Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC)ir nejonu, ūdenī šķīstošs celulozes jauktais ēteris. Pēc izskata tas ir balts līdz viegli dzeltens pulveris vai granulēts materiāls, bez garšas, bez smaržas, netoksisks, ķīmiski stabils un šķīst ūdenī, veidojot gludu, caurspīdīgu un viskozu šķīdumu. Viena no svarīgākajām hidroksipropilmetilcelulozes īpašībām pielietojumā ir tā, ka tā palielina šķidruma viskozitāti. Sabiezināšanas efekts ir atkarīgs no produkta polimerizācijas pakāpes (DP), celulozes ētera koncentrācijas ūdens šķīdumā, bīdes ātruma un šķīduma temperatūras. Un citiem faktoriem.
01
Šķidra tipa HPMC ūdens šķīdums
Parasti šķidruma spriegumu bīdes plūsmā var izteikt tikai kā bīdes ātruma ƒ(γ) funkciju, ja vien tas nav atkarīgs no laika. Atkarībā no ƒ(γ) formas šķidrumus var iedalīt dažādos veidos, proti: Ņūtona šķidrumi, dilatantie šķidrumi, pseidoplastiskie šķidrumi un Bingema plastiskie šķidrumi.
Celulozes ēteri tiek iedalīti divās kategorijās: viena ir nejonu celulozes ēteris un otra ir jonu celulozes ēteris. Lai izpētītu šo divu veidu celulozes ēteru reoloģiju, SC Naik et al. veica visaptverošu un sistemātisku salīdzinošu pētījumu par hidroksietilcelulozes un nātrija karboksimetilcelulozes šķīdumiem. Rezultāti parādīja, ka gan nejonu celulozes ētera šķīdumi, gan jonu celulozes ētera šķīdumi bija pseidoplastiski. Plūsmas, t.i., neņūtoniskās plūsmas, tuvojas Ņūtona šķidrumiem tikai ļoti zemās koncentrācijās. Hidroksipropilmetilcelulozes šķīduma pseidoplastiskumam ir svarīga loma pielietojumā. Piemēram, uzklājot pārklājumos, ūdens šķīdumu bīdes retināšanas īpašību dēļ šķīduma viskozitāte samazinās, palielinoties bīdes ātrumam, kas veicina pigmenta daļiņu vienmērīgu izkliedi, kā arī palielina pārklājuma plūstamību. Efekts ir ļoti liels; miera stāvoklī šķīduma viskozitāte ir relatīvi liela, kas efektīvi novērš pigmenta daļiņu nogulsnēšanos pārklājumā.
02
HPMC viskozitātes testa metode
Svarīgs rādītājs hidroksipropilmetilcelulozes sabiezināšanas efekta mērīšanai ir ūdens šķīduma šķietamā viskozitāte. Šķietamās viskozitātes mērīšanas metodes parasti ietver kapilārās viskozitātes metodi, rotācijas viskozitātes metodi un krītošās bumbas viskozitātes metodi.
kur: ir šķietamā viskozitāte, mPa·s; K ir viskozimetra konstante; d ir šķīduma parauga blīvums 20/20°C temperatūrā; t ir laiks, kas nepieciešams, lai šķīdums izietu cauri viskozimetra augšējai daļai līdz apakšējai atzīmei, s; Tiek mērīts laiks, kurā standarta eļļa izplūst cauri viskozimetram.
Tomēr mērīšanas metode ar kapilāro viskozimetru ir sarežģītāka. Daudzu vielu viskozitātecelulozes ēteriir grūti analizēt, izmantojot kapilāro viskozimetru, jo šie šķīdumi satur nešķīstošu vielu pēdas, kuras var noteikt tikai tad, kad kapilārais viskozimetrs ir bloķēts. Tāpēc lielākā daļa ražotāju hidroksipropilmetilcelulozes kvalitātes kontrolei izmanto rotācijas viskozimetrus. Ārvalstīs parasti izmanto Brukfīldas viskozimetrus, bet Ķīnā — NDJ viskozimetrus.
03
HPMC viskozitātes ietekmējošie faktori
3.1 Saistība ar agregācijas pakāpi
Ja citi parametri nemainās, hidroksipropilmetilcelulozes šķīduma viskozitāte ir proporcionāla polimerizācijas pakāpei (DP) jeb molekulmasai vai molekulārās ķēdes garumam un palielinās, palielinoties polimerizācijas pakāpei. Šis efekts ir izteiktāks zemas polimerizācijas pakāpes gadījumā nekā augstas polimerizācijas pakāpes gadījumā.
