Hidroxipropilmetilceluloză (HPMC)este un eter mixt de celuloză neionic, solubil în apă. Aspectul este o pulbere albă până la ușor gălbuie sau un material granular, fără gust, fără miros, netoxic, stabil chimic și se dizolvă în apă pentru a forma o soluție fină, transparentă și vâscoasă. Una dintre cele mai importante proprietăți ale hidroxipropilmetilcelulozei în aplicații este creșterea vâscozității lichidului. Efectul de îngroșare depinde de gradul de polimerizare (DP) al produsului, de concentrația eterului de celuloză din soluția apoasă, de viteza de forfecare și de temperatura soluției. Și de alți factori.
01
Tipul de fluid al soluției apoase HPMC
În general, tensiunea unui fluid în curgerea de forfecare poate fi exprimată doar în funcție de rata de forfecare ƒ(γ), atâta timp cât nu este dependentă de timp. În funcție de forma lui ƒ(γ), fluidele pot fi împărțite în diferite tipuri, și anume: fluide newtoniene, fluide dilatante, fluide pseudoplastice și fluide plastice Bingham.
Eterii de celuloză sunt împărțiți în două categorii: una este eterul de celuloză neionic și cealaltă este eterul de celuloză ionic. Pentru reologia acestor două tipuri de eteri de celuloză, SC Naik și colab. au efectuat un studiu comparativ cuprinzător și sistematic asupra soluțiilor de hidroxietilceluloză și carboximetilceluloză sodică. Rezultatele au arătat că atât soluțiile de eter de celuloză neionic, cât și soluțiile de eter de celuloză ionic au fost pseudoplastice. Fluxurile, adică fluxurile non-newtoniene, se apropie de lichidele newtoniene doar la concentrații foarte scăzute. Pseudoplasticitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză joacă un rol important în aplicare. De exemplu, atunci când este aplicată în acoperiri, datorită caracteristicilor de subțiere prin forfecare ale soluțiilor apoase, vâscozitatea soluției scade odată cu creșterea ratei de forfecare, ceea ce conduce la dispersia uniformă a particulelor de pigment și, de asemenea, crește fluiditatea acoperirii. Efectul este foarte mare; în repaus, vâscozitatea soluției este relativ mare, ceea ce previne eficient depunerea particulelor de pigment în acoperire.
02
Metoda de testare a vâscozității HPMC
Un indicator important pentru măsurarea efectului de îngroșare al hidroxipropilmetilcelulozei este vâscozitatea aparentă a soluției apoase. Metodele de măsurare a vâscozității aparente includ de obicei metoda vâscozității capilare, metoda vâscozității rotaționale și metoda vâscozității cu bilă în cădere.
unde: este vâscozitatea aparentă, mPa s; K este constanta viscozimetrului; d este densitatea probei de soluție la 20/20°C; t este timpul necesar soluției pentru a trece prin partea superioară a viscozimetrului până la marcajul inferior, s; Se măsoară timpul în care uleiul standard curge prin viscozimetru.
Totuși, metoda de măsurare cu viscozimetru capilar este mai dificilă. Vâscozitățile multoreteri de celulozăsunt dificil de analizat folosind un viscozimetru capilar deoarece aceste soluții conțin urme de materie insolubilă care sunt detectate doar atunci când viscozimetrul capilar este blocat. Prin urmare, majoritatea producătorilor utilizează viscozimetre rotative pentru a controla calitatea hidroxipropilmetilcelulozei. Viscozimetrele Brookfield sunt utilizate în mod obișnuit în țări străine, iar viscozimetrele NDJ sunt utilizate în China.
03
Factorii care influențează vâscozitatea HPMC
3.1 Relația cu gradul de agregare
Când ceilalți parametri rămân neschimbați, vâscozitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză este proporțională cu gradul de polimerizare (DP) sau cu greutatea moleculară sau cu lungimea lanțului molecular și crește odată cu creșterea gradului de polimerizare. Acest efect este mai pronunțat în cazul unui grad scăzut de polimerizare decât în cazul unui grad ridicat de polimerizare.
