Propriedades de viscosidade da hidroxipropilmetilcelulose

Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC)É um éter misto de celulose não iônico e solúvel em água. Apresenta-se como um pó ou material granular branco a levemente amarelado, insípido, inodoro, atóxico, quimicamente estável e dissolve-se em água formando uma solução lisa, transparente e viscosa. Uma das propriedades mais importantes da hidroxipropilmetilcelulose em aplicações práticas é o aumento da viscosidade de líquidos. O efeito espessante depende do grau de polimerização (DP) do produto, da concentração do éter de celulose na solução aquosa, da taxa de cisalhamento e da temperatura da solução, entre outros fatores.

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Tipo fluido de solução aquosa de HPMC

Em geral, a tensão de um fluido em escoamento de cisalhamento pode ser expressa como uma função apenas da taxa de cisalhamento ƒ(γ), desde que não dependa do tempo. Dependendo da forma de ƒ(γ), os fluidos podem ser divididos em diferentes tipos, a saber: fluidos newtonianos, fluidos dilatantes, fluidos pseudoplásticos e fluidos plásticos de Bingham.

Os éteres de celulose são divididos em duas categorias: éteres de celulose não iônicos e éteres de celulose iônicos. Para o estudo da reologia desses dois tipos de éteres de celulose, SC Naik et al. conduziram um estudo comparativo abrangente e sistemático sobre soluções de hidroxietilcelulose e carboximetilcelulose sódica. Os resultados mostraram que tanto as soluções de éter de celulose não iônico quanto as soluções de éter de celulose iônico apresentaram comportamento pseudoplástico. Os fluxos, ou seja, fluxos não newtonianos, aproximam-se dos líquidos newtonianos apenas em concentrações muito baixas. A pseudoplasticidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose desempenha um papel importante em sua aplicação. Por exemplo, quando aplicada em revestimentos, devido às características de adelgaçamento por cisalhamento das soluções aquosas, a viscosidade da solução diminui com o aumento da taxa de cisalhamento, o que favorece a dispersão uniforme das partículas de pigmento e também aumenta a fluidez do revestimento. O efeito é bastante significativo; enquanto que, em repouso, a viscosidade da solução é relativamente alta, o que impede eficazmente a deposição de partículas de pigmento no revestimento.

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Método de teste de viscosidade do HPMC

Um indicador importante para medir o efeito espessante da hidroxipropilmetilcelulose é a viscosidade aparente da solução aquosa. Os métodos de medição da viscosidade aparente geralmente incluem o método da viscosidade capilar, o método da viscosidade rotacional e o método da esfera em queda.

Onde: μ é a viscosidade aparente, mPa s; K é a constante do viscosímetro; d é a densidade da amostra da solução a 20/20°C; t é o tempo que a solução leva para passar pela parte superior do viscosímetro até a marca inferior, s; O tempo que o óleo padrão leva para fluir pelo viscosímetro é medido.

No entanto, o método de medição por viscosímetro capilar é mais problemático. As viscosidades de muitos materiais variam.éteres de celuloseSão difíceis de analisar usando um viscosímetro capilar porque essas soluções contêm traços de matéria insolúvel que só são detectados quando o viscosímetro capilar está obstruído. Portanto, a maioria dos fabricantes utiliza viscosímetros rotacionais para controlar a qualidade da hidroxipropilmetilcelulose. Os viscosímetros Brookfield são comumente usados ​​em outros países, e os viscosímetros NDJ são usados ​​na China.

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Fatores que influenciam a viscosidade do HPMC

3.1 Relação com o grau de agregação

Mantendo-se os demais parâmetros inalterados, a viscosidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose é proporcional ao grau de polimerização (DP), à massa molecular ou ao comprimento da cadeia molecular, e aumenta com o aumento do grau de polimerização. Esse efeito é mais pronunciado em casos de baixo grau de polimerização do que em casos de alto grau de polimerização.

3.2 Relação entre viscosidade e concentração

A viscosidade da hidroxipropilmetilcelulose aumenta com o aumento da concentração do produto na solução aquosa. Mesmo uma pequena variação na concentração causa uma grande mudança na viscosidade. Com a viscosidade nominal da hidroxipropilmetilcelulose, o efeito da variação da concentração da solução sobre a viscosidade torna-se cada vez mais evidente.

3.3 Relação entre viscosidade e taxa de cisalhamento

A solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose apresenta a propriedade de pseudoplasticidade. Soluções aquosas de hidroxipropilmetilcelulose com diferentes viscosidades nominais foram preparadas a 2% e suas viscosidades foram medidas em diferentes taxas de cisalhamento. Os resultados são apresentados na figura. Em baixas taxas de cisalhamento, a viscosidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose não apresentou alterações significativas. Com o aumento da taxa de cisalhamento, a viscosidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose com maior viscosidade nominal diminuiu mais acentuadamente, enquanto a solução com menor viscosidade não apresentou diminuição significativa.

3.4 Relação entre viscosidade e temperatura

A viscosidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose é fortemente influenciada pela temperatura. Com o aumento da temperatura, a viscosidade da solução diminui. Conforme ilustrado na figura, preparou-se uma solução aquosa com concentração de 2% e mediu-se a variação da viscosidade com o aumento da temperatura.

3.5 Outros fatores de influência

A viscosidade da solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose também é afetada por aditivos presentes na solução, pelo valor do pH e pela degradação microbiana. Geralmente, para obter melhor desempenho em termos de viscosidade ou reduzir o custo de uso, é necessário adicionar modificadores reológicos, como argila, argila modificada, pó de polímero, éter de amido e copolímero alifático, à solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose. Eletrólitos como cloreto, brometo, fosfato, nitrato, etc., também podem ser adicionados à solução aquosa. Esses aditivos não só afetam as propriedades de viscosidade da solução aquosa, como também outras propriedades de aplicação da hidroxipropilmetilcelulose, como retenção de água, resistência à escorrimento, etc.

A viscosidade da solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose praticamente não é afetada por ácidos e álcalis, mantendo-se geralmente estável na faixa de 3 a 11. Ela tolera uma certa quantidade de ácidos fracos, como ácido fórmico, ácido acético, ácido fosfórico, ácido bórico, ácido cítrico, etc. No entanto, ácidos concentrados reduzem a viscosidade. Já soda cáustica, hidróxido de potássio, água de cal, etc., têm pouco efeito sobre ela. Comparada com outros éteres de celulose,hidroxipropilmetilceluloseA solução aquosa apresenta boa estabilidade antimicrobiana, principalmente devido aos grupos hidrofóbicos com alto grau de substituição e impedimento estérico presentes na hidroxipropilmetilcelulose. No entanto, como a reação de substituição geralmente não é uniforme, a unidade de anidroglicose não substituída é a mais facilmente corroída por microrganismos, resultando na degradação das moléculas de éter de celulose e na quebra da cadeia. Consequentemente, a viscosidade aparente da solução aquosa diminui. Caso seja necessário armazenar a solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose por um longo período, recomenda-se adicionar uma pequena quantidade de agente antifúngico para que a viscosidade não se altere significativamente. Ao escolher agentes antifúngicos, conservantes ou fungicidas, deve-se atentar para a segurança e optar por produtos atóxicos, com propriedades estáveis ​​e inodoros, como os fungicidas AMICAL da DOW Chem, os conservantes CANGUARD64 e os agentes antibacterianos FUELSAVER, entre outros.