potassio, acqua di calce, ecc., invece, hanno scarso effetto. Rispetto ad altri eteri di cellulosa,idrossipropilmetilcellulosaLa soluzione acquosa ha una buona stabilità antimicrobica, principalmente perché l'idrossipropilmetilcellulosa presenta gruppi idrofobici con un elevato grado di sostituzione e un ingombro sterico. Tuttavia, poiché la reazione di sostituzione non è solitamente uniforme, l'unità di anidroglucosio non sostituita viene erosa più facilmente dai microrganismi, con conseguente degradazione delle molecole di etere di cellulosa e scissione della catena. Il vantaggio è che la viscosità apparente della soluzione acquosa diminuisce. Se è necessario conservare la soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa per un lungo periodo, si consiglia di aggiungere una traccia di agente antimicotico in modo che la viscosità non cambi in modo significativo. Quando si scelgono agenti antimicotici, conservanti o fungicidi, è necessario prestare attenzione alla sicurezza e scegliere prodotti che non siano tossici per il corpo umano, abbiano proprietà stabili e siano inodori, come i fungicidi AMICAL di DOW Chem, i conservanti CANGUARD64, gli agenti batterici FUELSAVER e altri prodotti. possono svolgere un ruolo corrispondente.