Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC)je neiónový, vo vode rozpustný zmesný éter celulózy. Má biely až slabo žltý prášok alebo granulovaný materiál, bez chuti a zápachu, netoxický, chemicky stabilný a rozpúšťa sa vo vode za vzniku hladkého, priehľadného a viskózneho roztoku. Jednou z najdôležitejších vlastností hydroxypropylmetylcelulózy pri aplikácii je, že zvyšuje viskozitu kvapaliny. Zahusťovací účinok závisí od stupňa polymerizácie (DP) produktu, koncentrácie éteru celulózy vo vodnom roztoku, šmykovej rýchlosti a teploty roztoku. A ďalších faktorov.
01
Typ tekutého vodného roztoku HPMC
Vo všeobecnosti možno napätie tekutiny v šmykovom prúdení vyjadriť ako funkciu iba šmykovej rýchlosti ƒ(γ), pokiaľ nie je časovo závislé. V závislosti od tvaru ƒ(γ) možno tekutiny rozdeliť na rôzne typy, a to: Newtonovské tekutiny, dilatačné tekutiny, pseudoplastické tekutiny a Binghamove plastické tekutiny.
Étery celulózy sa delia do dvoch kategórií: jedna je neiónový éter celulózy a druhá je iónový éter celulózy. Pokiaľ ide o reológiu týchto dvoch typov éterov celulózy, SC Naik a kol. vykonali komplexnú a systematickú porovnávaciu štúdiu roztokov hydroxyetylcelulózy a sodnej soli karboxymetylcelulózy. Výsledky ukázali, že roztoky neiónového éteru celulózy aj roztoky iónového éteru celulózy boli pseudoplastické. Toky, t. j. nenewtonovské toky, sa približujú k newtonovským kvapalinám iba pri veľmi nízkych koncentráciách. Pseudoplasticita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy hrá dôležitú úlohu pri aplikácii. Napríklad pri aplikácii v náteroch sa v dôsledku šmykových vlastností vodných roztokov viskozita roztoku znižuje so zvyšujúcou sa šmykovou rýchlosťou, čo prispieva k rovnomernému rozptylu pigmentových častíc a tiež zvyšuje tekutosť náteru. Účinok je veľmi veľký; v pokoji je viskozita roztoku relatívne veľká, čo účinne zabraňuje usadzovaniu pigmentových častíc v nátere.
02
Metóda testu viskozity HPMC
Dôležitým ukazovateľom na meranie zahusťovacieho účinku hydroxypropylmetylcelulózy je zdanlivá viskozita vodného roztoku. Metódy merania zdanlivej viskozity zvyčajne zahŕňajú metódu kapilárnej viskozity, metódu rotačnej viskozity a metódu viskozity padajúcej guľôčky.
kde: je zdanlivá viskozita, mPa s; K je viskozimetrická konštanta; d je hustota vzorky roztoku pri 20/20 °C; t je čas, ktorý roztok potrebuje na prechod cez hornú časť viskozimetra k spodnej značke, s; Meria sa čas, počas ktorého štandardný olej preteká viskozimetrom.
Metóda merania kapilárnym viskozimetrom je však zložitejšia. Viskozity mnohýchétery celulózyje ťažké analyzovať pomocou kapilárneho viskozimetra, pretože tieto roztoky obsahujú stopové množstvá nerozpustných látok, ktoré sa zistia až po zablokovaní kapilárneho viskozimetra. Preto väčšina výrobcov používa na kontrolu kvality hydroxypropylmetylcelulózy rotačné viskozimetre. V zahraničí sa bežne používajú viskozimetre Brookfield a v Číne viskozimetre NDJ.
03
Faktory ovplyvňujúce viskozitu HPMC
3.1 Vzťah k stupňu agregácie
Ak ostatné parametre zostanú nezmenené, viskozita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy je úmerná stupňu polymerizácie (DP) alebo molekulovej hmotnosti alebo dĺžke molekulového reťazca a zvyšuje sa so zvyšujúcim sa stupňom polymerizácie. Tento účinok je výraznejší v prípade nízkeho stupňa polymerizácie ako v prípade vysokého stupňa polymerizácie.
