คุณสมบัติความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (เอชพีเอ็มซี) เป็นอีเทอร์ผสมเซลลูโลสที่ละลายน้ำได้ลักษณะเป็นผงหรือวัสดุเม็ดสีขาวถึงเหลืองเล็กน้อย ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น ไม่เป็นพิษ มีความเสถียรทางเคมี และละลายในน้ำเพื่อสร้างสารละลายที่เรียบ ใส และหนืดคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสในการใช้งานคือการเพิ่มความหนืดของของเหลวผลของการข้นขึ้นอยู่กับระดับของพอลิเมอไรเซชัน (DP) ของผลิตภัณฑ์ ความเข้มข้นของเซลลูโลสอีเทอร์ในสารละลายที่เป็นน้ำ อัตราการเฉือน และอุณหภูมิของสารละลายและปัจจัยอื่นๆ

01

ประเภทของของไหลของสารละลายน้ำ HPMC

โดยทั่วไป ความเค้นของของไหลในกระแสเฉือนสามารถแสดงเป็นฟังก์ชันของอัตราเฉือน ƒ(γ) เท่านั้น ตราบใดที่ไม่ขึ้นกับเวลาขึ้นอยู่กับรูปแบบของ ƒ(γ) ของไหลสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้แก่ ของไหลนิวตัน ของไหลไดลาแทนต์ ของไหลเทียม และของไหลพลาสติกบิงแฮม

เซลลูโลสอีเทอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทหนึ่งคือเซลลูโลสอีเทอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิก และอีกประเภทหนึ่งคือเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีไอออนิกสำหรับรีโอโลจีของเซลลูโลสอีเทอร์ทั้งสองประเภทนี้SC Naik และคณะได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบสารละลายไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสและโซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสอย่างครอบคลุมและเป็นระบบผลการวิจัยพบว่าทั้งสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิกและสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีประจุไอออนเป็นพลาสติกปลอมการไหล เช่น การไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน จะเข้าใกล้ของเหลวแบบนิวตันที่ความเข้มข้นต่ำมากเท่านั้นความเป็นพลาสติกปลอมของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีบทบาทสำคัญในการใช้งานตัวอย่างเช่น เมื่อนำไปใช้ในการเคลือบผิว เนื่องจากลักษณะการเฉือนของสารละลายในน้ำบางลง ความหนืดของสารละลายจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของอัตราการเฉือน ซึ่งเอื้อต่อการกระจายตัวของเม็ดสีอย่างสม่ำเสมอ และยังเพิ่มความลื่นไหลของสารเคลือบ .ผลมีขนาดใหญ่มากในขณะที่พัก ความหนืดของสารละลายจะค่อนข้างมาก ซึ่งป้องกันการสะสมของอนุภาคเม็ดสีในสารเคลือบผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

02

วิธีทดสอบความหนืด HPMC

ตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการวัดผลการทำให้ข้นของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสคือความหนืดที่ปรากฏของสารละลายที่เป็นน้ำวิธีการวัดความหนืดปรากฏมักจะรวมถึงวิธีความหนืดของเส้นเลือดฝอย วิธีความหนืดแบบหมุน และวิธีการความหนืดของลูกตก

โดยที่: คือความหนืดที่ชัดเจน mPa s;K คือค่าคงที่ของเครื่องวัดความหนืดd คือความหนาแน่นของตัวอย่างสารละลายที่ 20/20°C;t คือเวลาที่สารละลายผ่านส่วนบนของเครื่องวัดความหนืดไปยังเครื่องหมายด้านล่าง s;วัดเวลาที่น้ำมันมาตรฐานไหลผ่านเครื่องวัดความหนืด

อย่างไรก็ตาม วิธีการวัดด้วยเครื่องวัดความหนืดของเส้นเลือดฝอยนั้นยุ่งยากกว่าความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์จำนวนมากนั้นยากต่อการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องวัดความหนืดของหลอดเลือดฝอย เนื่องจากสารละลายเหล่านี้มีปริมาณสารที่ไม่ละลายน้ำเพียงเล็กน้อย ซึ่งจะตรวจพบได้ก็ต่อเมื่อมีการปิดกั้นเครื่องวัดความหนืดของหลอดเลือดฝอยดังนั้น ผู้ผลิตส่วนใหญ่จึงใช้เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนเพื่อควบคุมคุณภาพของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสBrookfield viscometers เป็นที่นิยมใช้ในต่างประเทศ และ NDJ viscometers ใช้ในประเทศจีน

03

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความหนืดของ HPMC

3.1 ความสัมพันธ์กับระดับของการรวม

เมื่อพารามิเตอร์อื่นๆ ไม่เปลี่ยนแปลง ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเป็นสัดส่วนกับระดับของพอลิเมอไรเซชัน (DP) หรือน้ำหนักโมเลกุลหรือความยาวสายโซ่โมเลกุล และเพิ่มขึ้นตามระดับของพอลิเมอไรเซชันที่เพิ่มขึ้นผลกระทบนี้จะเด่นชัดในกรณีของการเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับต่ำมากกว่าในกรณีของการเกิดโพลิเมอไรเซชันในระดับสูง

