Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)Hydroxypropylmethylcellulose is een niet-ionische, in water oplosbare cellulose-ether. Het heeft de vorm van een wit tot lichtgeel poeder of korrelig materiaal, is smaak- en geurloos, niet-giftig, chemisch stabiel en lost op in water tot een gladde, transparante en stroperige oplossing. Een van de belangrijkste eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose in de praktijk is dat het de viscositeit van vloeistoffen verhoogt. Het verdikkende effect is afhankelijk van de polymerisatiegraad (DP) van het product, de concentratie cellulose-ether in de waterige oplossing, de schuifsnelheid en de temperatuur van de oplossing, evenals andere factoren.
01
Vloeibaar type HPMC-wateroplossing
Over het algemeen kan de spanning van een vloeistof in een schuifstroom worden uitgedrukt als een functie van alleen de schuifsnelheid ƒ(γ), zolang deze niet tijdsafhankelijk is. Afhankelijk van de vorm van ƒ(γ) kunnen vloeistoffen worden onderverdeeld in verschillende typen, namelijk: Newtoniaanse vloeistoffen, dilatante vloeistoffen, pseudoplastische vloeistoffen en Bingham-plastische vloeistoffen.
Cellulose-ethers worden onderverdeeld in twee categorieën: niet-ionische en ionische cellulose-ethers. Voor de reologie van deze twee typen cellulose-ethers voerden SC Naik et al. een uitgebreide en systematische vergelijkende studie uit naar oplossingen van hydroxyethylcellulose en natriumcarboxymethylcellulose. De resultaten toonden aan dat zowel niet-ionische als ionische cellulose-etheroplossingen pseudoplastisch waren. Stromingen, oftewel niet-Newtoniaanse stromingen, benaderen Newtoniaanse vloeistoffen pas bij zeer lage concentraties. De pseudoplasticiteit van hydroxypropylmethylcellulose-oplossingen speelt een belangrijke rol in toepassingen. Bijvoorbeeld, bij toepassing in coatings, zorgt de schuifverdunnende eigenschap van waterige oplossingen ervoor dat de viscositeit van de oplossing afneemt met een toenemende schuifsnelheid. Dit bevordert de uniforme dispersie van pigmentdeeltjes en verhoogt tevens de vloeibaarheid van de coating. Het effect is zeer groot. In rusttoestand is de viscositeit van de oplossing relatief hoog, wat de afzetting van pigmentdeeltjes in de coating effectief voorkomt.
02
HPMC-viscositeitstestmethode
Een belangrijke indicator voor het verdikkende effect van hydroxypropylmethylcellulose is de schijnbare viscositeit van de waterige oplossing. De meetmethoden voor de schijnbare viscositeit omvatten doorgaans de capillaire viscositeitsmethode, de rotatieviscositeitsmethode en de vallende-balviscositeitsmethode.
waarbij: ρ de schijnbare viscositeit is, mPa·s; K de viscometerconstante is; d de dichtheid van het oplossingsmonster is bij 20/20°C; t de tijd is die de oplossing nodig heeft om van het bovenste deel van de viscometer naar de onderste markering te stromen, s; de tijd die de standaardolie nodig heeft om door de viscometer te stromen wordt gemeten.
De meetmethode met een capillaire viscometer is echter omslachtiger. De viscositeit van veelcellulose-ethersDeze oplossingen zijn moeilijk te analyseren met een capillaire viscometer, omdat ze sporen van onoplosbare stoffen bevatten die alleen worden gedetecteerd wanneer de capillaire viscometer verstopt raakt. Daarom gebruiken de meeste fabrikanten rotatieviscometers om de kwaliteit van hydroxypropylmethylcellulose te controleren. Brookfield-viscometers worden veel gebruikt in het buitenland, terwijl NDJ-viscometers in China worden gebruikt.
03
Factoren die de viscositeit van HPMC beïnvloeden
3.1 Relatie met de mate van aggregatie
Als andere parameters onveranderd blijven, is de viscositeit van een hydroxypropylmethylcellulose-oplossing evenredig met de polymerisatiegraad (DP), het molecuulgewicht of de molecuulketenlengte, en neemt deze toe naarmate de polymerisatiegraad hoger is. Dit effect is sterker bij een lage polymerisatiegraad dan bij een hoge polymerisatiegraad.
