Гідроксипропілметилцелюлоза (ГПМЦ)– це неіонний, водорозчинний змішаний ефір целюлози. Зовнішній вигляд – білий або злегка жовтуватий порошок або гранульована речовина, без смаку та запаху, нетоксична, хімічно стабільна, розчиняється у воді з утворенням гладкого, прозорого та в'язкого розчину. Однією з найважливіших властивостей гідроксипропілметилцелюлози при застосуванні є те, що вона підвищує в'язкість рідини. Ефект загущення залежить від ступеня полімеризації (СП) продукту, концентрації ефіру целюлози у водному розчині, швидкості зсуву та температури розчину. А також інших факторів.
01
Рідкий тип водного розчину ГПМЦ
Загалом, напруження рідини в зсувному потоці можна виразити як функцію лише швидкості зсуву ƒ(γ), якщо воно не залежить від часу. Залежно від форми ƒ(γ), рідини можна розділити на різні типи, а саме: ньютонівські рідини, дилатантні рідини, псевдопластичні рідини та пластичні рідини Бінгама.
Целюлозні ефіри поділяються на дві категорії: одна - неіонні ефіри целюлози, а інша - іонні ефіри целюлози. Щодо реології цих двох типів ефірів целюлози, С. К. Найк та ін. провели комплексне та систематичне порівняльне дослідження розчинів гідроксиетилцелюлози та натрійкарбоксиметилцелюлози. Результати показали, що як неіонні розчини ефірів целюлози, так і іонні розчини ефірів целюлози були псевдопластичними. Потоки, тобто неньютонівські потоки, наближаються до ньютонівських рідин лише при дуже низьких концентраціях. Псевдопластичність розчину гідроксипропілметилцелюлози відіграє важливу роль у застосуванні. Наприклад, при застосуванні в покриттях, через характеристики розрідження при зсуві водних розчинів, в'язкість розчину зменшується зі збільшенням швидкості зсуву, що сприяє рівномірному диспергуванню частинок пігменту, а також збільшує плинність покриття. Ефект дуже великий; у стані спокою в'язкість розчину відносно велика, що ефективно запобігає осадженню частинок пігменту в покритті.
02
Метод випробування в'язкості ГПМЦ
Важливим показником для вимірювання загущувального ефекту гідроксипропілметилцелюлози є видима в'язкість водного розчину. Методи вимірювання видимої в'язкості зазвичай включають метод капілярної в'язкості, метод обертальної в'язкості та метод в'язкості падіння кульки.
де: — видима в'язкість, мПа·с; K — константа віскозиметра; d — густина зразка розчину при 20/20°C; t — час проходження розчину через верхню частину віскозиметра до нижньої позначки, с; Вимірюється час проходження стандартної оливи через віскозиметр.
Однак метод вимірювання капілярним віскозиметром є більш проблематичним. В'язкості багатьохефіри целюлозиважко аналізувати за допомогою капілярного віскозиметра, оскільки ці розчини містять слідові кількості нерозчинних речовин, які виявляються лише тоді, коли капілярний віскозиметр заблокований. Тому більшість виробників використовують ротаційні віскозиметри для контролю якості гідроксипропілметилцелюлози. Віскозиметри Брукфілда зазвичай використовуються в іноземних країнах, а віскозиметри NDJ - у Китаї.
03
Фактори, що впливають на в'язкість ГПМЦ
3.1 Зв'язок зі ступенем агрегації
Коли інші параметри залишаються незмінними, в'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози пропорційна ступеню полімеризації (СП) або молекулярній масі, або довжині молекулярного ланцюга, і зростає зі збільшенням ступеня полімеризації. Цей ефект більш виражений у випадку низького ступеня полімеризації, ніж у випадку високого ступеня полімеризації.
3.2 Зв'язок між в'язкістю та концентрацією
В'язкість гідроксипропілметилцелюлози зростає зі збільшенням концентрації продукту у водному розчині. Навіть невелика зміна концентрації спричинить значну зміну в'язкості. При номінальній в'язкості гідроксипропілметилцелюлози вплив зміни концентрації розчину на в'язкість розчину стає все більш очевидним.
3.3 Зв'язок між в'язкістю та швидкістю зсуву
Водний розчин гідроксипропілметилцелюлози має властивість розріджуватися при зсуві. Гідроксипропілметилцелюлозу з різною номінальною в'язкістю готують у 2% водному розчині та вимірюють її в'язкість при різних швидкостях зсуву. Результати наведені нижче, як показано на рисунку. При низькій швидкості зсуву в'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози суттєво не змінюється. Зі збільшенням швидкості зсуву в'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози з вищою номінальною в'язкістю помітно знижується, тоді як розчин з низькою в'язкістю помітно не знижується.
3.4 Зв'язок між в'язкістю та температурою
В'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози значно залежить від температури. Зі збільшенням температури в'язкість розчину зменшується. Як показано на рисунку, його готують у вигляді водного розчину з концентрацією 2%, і вимірюють зміну в'язкості зі збільшенням температури.
3.5 Інші фактори впливу
На в'язкість водного розчину гідроксипропілметилцелюлози також впливають добавки в розчині, значення pH розчину та мікробна деградація. Зазвичай, для досягнення кращих показників в'язкості або зниження вартості використання, до водного розчину гідроксипропілметилцелюлози необхідно додавати модифікатори реології, такі як глина, модифікована глина, полімерний порошок, ефір крохмалю та аліфатичний сополімер. До водного розчину також можна додавати електроліти, такі як хлорид, бромід, фосфат, нітрат тощо. Ці добавки впливатимуть не тільки на в'язкість водного розчину, але й на інші властивості застосування гідроксипропілметилцелюлози, такі як утримання води, стійкість до провисання тощо.
В'язкість водного розчину гідроксипропілметилцелюлози майже не залежить від кислот та лугів і зазвичай стабільна в діапазоні від 3 до 11. Вона може витримувати певну кількість слабких кислот, таких як мурашина кислота, оцтова кислота, фосфорна кислота, борна кислота, лимонна кислота тощо. Однак концентрована кислота зменшує в'язкість. Але їдкий натр, гідроксид калію, вапняна вода тощо мають незначний вплив на неї. Порівняно з іншими ефірами целюлози,гідроксипропілметилцелюлозаВодний розчин має добру антимікробну стабільність, головною причиною чого є наявність гідрофобних груп з високим ступенем заміщення та стеричною перешкодою. Однак, оскільки реакція заміщення зазвичай неоднорідна, незаміщена ангідроглюкозна одиниця найлегше руйнується мікроорганізмами, що призводить до деградації молекул ефіру целюлози та розриву ланцюга. Результатом є зниження видимої в'язкості водного розчину. Якщо необхідно зберігати водний розчин гідроксипропілметилцелюлози протягом тривалого часу, рекомендується додати слідову кількість протигрибкового засобу, щоб в'язкість суттєво не змінювалася. Вибираючи протигрибкові засоби, консерванти або фунгіциди, слід звертати увагу на безпеку та обирати продукти, які не є токсичними для організму людини, мають стабільні властивості та не мають запаху, такі як фунгіциди AMICAL від DOW Chem, консерванти CANGUARD64, бактеріальні агенти FUELSAVER та інші продукти, які можуть відігравати відповідну роль.
Час публікації: 28 квітня 2024 р.