हायड्रॉक्सीप्रोपिल मिथाइल सेल्युलोजचे स्निग्धता गुणधर्म

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC)हे एक नॉन-आयनिक, पाण्यात विरघळणारे सेल्युलोज मिश्रित इथर आहे. हे दिसायला पांढऱ्या ते किंचित पिवळ्या रंगाची पावडर किंवा दाणेदार पदार्थ असून, चवहीन, गंधहीन, बिनविषारी, रासायनिक दृष्ट्या स्थिर असते आणि पाण्यात विरघळून एक गुळगुळीत, पारदर्शक व दाट द्रावण तयार करते. हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजचा उपयोगातील एक सर्वात महत्त्वाचा गुणधर्म म्हणजे तो द्रवाची दाटपणा वाढवतो. दाटपणा वाढवण्याचा हा परिणाम उत्पादनाच्या पॉलिमरायझेशनच्या प्रमाणावर (DP), जलीय द्रावणातील सेल्युलोज इथरच्या सांद्रतेवर, शियर रेटवर, द्रावणाच्या तापमानावर आणि इतर घटकांवर अवलंबून असतो.

01

एचपीएमसी जलीय द्रावणाचा द्रव प्रकार

सर्वसाधारणपणे, कर्तन प्रवाहातील द्रवाचा ताण हा केवळ कर्तन दर ƒ(γ) चे फल म्हणून व्यक्त केला जाऊ शकतो, जोपर्यंत तो वेळेवर अवलंबून नसतो. ƒ(γ) च्या स्वरूपानुसार, द्रवांचे विविध प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते, ते म्हणजे: न्यूटोनियन द्रव, डायलटंट द्रव, स्यूडोप्लास्टिक द्रव आणि बिंगहॅम प्लास्टिक द्रव.

सेल्युलोज इथर्सचे दोन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाते: एक म्हणजे नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथर आणि दुसरा म्हणजे आयनिक सेल्युलोज इथर. या दोन प्रकारच्या सेल्युलोज इथर्सच्या रिओलॉजीसाठी, एस. सी. नाईक आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हायड्रॉक्सीइथिल सेल्युलोज आणि सोडियम कार्बोक्सीमिथिल सेल्युलोजच्या द्रावणांवर एक व्यापक आणि पद्धतशीर तुलनात्मक अभ्यास केला. निकालांवरून असे दिसून आले की नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथर द्रावण आणि आयनिक सेल्युलोज इथर द्रावण दोन्ही स्यूडोप्लास्टिक प्रवाह, म्हणजेच नॉन-न्यूटनियन प्रवाह होते, जे केवळ अत्यंत कमी सांद्रतेवर न्यूटनियन द्रवांच्या जवळ जातात. हायड्रॉक्सीप्रोपिल मिथिलसेल्युलोज द्रावणाची स्यूडोप्लास्टिकता त्याच्या उपयोगात महत्त्वाची भूमिका बजावते. उदाहरणार्थ, जेव्हा कोटिंग्जमध्ये याचा वापर केला जातो, तेव्हा जलीय द्रावणांच्या शियर थिनिंग वैशिष्ट्यांमुळे, शियर रेट वाढल्याने द्रावणाची चिकटपणा कमी होतो, जे रंगद्रव्य कणांच्या एकसमान विखुरण्यास अनुकूल असते आणि कोटिंगची तरलता देखील वाढवते. याचा परिणाम खूप मोठा असतो; तर स्थिर असताना, द्रावणाची चिकटपणा तुलनेने जास्त असतो, ज्यामुळे कोटिंगमध्ये रंगद्रव्य कणांचे साचणे प्रभावीपणे रोखले जाते.

02

एचपीएमसी स्निग्धता चाचणी पद्धत

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या घट्ट होण्याच्या परिणामाचे मोजमाप करण्यासाठी जलीय द्रावणाची आभासी श्यानता हा एक महत्त्वाचा निर्देशक आहे. आभासी श्यानता मोजण्याच्या पद्धतींमध्ये सामान्यतः केशिका श्यानता पद्धत, परिभ्रमण श्यानता पद्धत आणि पडणाऱ्या गोळ्याची श्यानता पद्धत यांचा समावेश होतो.