3.2 ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและความเข้มข้น

ความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ในสารละลายที่เป็นน้ำแม้แต่การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้ความหนืดเปลี่ยนแปลงอย่างมากด้วยความหนืดเล็กน้อยของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ผลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารละลายที่มีต่อความหนืดของสารละลายนั้นชัดเจนยิ่งขึ้น

3.3 ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและอัตราการเฉือน

สารละลายน้ำ Hydroxypropyl methylcellulose มีคุณสมบัติในการเฉือนให้บางลงไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่มีความหนืดเล็กน้อยต่างกันจะถูกเตรียมเป็นสารละลายในน้ำ 2% และวัดความหนืดที่อัตราการเฉือนต่างกันตามลำดับผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นดังนี้ ดังรูปที่อัตราการเฉือนต่ำ ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสที่มีความหนืดเล็กน้อยสูงกว่าจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่สารละลายที่มีความหนืดต่ำไม่ลดลงอย่างเห็นได้ชัด

3.4 ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและอุณหภูมิ

ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายจะลดลงดังที่แสดงในรูป มันถูกเตรียมเป็นสารละลายน้ำที่มีความเข้มข้น 2% และวัดการเปลี่ยนแปลงของความหนืดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

3.5 ปัจจัยที่มีอิทธิพลอื่นๆ

ความหนืดของสารละลายที่เป็นน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสยังได้รับผลกระทบจากสารเติมแต่งในสารละลาย ค่า pH ของสารละลาย และการย่อยสลายของจุลินทรีย์โดยปกติแล้ว เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพความหนืดที่ดีขึ้นหรือลดต้นทุนในการใช้งาน จำเป็นต้องเพิ่มสารปรับสภาพการไหล เช่น ดินเหนียว ดินเหนียวดัดแปร ผงโพลีเมอร์ สตาร์ชอีเทอร์ และอะลิฟาติกโคพอลิเมอร์ ลงในสารละลายที่เป็นน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส, และอิเล็กโทรไลต์ เช่น คลอไรด์, โบรไมด์, ฟอสเฟต, ไนเตรต ฯลฯ ยังสามารถเติมลงในสารละลายที่เป็นน้ำได้อีกด้วยสารเติมแต่งเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณสมบัติความหนืดของสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อคุณสมบัติการใช้งานอื่นๆ ของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส เช่น การกักเก็บน้ำ, ความต้านทานการลดลง ฯลฯ

ความหนืดของสารละลายที่เป็นน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสแทบไม่ได้รับผลกระทบจากกรดและด่าง และโดยทั่วไปจะคงที่ในช่วง 3 ถึง 11 สามารถทนต่อกรดอ่อนได้จำนวนหนึ่ง เช่น กรดฟอร์มิก กรดอะซิติก กรดฟอสฟอริก กรดบอริก กรดซิตริก เป็นต้น อย่างไรก็ตาม กรดเข้มข้นจะลดความหนืดลงแต่โซดาไฟ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ น้ำปูนใส ฯลฯ มีผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเมื่อเทียบกับเซลลูโลสอีเทอร์อื่น ๆ สารละลายน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความเสถียรในการต้านจุลชีพที่ดี เหตุผลหลักคือไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำซึ่งมีระดับการแทนที่สูงและเป็นอุปสรรคต่อสเตอริกของกลุ่ม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปฏิกิริยาการแทนที่มักจะไม่สม่ำเสมอ หน่วยแอนไฮโดรกลูโคสที่ไม่ถูกแทนที่ ถูกจุลินทรีย์กัดกร่อนได้ง่ายที่สุด ส่งผลให้โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์แตกตัวและเกิดการแตกตัวเป็นสายโซ่ประสิทธิภาพคือความหนืดที่ชัดเจนของสารละลายที่เป็นน้ำลดลงหากจำเป็นต้องเก็บสารละลายที่เป็นน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นเวลานาน แนะนำให้เติมสารต้านเชื้อราในปริมาณเล็กน้อยเพื่อให้ความหนืดไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเลือกสารป้องกันเชื้อรา สารกันบูด หรือสารฆ่าเชื้อรา คุณควรคำนึงถึงความปลอดภัย และเลือกผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์ มีคุณสมบัติคงที่และไม่มีกลิ่น เช่น สารฆ่าเชื้อรา AMICAL ของ DOW Chem สารกันบูด CANGUARD64 สารยับยั้งแบคทีเรีย FUELSAVER และสินค้าอื่นๆสามารถแสดงบทบาทที่สอดคล้องกัน