Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC)È un etere misto di cellulosa non ionico e solubile in acqua. Si presenta come una polvere o un materiale granulare da bianco a leggermente giallo, insapore, inodore, non tossico, chimicamente stabile e si dissolve in acqua formando una soluzione liscia, trasparente e viscosa. Una delle proprietà più importanti dell'idrossipropilmetilcellulosa nelle applicazioni è la sua capacità di aumentare la 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, nonché da altri fattori.
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Tipo di fluido della soluzione acquosa di HPMC
In generale, lo sforzo di un fluido in 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: eteri di cellulosa non ionici ed eteri di cellulosa ionici. Per quanto riguarda la reologia di questi due tipi di eteri di cellulosa, SC Naik et al. hanno condotto uno studio comparativo completo e sistematico sulle 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 sono 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 nelle applicazioni. Ad esempio, quando applicata nei rivestimenti, a causa delle caratteristiche di assottigliamento per taglio delle soluzioni acquose, la viscosità della soluzione diminuisce con l'aumento 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 la deposizione 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 dalla parte superiore del viscosimetro al segno inferiore, s; Viene misurato il tempo impiegato dall'olio standard per fluire attraverso il viscosimetro.
Tuttavia, il metodo di misurazione tramite viscosimetro capillare è più problematico. Le viscosità di moltieteri di cellulosaL'analisi di queste soluzioni con un viscosimetro capillare risulta complessa perché contiene tracce di sostanze insolubili che vengono rilevate solo quando il viscosimetro capillare è ostruito. Pertanto, la maggior parte dei produttori utilizza viscosimetri rotazionali per controllare la qualità dell'idrossipropilmetilcellulosa. I viscosimetri Brookfield sono comunemente utilizzati all'estero, mentre in Cina si impiegano i viscosimetri NDJ.
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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 nel caso di un basso grado di polimerizzazione rispetto a un alto grado di polimerizzazione.
3.2 Relazione tra viscosità e concentrazione
La viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa aumenta con l'aumento della concentrazione del prodotto nella soluzione acquosa. Anche una piccola variazione di concentrazione provoca una grande variazione di viscosità. Con la viscosità nominale dell'idrossipropilmetilcellulosa, l'effetto della variazione di concentrazione della soluzione sulla viscosità della soluzione diventa sempre più evidente.
3.3 Relazione tra viscosità e velocità di taglio
La soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa presenta la proprietà di assottigliamento per taglio. Sono state preparate soluzioni acquose al 2% di idrossipropilmetilcellulosa con diverse viscosità nominali e ne è stata misurata la viscosità a diverse velocità di taglio. I risultati sono i seguenti, come mostrato in figura. A bassa velocità di taglio, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa non è cambiata in modo significativo. Con l'aumento della velocità di taglio, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa con viscosità nominale più elevata è diminuita in modo più evidente, mentre la soluzione con bassa viscosità non ha subito una diminuzione significativa.
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, è stata preparata una soluzione acquosa con una concentrazione del 2% e ne è stata misurata la variazione di viscosità in funzione dell'aumento della temperatura.
3.5 Altri fattori influenti
La viscosità della soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa è influenzata anche dagli additivi presenti nella soluzione, dal valore del pH e dalla degradazione microbica. Solitamente, per ottenere migliori prestazioni di viscosità o ridurre i costi di utilizzo, è necessario aggiungere alla soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa modificatori di reologia, come argilla, argilla modificata, polvere polimerica, etere di amido e copolimeri alifatici. Possono essere aggiunti anche elettroliti come cloruro, bromuro, fosfato, nitrato, ecc. Questi additivi non solo influenzano le proprietà di viscosità della soluzione acquosa, ma anche altre proprietà applicative dell'idrossipropilmetilcellulosa, come la ritenzione idrica, la resistenza al cedimento, ecc.
La viscosità della soluzione acquosa di idrossipropilmetilcellulosa non è quasi influenzata da acidi e alcali ed è generalmente stabile nell'intervallo da 3 a 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 ridurrà la viscosità. Ma la soda caustica, l'idrossido di potassio, l'acqua di calce, ecc. hanno scarso effetto su di essa. Rispetto ad altri eteri di cellulosa,idrossipropilmetilcellulosaLa soluzione acquosa presenta una buona stabilità antimicrobica, principalmente perché l'idrossipropilmetilcellulosa possiede 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 è più facilmente erosa dai microrganismi, con conseguente degradazione delle molecole di etere di cellulosa e scissione della catena. Di conseguenza, 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 piccola quantità di agente antifungino in modo che la viscosità non subisca variazioni significative. Nella scelta di agenti antifungini, conservanti o fungicidi, è necessario prestare attenzione alla sicurezza e optare per prodotti non tossici per il corpo umano, con proprietà stabili e inodori, come ad esempio i fungicidi AMICAL di DOW Chem, i conservanti CANGUARD64, gli agenti antibatterici FUELSAVER e altri prodotti simili.
Data di pubblicazione: 28 aprile 2024