येथे: μ ही भासमान श्यानता आहे, mPa s; K हा व्हिस्कोमीटर स्थिरांक आहे; d ही 20/20°C तापमानावर द्रावण नमुन्याची घनता आहे; t हा द्रावणाला व्हिस्कोमीटरच्या वरच्या भागातून खालच्या खुणेपर्यंत जाण्यासाठी लागणारा वेळ आहे, s; मानक तेल व्हिस्कोमीटरमधून वाहण्याचा वेळ मोजला जातो.

तथापि, केशिका श्यानतामापकाने मोजण्याची पद्धत अधिक त्रासदायक आहे. अनेकांची श्यानतासेल्युलोज इथर्सकेशिका व्हिस्कोमीटर वापरून यांचे विश्लेषण करणे कठीण असते, कारण या द्रावणांमध्ये अविद्राव्य पदार्थांचे सूक्ष्म प्रमाण असते, जे केवळ केशिका व्हिस्कोमीटर ब्लॉक झाल्यावरच आढळते. त्यामुळे, बहुतेक उत्पादक हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या गुणवत्तेवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी रोटेशनल व्हिस्कोमीटर वापरतात. परदेशात सामान्यतः ब्रुकफील्ड व्हिस्कोमीटर वापरले जातात, तर चीनमध्ये एनडीजे व्हिस्कोमीटर वापरले जातात.

03

एचपीएमसीच्या स्निग्धतेवर परिणाम करणारे घटक

३.१ एकत्रीकरणाच्या प्रमाणाशी संबंध

जेव्हा इतर मापदंड अपरिवर्तित राहतात, तेव्हा हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज द्रावणाची स्निग्धता ही बहुलकीकरण अंश (DP) किंवा रेणूभार किंवा रेणू साखळीच्या लांबीच्या समानुपाती असते आणि बहुलकीकरण अंश वाढल्याने ती वाढते. हा परिणाम उच्च बहुलकीकरण अंशाच्या तुलनेत कमी बहुलकीकरण अंशाच्या बाबतीत अधिक ठळकपणे दिसून येतो.

३.२ श्यानता आणि सांद्रता यांमधील संबंध

जलीय द्रावणातील उत्पादनाची संहती वाढल्याने हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजचा श्यानता वाढते. संहतीमधील अगदी लहान बदलामुळेही श्यानतेमध्ये मोठा बदल होतो. हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या नाममात्र श्यानतेनुसार, द्रावणाच्या संहतीमधील बदलाचा द्रावणाच्या श्यानतेवरील परिणाम अधिकाधिक स्पष्ट होतो.

३.३ श्यानता आणि कर्तन दर यांच्यातील संबंध

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या जलीय द्रावणात शियर थिनिंगचा गुणधर्म असतो. वेगवेगळ्या नाममात्र स्निग्धतेच्या हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजचे २% जलीय द्रावण तयार केले जाते आणि वेगवेगळ्या शियर दरांवर त्याची स्निग्धता अनुक्रमे मोजली जाते. आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे निकाल खालीलप्रमाणे आहेत. कमी शियर दरावर, हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज द्रावणाच्या स्निग्धतेत लक्षणीय बदल झाला नाही. शियर दरात वाढ झाल्याने, जास्त नाममात्र स्निग्धता असलेल्या हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज द्रावणाची स्निग्धता अधिक स्पष्टपणे कमी झाली, तर कमी स्निग्धता असलेल्या द्रावणाची स्निग्धता स्पष्टपणे कमी झाली नाही.

३.४ श्यानता आणि तापमान यांच्यातील संबंध

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज द्रावणाच्या स्निग्धतेवर तापमानाचा मोठा परिणाम होतो. तापमान वाढल्यास द्रावणाची स्निग्धता कमी होते. आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, त्याचे २% सांद्रतेचे जलीय द्रावण तयार केले जाते आणि तापमान वाढीनुसार स्निग्धतेतील बदल मोजला जातो.

