Вязкостные свойства водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы

Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) представляет собой неионный водорастворимый смешанный эфир целлюлозы. Внешний вид: порошок или гранулированный материал от белого до слегка желтого цвета, без вкуса, запаха, нетоксичный, химически стабильный, растворяется в воде с образованием гладкого, прозрачного и вязкого раствора. Одним из наиболее важных свойств гидроксипропилметилцеллюлозы при применении является то, что она увеличивает вязкость жидкости. Эффект загущения зависит от степени полимеризации (СП) продукта, концентрации эфира целлюлозы в водном растворе, скорости сдвига и температуры раствора. И другие факторы.

01

Тип жидкости: водный раствор ГПМЦ

В общем, напряжение жидкости в сдвиговом потоке может быть выражено как функция только скорости сдвига ƒ(γ), если оно не зависит от времени. В зависимости от формы ƒ(γ) жидкости можно разделить на разные типы, а именно: ньютоновские жидкости, дилатантные жидкости, псевдопластические жидкости и пластические жидкости Бингама.

Эфиры целлюлозы делятся на две категории: одна — неионный эфир целлюлозы, а другая — ионный эфир целлюлозы. О реологии этих двух типов эфиров целлюлозы. SC Naik et al. провели комплексное и систематическое сравнительное исследование растворов гидроксиэтилцеллюлозы и натрийкарбоксиметилцеллюлозы. Результаты показали, что растворы как неионного эфира целлюлозы, так и растворы ионного эфира целлюлозы являются псевдопластичными. Потоки, т. е. неньютоновские течения, приближаются к ньютоновским жидкостям только при очень малых концентрациях. Псевдопластичность раствора гидроксипропилметилцеллюлозы играет важную роль при применении. Например, при нанесении в покрытиях из-за характеристик разжижения водных растворов при сдвиге вязкость раствора снижается с увеличением скорости сдвига, что способствует равномерному диспергированию частиц пигмента, а также увеличивает текучесть покрытия. . Эффект очень велик; в состоянии покоя вязкость раствора относительно велика, что эффективно предотвращает осаждение частиц пигмента в покрытии.

02

Метод испытания вязкости HPMC

Важным показателем для измерения эффекта загущения гидроксипропилметилцеллюлозы является кажущаяся вязкость водного раствора. Методы измерения кажущейся вязкости обычно включают метод капиллярной вязкости, метод ротационной вязкости и метод вязкости падающего шарика.

где: – кажущаяся вязкость, мПа·с; К – константа вискозиметра; d — плотность раствора образца при 20/20°С; t – время прохождения раствора через верхнюю часть вискозиметра до нижней отметки, с; Измеряют время, в течение которого стандартное масло протекает через вискозиметр.

Однако метод измерения капиллярным вискозиметром более затруднителен. Вязкость многих эфиров целлюлозы трудно анализировать с помощью капиллярного вискозиметра, поскольку эти растворы содержат следовые количества нерастворимых веществ, которые обнаруживаются только тогда, когда капиллярный вискозиметр заблокирован. Поэтому большинство производителей для контроля качества гидроксипропилметилцеллюлозы используют ротационные вискозиметры. Вискозиметры Брукфилда широко используются в зарубежных странах, а вискозиметры NDJ — в Китае.

03

Факторы, влияющие на вязкость ГПМЦ

3.1 Связь со степенью агрегации

Когда другие параметры остаются неизменными, вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени полимеризации (СП) или молекулярной массе или длине молекулярной цепи и увеличивается с увеличением степени полимеризации. Этот эффект более выражен в случае низкой степени полимеризации, чем в случае высокой степени полимеризации.

3.2 Связь между вязкостью и концентрацией

Вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы увеличивается с увеличением концентрации продукта в водном растворе. Даже небольшое изменение концентрации приведет к значительному изменению вязкости. При номинальной вязкости гидроксипропилметилцеллюлозы Влияние изменения концентрации раствора на вязкость раствора становится все более очевидным.

3.3 Связь между вязкостью и скоростью сдвига

Водный раствор гидроксипропилметилцеллюлозы обладает свойством истончения при сдвиге. Гидроксипропилметилцеллюлозу различной номинальной вязкости готовят в виде 2% водного раствора и соответственно измеряют ее вязкость при различных скоростях сдвига. Результаты следующие: Как показано на рисунке. При низкой скорости сдвига вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы существенно не менялась. С увеличением скорости сдвига вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы с более высокой номинальной вязкостью снижалась более явно, в то время как раствор с низкой вязкостью явно не уменьшался.

3.4 Связь между вязкостью и температурой

На вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы сильно влияет температура. С повышением температуры вязкость раствора уменьшается. Как показано на рисунке, его готовят в виде водного раствора с концентрацией 2% и измеряют изменение вязкости с повышением температуры.

3.5 Другие влияющие факторы

На вязкость водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы также влияют добавки в растворе, значение pH раствора и микробное разложение. Обычно, чтобы получить лучшие характеристики вязкости или снизить стоимость использования, к водному раствору гидроксипропилметилцеллюлозы необходимо добавлять модификаторы реологии, такие как глина, модифицированная глина, полимерный порошок, эфир крахмала и алифатический сополимер. и к водному раствору также можно добавлять электролиты, такие как хлорид, бромид, фосфат, нитрат и т. д. Эти добавки не только повлияют на вязкостные свойства водного раствора, но также повлияют на другие свойства применения гидроксипропилметилцеллюлозы, такие как удержание воды. , устойчивость к провисанию и т. д.

Вязкость водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы почти не зависит от кислоты и щелочи и обычно стабильна в диапазоне от 3 до 11. Он может выдерживать определенное количество слабых кислот, таких как муравьиная кислота, уксусная кислота, фосфорная кислота. , борная кислота, лимонная кислота и т. д. Однако концентрированная кислота снижает вязкость. А вот каустическая сода, гидроксид калия, известковая вода и т. д. мало на него действуют. По сравнению с другими эфирами целлюлозы водный раствор гидроксипропилметилцеллюлозы обладает хорошей антимикробной стабильностью, основная причина заключается в том, что гидроксипропилметилцеллюлоза имеет гидрофобные группы с высокой степенью замещения и стерическими затруднениями групп. Однако, поскольку реакция замещения обычно не является однородной, незамещенное звено ангидроглюкозы наиболее легко разрушается микроорганизмами, что приводит к деградации молекул эфира целлюлозы и разрыву цепи. Производительность заключается в том, что кажущаяся вязкость водного раствора снижается. При необходимости длительного хранения водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы рекомендуется добавить незначительное количество противогрибкового средства, чтобы вязкость существенно не изменилась. При выборе противогрибковых средств, консервантов или фунгицидов следует обращать внимание на безопасность и выбирать продукты, которые не токсичны для организма человека, имеют стабильные свойства и не имеют запаха, например, фунгициды AMICAL компании DOW Chem, консерванты CANGUARD64, бактериальные средства FUELSAVER. и другие продукты. может сыграть соответствующую роль.