3.2 Verband tussen viscositeit en concentratie
De viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose neemt toe met de stijging van de concentratie van het product in de waterige oplossing. Zelfs een kleine concentratieverandering veroorzaakt een grote verandering in de viscositeit. Bij een nominale viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose wordt het effect van de verandering in oplossingsconcentratie op de viscositeit van de oplossing steeds duidelijker.
3.3 Verband tussen viscositeit en schuifsnelheid
Een waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose vertoont de eigenschap van scherverdunning. Hydroxypropylmethylcellulose met verschillende nominale viscositeit werd bereid tot een 2% waterige oplossing, en de viscositeit ervan werd bij verschillende schuifsnelheden gemeten. De resultaten zijn als volgt, zoals weergegeven in de figuur. Bij een lage schuifsnelheid veranderde de viscositeit van de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing niet significant. Met toenemende schuifsnelheid nam de viscositeit van de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing met een hogere nominale viscositeit duidelijker af, terwijl de oplossing met een lage viscositeit niet significant afnam.
3.4 Verband tussen viscositeit en temperatuur
De viscositeit van de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing wordt sterk beïnvloed door de temperatuur. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de viscositeit van de oplossing af. Zoals weergegeven in de figuur, is een waterige oplossing met een concentratie van 2% bereid en is de verandering in viscositeit bij toenemende temperatuur gemeten.
3.5 Andere beïnvloedende factoren
De viscositeit van een waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose wordt beïnvloed door additieven, de pH-waarde en microbiële afbraak. Om een betere viscositeit te verkrijgen of de gebruikskosten te verlagen, is het doorgaans nodig om reologiemodificatoren, zoals klei, gemodificeerde klei, polymeerpoeder, zetmeelether en alifatische copolymeren, aan de waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose toe te voegen. Ook kunnen elektrolyten zoals chloride, bromide, fosfaat, nitraat, enz. aan de oplossing worden toegevoegd. Deze additieven beïnvloeden niet alleen de viscositeit van de waterige oplossing, maar ook andere toepassingseigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose, zoals waterretentie, doorzakweerstand, enz.
De viscositeit van de waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose wordt vrijwel niet beïnvloed door zuren en basen en blijft over het algemeen stabiel tussen de 3 en 11. Het is bestand tegen een bepaalde hoeveelheid zwakke zuren, zoals mierenzuur, azijnzuur, fosforzuur, boorzuur, citroenzuur, enz. Geconcentreerd zuur zal de viscositeit echter verlagen. Natriumhydroxide, kaliumhydroxide, kalkwater, enz. hebben er daarentegen weinig invloed op. Vergeleken met andere cellulose-ethers,hydroxypropylmethylcelluloseDe waterige oplossing heeft een goede antimicrobiële stabiliteit. De belangrijkste reden hiervoor is dat hydroxypropylmethylcellulose hydrofobe groepen met een hoge substitutiegraad en sterische hindering bevat. Omdat de substitutiereactie echter meestal niet uniform is, wordt de ongesubstitueerde anhydroglucose-eenheid het gemakkelijkst afgebroken door micro-organismen, wat leidt tot de afbraak van cellulose-ethermoleculen en ketenbreuk. Dit uit zich in een afname van de schijnbare viscositeit van de waterige oplossing. Indien de waterige oplossing van hydroxypropylmethylcellulose langdurig bewaard moet worden, is het raadzaam een kleine hoeveelheid antischimmelmiddel toe te voegen om significante viscositeitsveranderingen te voorkomen. Bij de keuze van antischimmelmiddelen, conserveermiddelen of fungiciden is het belangrijk om op de veiligheid te letten en producten te kiezen die niet giftig zijn voor het menselijk lichaam, stabiele eigenschappen hebben en geurloos zijn. Voorbeelden hiervan zijn de AMICAL-fungiciden van DOW Chem, het conserveermiddel CANGUARD64 en de FUELSAVER-bacterieremmers.
Geplaatst op: 28 april 2024