३.५ इतर प्रभाव टाकणारे घटक

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या जलीय द्रावणाची स्निग्धता ही द्रावणातील मिश्रके, द्रावणाचे pH मूल्य आणि सूक्ष्मजैविक विघटनामुळे देखील प्रभावित होते. सामान्यतः, उत्तम स्निग्धता मिळवण्यासाठी किंवा वापराचा खर्च कमी करण्यासाठी, हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या जलीय द्रावणात चिकणमाती, सुधारित चिकणमाती, पॉलिमर पावडर, स्टार्च इथर आणि अ‍ॅलिफॅटिक कोपॉलिमर यांसारखे रिओलॉजी सुधारक (rheology modifiers) घालणे आवश्यक असते. तसेच, जलीय द्रावणात क्लोराईड, ब्रोमाइड, फॉस्फेट, नायट्रेट इत्यादी इलेक्ट्रोलाइट्स देखील घालता येतात. ही मिश्रके केवळ जलीय द्रावणाच्या स्निग्धतेच्या गुणधर्मांवरच परिणाम करत नाहीत, तर हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता, खाली न झुकण्याची क्षमता इत्यादी इतर उपयोगाच्या गुणधर्मांवरही परिणाम करतात.

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजच्या जलीय द्रावणाच्या स्निग्धतेवर आम्ल आणि अल्कलीचा जवळजवळ परिणाम होत नाही आणि ती साधारणपणे ३ ते ११ च्या श्रेणीत स्थिर असते. ते फॉर्मिक आम्ल, ऍसिटिक आम्ल, फॉस्फोरिक आम्ल, बोरिक आम्ल, सायट्रिक आम्ल इत्यादींसारख्या विशिष्ट प्रमाणात सौम्य आम्लांचा सामना करू शकते. तथापि, संहत आम्ल स्निग्धता कमी करते. परंतु कॉस्टिक सोडा, पोटॅशियम हायड्रॉक्साइड, चुन्याचे पाणी इत्यादींचा त्यावर फारसा परिणाम होत नाही. इतर सेल्युलोज इथर्सच्या तुलनेत,हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजजलीय द्रावणात चांगली सूक्ष्मजीवविरोधी स्थिरता असते, याचे मुख्य कारण म्हणजे हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजमध्ये उच्च प्रतिस्थापन अंश असलेले हायड्रोफोबिक गट आणि स्टेरिकल हिंडरन्स गट असतात. तथापि, प्रतिस्थापन अभिक्रिया सहसा एकसमान नसल्यामुळे, अप्रतिस्थापित ॲनहायड्रोग्लुकोज युनिट सूक्ष्मजीवांद्वारे सर्वात सहजपणे नष्ट होते, ज्यामुळे सेल्युलोज इथर रेणूंचे विघटन होते आणि साखळी तुटते. याचा परिणाम असा होतो की जलीय द्रावणाची दृश्यमान चिकटपणा कमी होतो. जर हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजचे जलीय द्रावण दीर्घकाळ साठवणे आवश्यक असेल, तर त्यात बुरशीनाशकाची अल्प मात्रा घालण्याची शिफारस केली जाते, जेणेकरून चिकटपणामध्ये लक्षणीय बदल होणार नाही. बुरशीनाशके, संरक्षक किंवा बुरशीनाशके निवडताना, सुरक्षिततेकडे लक्ष दिले पाहिजे आणि मानवी शरीरासाठी विषारी नसलेली, स्थिर गुणधर्म असलेली आणि गंधहीन उत्पादने निवडली पाहिजेत, जसे की डाऊ केमची ॲमिकल बुरशीनाशके, कॅनगार्ड६४ संरक्षके, फ्यूलसेव्हर जीवाणूनाशके आणि इतर उत्पादने, जी योग्य भूमिका बजावू शकतात.