3.2 Viskozitātes un koncentrācijas saistība
Hidroksipropilmetilcelulozes viskozitāte palielinās, palielinoties produkta koncentrācijai ūdens šķīdumā. Pat nelielas koncentrācijas izmaiņas izraisīs lielas viskozitātes izmaiņas. Ar hidroksipropilmetilcelulozes nominālo viskozitāti šķīduma koncentrācijas izmaiņu ietekme uz šķīduma viskozitāti ir arvien acīmredzamāka.
3.3 Viskozitātes un bīdes ātruma saistība
Hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīdumam piemīt bīdes retināšanas īpašība. No dažādas nominālās viskozitātes hidroksipropilmetilcelulozes pagatavo 2% ūdens šķīdumu, un attiecīgi mēra tā viskozitāti pie dažādiem bīdes ātrumiem. Rezultāti ir šādi, kā parādīts attēlā. Pie zema bīdes ātruma hidroksipropilmetilcelulozes šķīduma viskozitāte būtiski nemainījās. Palielinoties bīdes ātrumam, hidroksipropilmetilcelulozes šķīduma ar augstāku nominālo viskozitāti viskozitāte samazinājās izteiktāk, savukārt šķīdumam ar zemu viskozitāti tā ievērojami nesamazinājās.
3.4 Viskozitātes un temperatūras saistība
Hidroksipropilmetilcelulozes šķīduma viskozitāti lielā mērā ietekmē temperatūra. Pieaugot temperatūrai, šķīduma viskozitāte samazinās. Kā parādīts attēlā, to pagatavo ūdens šķīdumā ar 2% koncentrāciju, un mēra viskozitātes izmaiņas, palielinoties temperatūrai.
3.5 Citi ietekmējošie faktori
Hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīduma viskozitāti ietekmē arī šķīdumā esošās piedevas, šķīduma pH vērtība un mikrobiālā degradācija. Parasti, lai iegūtu labāku viskozitātes rādītāju vai samazinātu lietošanas izmaksas, hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīdumam jāpievieno reoloģijas modifikatori, piemēram, māls, modificēts māls, polimēru pulveris, cietes ēteris un alifātisks kopolimērs, un ūdens šķīdumam var pievienot arī elektrolītus, piemēram, hlorīdu, bromīdu, fosfātu, nitrātu utt. Šīs piedevas ietekmēs ne tikai ūdens šķīduma viskozitātes īpašības, bet arī citas hidroksipropilmetilcelulozes lietošanas īpašības, piemēram, ūdens aizturi, izturību pret nosēšanos utt.
Hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīduma viskozitāti gandrīz neietekmē skābes un sārmi, un tā parasti ir stabila diapazonā no 3 līdz 11. Tā var izturēt noteiktu daudzumu vāju skābju, piemēram, skudrskābes, etiķskābes, fosforskābes, borskābes, citronskābes utt. Tomēr koncentrēta skābe samazinās viskozitāti. Bet kaustiskajai sodai, kālija hidroksīdam, kaļķūdenim utt. ir maza ietekme uz to. Salīdzinot ar citiem celulozes ēteriem,hidroksipropilmetilcelulozeŪdens šķīdumam ir laba pretmikrobu stabilitāte, galvenais iemesls ir tas, ka hidroksipropilmetilcelulozei ir hidrofobas grupas ar augstu aizvietošanas pakāpi un grupu sterisku kavēkli. Tomēr, tā kā aizvietošanas reakcija parasti nav vienmērīga, mikroorganismi visvieglāk erodē neaizvietoto anhidroglikozes vienību, kā rezultātā notiek celulozes ētera molekulu degradācija un ķēdes šķelšanās. Rezultāts ir tāds, ka ūdens šķīduma šķietamā viskozitāte samazinās. Ja hidroksipropilmetilcelulozes ūdens šķīdumu nepieciešams uzglabāt ilgu laiku, ieteicams pievienot nelielu daudzumu pretsēnīšu līdzekļa, lai viskozitāte būtiski nemainītos. Izvēloties pretsēnīšu līdzekļus, konservantus vai fungicīdus, jāpievērš uzmanība drošībai un jāizvēlas produkti, kas nav toksiski cilvēka organismam, tiem ir stabilas īpašības un tie ir bez smaržas, piemēram, DOW Chem AMICAL fungicīdi, CANGUARD64 konservanti, FUELSAVER baktēriju līdzekļi un citi produkti.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 28. aprīlis