하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)는 비이온성 수용성 셀룰로오스 혼합 에테르입니다. 외관은 흰색에서 약간 노란색을 띠는 분말 또는 과립 형태이며, 무미, 무취, 무독성, 화학적으로 안정하고 물에 용해되어 부드럽고 투명하며 점성이 있는 용액을 형성합니다. HPMC의 응용 분야에서 가장 중요한 특성 중 하나는 액체의 점도를 증가시키는 것입니다. 점도 증가 효과는 제품의 중합도(DP), 수용액 내 셀룰로오스 에테르 농도, 전단 속도, 용액 온도 및 기타 요인에 따라 달라집니다.
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HPMC 수용액의 유체형
일반적으로 전단 흐름에서 유체의 응력은 시간에 따라 변하지 않는 한 전단율 ƒ(γ)의 함수로만 표현될 수 있다. ƒ(γ)의 형태에 따라 유체는 뉴턴 유체, 팽창 유체, 의사소성 유체 및 빙엄 소성 유체로 분류될 수 있다.
셀룰로오스 에테르는 비이온성 셀룰로오스 에테르와 이온성 셀룰로오스 에테르의 두 가지 범주로 나뉩니다. 이 두 종류의 셀룰로오스 에테르의 유변학적 특성에 대해 SC Naik 등은 하이드록시에틸 셀룰로오스와 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨 용액에 대한 포괄적이고 체계적인 비교 연구를 수행했습니다. 연구 결과, 비이온성 셀룰로오스 에테르 용액과 이온성 셀룰로오스 에테르 용액 모두 의사소성(pseudoplastic)을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 비뉴턴 유체의 흐름은 매우 낮은 농도에서만 뉴턴 유체에 근접합니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 용액의 의사소성은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 코팅에 적용할 경우, 수용액의 전단 박화 특성으로 인해 용액의 점도가 전단 속도가 증가함에 따라 감소하여 안료 입자의 균일한 분산에 도움이 되고 코팅의 유동성을 증가시킵니다. 이러한 효과는 매우 큽니다. 반면, 정지 상태에서는 용액의 점도가 비교적 높아 코팅에 안료 입자가 침착되는 것을 효과적으로 방지합니다.
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HPMC 점도 시험 방법
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)의 증점 효과를 측정하는 중요한 지표는 수용액의 겉보기 점도입니다. 겉보기 점도 측정 방법에는 일반적으로 모세관 점도법, 회전 점도법, 낙구 점도법 등이 있습니다.
여기서 는 겉보기 점도(mPa·s)이고, K는 점도계 상수이며, d는 20/20°C에서의 용액 시료 밀도이고, t는 용액이 점도계 상단에서 하단 눈금까지 통과하는 데 걸리는 시간(초)입니다. 표준 오일이 점도계를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다.
하지만 모세관 점도계를 이용한 측정 방법은 더 번거롭습니다. 많은 물질의 점도는 다음과 같습니다.셀룰로오스 에테르이러한 용액에는 미량의 불용성 물질이 포함되어 있어 모세관 점도계를 막았을 때만 검출되기 때문에 모세관 점도계를 이용한 분석이 어렵습니다. 따라서 대부분의 제조업체는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)의 품질 관리에 회전식 점도계를 사용합니다. 해외에서는 브룩필드 점도계가, 중국에서는 NDJ 점도계가 일반적으로 사용됩니다.
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HPMC 점도에 영향을 미치는 요인
3.1 집적도와의 관계
다른 변수들이 일정하게 유지될 때, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 용액의 점도는 중합도(DP), 분자량 또는 분자 사슬 길이에 비례하며, 중합도가 증가함에 따라 증가합니다. 이러한 효과는 중합도가 낮은 경우보다 높은 경우에 더 두드러지게 나타납니다.
3.2 점도와 농도의 관계
하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 점도는 수용액 내 제품 농도가 증가함에 따라 증가합니다. 작은 농도 변화에도 점도의 큰 변화가 나타납니다. 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 공칭 점도가 동일할 때, 용액 농도 변화가 용액 점도에 미치는 영향은 더욱 뚜렷해집니다.
3.3 점도와 전단율의 관계
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 수용액은 전단박화 특성을 나타낸다. 공칭 점도가 다른 HPMC를 2% 수용액으로 제조하고, 각 용액의 전단 속도 변화에 따른 점도를 측정하였다. 결과는 그림과 같다. 낮은 전단 속도에서는 HPMC 용액의 점도 변화가 미미하였다. 전단 속도가 증가함에 따라 공칭 점도가 높은 HPMC 용액의 점도가 더욱 뚜렷하게 감소한 반면, 점도가 낮은 용액은 점도 감소가 거의 나타나지 않았다.
3.4 점도와 온도의 관계
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 용액의 점도는 온도에 크게 영향을 받습니다. 온도가 증가함에 따라 용액의 점도는 감소합니다. 그림과 같이 2% 농도의 수용액을 제조하고 온도 증가에 따른 점도 변화를 측정했습니다.
3.5 기타 영향 요인
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 수용액의 점도는 용액 내 첨가제, 용액의 pH 값, 미생물 분해 등에 의해 영향을 받습니다. 일반적으로 점도 성능을 향상시키거나 사용 비용을 절감하기 위해 점토, 변성 점토, 고분자 분말, 전분 에테르, 지방족 공중합체 등의 유변학적 개질제를 HPMC 수용액에 첨가합니다. 또한 염화물, 브롬화물, 인산염, 질산염 등의 전해질을 첨가할 수도 있습니다. 이러한 첨가제는 수용액의 점도 특성뿐만 아니라 수분 보유력, 처짐 저항성 등 HPMC의 다른 응용 특성에도 영향을 미칩니다.
하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 수용액 점도는 산과 염기에 거의 영향을 받지 않으며, 일반적으로 3~11 범위에서 안정적입니다. 포름산, 아세트산, 인산, 붕산, 구연산 등과 같은 약산에는 일정량까지 견딜 수 있습니다. 그러나 진한 산은 점도를 감소시킵니다. 하지만 가성소다, 수산화칼륨, 석회수 등은 점도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 다른 셀룰로오스 에테르와 비교했을 때,하이드록시프로필 메틸셀룰로오스하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 수용액은 우수한 항균 안정성을 나타내는데, 이는 HPMC가 높은 치환도와 입체 장애를 가진 소수성 그룹을 포함하고 있기 때문입니다. 그러나 치환 반응이 균일하지 않은 경우가 많아, 미치환 무수글루코스 단위가 미생물에 의해 가장 쉽게 분해되어 셀룰로오스 에테르 분자의 분해 및 사슬 절단이 발생합니다. 이러한 현상은 수용액의 겉보기 점도 감소로 나타납니다. HPMC 수용액을 장기간 보관해야 하는 경우, 점도 변화를 최소화하기 위해 소량의 항진균제를 첨가하는 것이 좋습니다. 항진균제, 방부제 또는 살균제를 선택할 때는 안전성을 최우선으로 고려하여 인체에 무독성이고, 안정적인 성질을 가지며, 무취인 제품을 선택해야 합니다. 예를 들어, 다우화학의 아미칼(AMICAL) 살균제, 캔가드64(CANGUARD64) 방부제, 퓨얼세이버(FUELSAVER) 항균제 등이 이러한 조건을 충족합니다.
게시 시간: 2024년 4월 28일