3.2 Relația dintre vâscozitate și concentrație
Vâscozitatea hidroxipropilmetilcelulozei crește odată cu creșterea concentrației produsului în soluția apoasă. Chiar și o mică modificare a concentrației va provoca o modificare mare a vâscozității. Cu vâscozitatea nominală a hidroxipropilmetilcelulozei, efectul modificării concentrației soluției asupra vâscozității soluției este din ce în ce mai evident.
3.3 Relația dintre vâscozitate și rata de forfecare
Soluția apoasă de hidroxipropilmetilceluloză are proprietatea de a se dilua prin forfecare. Hidroxipropilmetilceluloza cu diferite vâscozitate nominală este preparată într-o soluție apoasă 2%, iar vâscozitatea acesteia la diferite rate de forfecare este măsurată respectiv. Rezultatele sunt următoarele, așa cum se arată în figură. La o rată de forfecare scăzută, vâscozitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză nu s-a modificat semnificativ. Odată cu creșterea ratei de forfecare, vâscozitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză cu vâscozitate nominală mai mare a scăzut mai evident, în timp ce soluția cu vâscozitate scăzută nu a scăzut evident.
3.4 Relația dintre vâscozitate și temperatură
Vâscozitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză este influențată în mare măsură de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, vâscozitatea soluției scade. După cum se arată în figură, aceasta este preparată într-o soluție apoasă cu o concentrație de 2%, iar modificarea vâscozității odată cu creșterea temperaturii este măsurată.
3.5 Alți factori de influență
Vâscozitatea soluției apoase de hidroxipropilmetilceluloză este, de asemenea, afectată de aditivii din soluție, de valoarea pH-ului soluției și de degradarea microbiană. De obicei, pentru a obține o performanță mai bună a vâscozității sau pentru a reduce costul de utilizare, este necesar să se adauge la soluția apoasă de hidroxipropilmetilceluloză modificatori de reologie, cum ar fi argila, argila modificată, pulberea de polimer, eterul de amidon și copolimerul alifatic. De asemenea, se pot adăuga electroliți precum clorura, bromura, fosfatul, nitratul etc. Acești aditivi nu numai că vor afecta proprietățile de vâscozitate ale soluției apoase, dar vor afecta și alte proprietăți de aplicare ale hidroxipropilmetilcelulozei, cum ar fi retenția de apă, rezistența la întindere etc.
Vâscozitatea soluției apoase de hidroxipropilmetilceluloză este aproape invariabilă în cazul acizilor și alcalilor, fiind în general stabilă în intervalul 3-11. Poate rezista la o anumită cantitate de acizi slabi, cum ar fi acidul formic, acidul acetic, acidul fosforic, acidul boric, acidul citric etc. Cu toate acestea, acidul concentrat va reduce vâscozitatea. Soda caustică, hidroxidul de potasiu, apa de var etc. au un efect redus asupra acesteia. Comparativ cu alți eteri de celuloză,hidroxipropilmetilcelulozăSoluția apoasă are o bună stabilitate antimicrobiană, principalul motiv fiind faptul că hidroxipropilmetilceluloza are grupări hidrofobe cu grad ridicat de substituție și împiedicare sterică a grupărilor. Cu toate acestea, deoarece reacția de substituție nu este de obicei uniformă, unitatea de anhidroglucoză nesubstituită este cel mai ușor erodată de microorganisme, rezultând degradarea moleculelor de eter de celuloză și scindarea lanțului. Performanța este că vâscozitatea aparentă a soluției apoase scade. Dacă este necesar să se depoziteze soluția apoasă de hidroxipropilmetilceluloză pentru o perioadă lungă de timp, se recomandă adăugarea unei cantități infime de agent antifungic, astfel încât vâscozitatea să nu se modifice semnificativ. Atunci când alegeți agenți antifungici, conservanți sau fungicide, trebuie să acordați atenție siguranței și să alegeți produse care nu sunt toxice pentru organismul uman, au proprietăți stabile și sunt inodore, cum ar fi fungicidele AMICAL de la DOW Chem, conservanții CANGUARD64, agenții antibacterieni FUELSAVER și alte produse care pot juca un rol corespunzător.
Data publicării: 28 aprilie 2024