3.2 Vzťah medzi viskozitou a koncentráciou
Viskozita hydroxypropylmetylcelulózy sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou produktu vo vodnom roztoku. Aj malá zmena koncentrácie spôsobí veľkú zmenu viskozity. Pri nominálnej viskozite hydroxypropylmetylcelulózy je vplyv zmeny koncentrácie roztoku na viskozitu roztoku čoraz zreteľnejší.
3.3 Vzťah medzi viskozitou a šmykovou rýchlosťou
Vodný roztok hydroxypropylmetylcelulózy má vlastnosť stenčovania pri strihu. Hydroxypropylmetylcelulóza s rôznou nominálnou viskozitou sa pripraví do 2 % vodného roztoku a jeho viskozita sa zmeria pri rôznych šmykových rýchlostiach. Výsledky sú nasledovné, ako je znázornené na obrázku. Pri nízkej šmykovej rýchlosti sa viskozita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy významne nezmenila. So zvyšujúcou sa šmykovou rýchlosťou sa viskozita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy s vyššou nominálnou viskozitou výraznejšie znížila, zatiaľ čo roztok s nízkou viskozitou sa výrazne neznížil.
3.4 Vzťah medzi viskozitou a teplotou
Viskozita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy je výrazne ovplyvnená teplotou. S rastúcou teplotou viskozita roztoku klesá. Ako je znázornené na obrázku, pripravuje sa vodný roztok s koncentráciou 2 % a meria sa zmena viskozity so zvyšujúcou sa teplotou.
3.5 Ďalšie ovplyvňujúce faktory
Viskozitu vodného roztoku hydroxypropylmetylcelulózy ovplyvňujú aj prísady v roztoku, hodnota pH roztoku a mikrobiálna degradácia. Zvyčajne je na dosiahnutie lepšej viskozity alebo zníženie nákladov na použitie potrebné pridať do vodného roztoku hydroxypropylmetylcelulózy reologické modifikátory, ako je íl, modifikovaný íl, polymérny prášok, škrobový éter a alifatický kopolymér. Do vodného roztoku sa môžu pridať aj elektrolyty, ako je chlorid, bromid, fosfát, dusičnan atď. Tieto prísady ovplyvnia nielen viskozitné vlastnosti vodného roztoku, ale ovplyvnia aj ďalšie aplikačné vlastnosti hydroxypropylmetylcelulózy, ako je zadržiavanie vody, odolnosť voči stekaniu atď.
Viskozita vodného roztoku hydroxypropylmetylcelulózy nie je takmer ovplyvnená kyselinami a zásadami a je vo všeobecnosti stabilná v rozmedzí 3 až 11. Znesie určité množstvo slabých kyselín, ako je kyselina mravčia, kyselina octová, kyselina fosforečná, kyselina boritá, kyselina citrónová atď. Koncentrovaná kyselina však viskozitu znižuje. Hydroxid sodný, hydroxid draselný, vápenná voda atď. však na ňu majú malý vplyv. V porovnaní s inými étermi celulózy,hydroxypropylmetylcelulózaVodný roztok má dobrú antimikrobiálnu stabilitu, hlavným dôvodom je, že hydroxypropylmetylcelulóza má hydrofóbne skupiny s vysokým stupňom substitúcie a sterickou zábranou skupín. Keďže však substitučná reakcia zvyčajne nie je rovnomerná, nesubstituovaná anhydroglukózová jednotka je najľahšie erodovaná mikroorganizmami, čo vedie k degradácii molekúl celulózového éteru a štiepeniu reťazca. Výsledkom je zníženie zdanlivej viskozity vodného roztoku. Ak je potrebné vodný roztok hydroxypropylmetylcelulózy skladovať dlhší čas, odporúča sa pridať stopové množstvo antimykotického činidla, aby sa viskozita výrazne nemenila. Pri výbere antimykotického činidla, konzervačných látok alebo fungicídov by ste mali venovať pozornosť bezpečnosti a vybrať si produkty, ktoré nie sú toxické pre ľudské telo, majú stabilné vlastnosti a sú bez zápachu, ako napríklad fungicídy AMICAL od DOW Chem, konzervačné látky CANGUARD64, bakteriálne činidlá FUELSAVER a ďalšie produkty, ktoré môžu zohrávať zodpovedajúcu úlohu.
Čas uverejnenia: 28. apríla 2024