Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een belangrijk derivaat van cellulose-ether dat op grote schaal wordt gebruikt op veel industriële gebieden vanwege zijn unieke fysische en chemische eigenschappen. De viscositeitseigenschappen zijn een van de belangrijkste eigenschappen van HPMC en hebben een directe invloed op de prestaties in verschillende toepassingen.
1. Basiseigenschappen van HPMC
HPMC is een niet-ionische cellulose-ether die wordt verkregen door een deel van de hydroxylgroepen (–OH) in het cellulosemolecuul te vervangen door methoxygroepen (–OCH3) en hydroxypropylgroepen (–OCH2CH(OH)CH3). Het heeft een goede oplosbaarheid in water en sommige organische oplosmiddelen en vormt transparante colloïdale oplossingen. De viscositeit van HPMC wordt voornamelijk bepaald door het molecuulgewicht, de substitutiegraad (DS, Substitutiegraad) en de substituentverdeling.
2. Bepaling van de viscositeit van HPMC
De viscositeit van HPMC-oplossingen wordt gewoonlijk gemeten met behulp van een roterende viscometer of een capillaire viscometer. Bij het meten moet aandacht worden besteed aan de concentratie, temperatuur en afschuifsnelheid van de oplossing, omdat deze factoren de viscositeitswaarde aanzienlijk kunnen beïnvloeden.
Oplossingsconcentratie: De viscositeit van HPMC neemt toe met de toename van de oplossingsconcentratie. Wanneer de concentratie van de HPMC-oplossing lager is, is de interactie tussen moleculen zwakker en is de viscositeit lager. Naarmate de concentratie toeneemt, neemt de verstrengeling en interactie tussen moleculen toe, waardoor de viscositeit aanzienlijk toeneemt.
Temperatuur: De viscositeit van HPMC-oplossingen is zeer temperatuurgevoelig. Over het algemeen zal de viscositeit van de HPMC-oplossing afnemen naarmate de temperatuur stijgt. Dit komt door een hogere temperatuur die leidt tot een grotere moleculaire beweging en verzwakte intermoleculaire interacties. Opgemerkt moet worden dat HPMC met verschillende substitutiegraden en molecuulgewicht een verschillende gevoeligheid voor temperatuur hebben.
Afschuifsnelheid: HPMC-oplossingen vertonen pseudoplastisch gedrag (afschuifverdunning), dwz de viscositeit is hoger bij lage afschuifsnelheden en neemt af bij hoge afschuifsnelheden. Dit gedrag is te wijten aan afschuifkrachten die moleculaire ketens in de afschuifrichting uitlijnen, waardoor verstrengelingen en interacties tussen moleculen worden verminderd.
3. Factoren die de HPMC-viscositeit beïnvloeden
Molecuulgewicht: Het molecuulgewicht van HPMC is een van de belangrijkste factoren die de viscositeit bepalen. Over het algemeen geldt: hoe groter het molecuulgewicht, hoe hoger de viscositeit van de oplossing. Dit komt omdat HPMC-moleculen met een hoog molecuulgewicht waarschijnlijker verstrengelde netwerken vormen, waardoor de interne wrijving van de oplossing toeneemt.
Substitutiegraad en substituentverdeling: Het aantal en de verdeling van methoxy- en hydroxypropylsubstituenten in HPMC beïnvloeden ook de viscositeit ervan. In het algemeen geldt dat hoe hoger de mate van methoxysubstitutie (DS), hoe lager de viscositeit van HPMC, omdat de introductie van methoxysubstituenten de waterstofbindingskracht tussen moleculen zal verminderen. De introductie van hydroxypropylsubstituenten zal de intermoleculaire interacties vergroten, waardoor de viscositeit toeneemt. Bovendien helpt de uniforme verdeling van substituenten bij het vormen van een stabiel oplossingssysteem en het verhogen van de viscositeit van de oplossing.
pH-waarde van de oplossing: Hoewel HPMC een niet-ionisch polymeer is en de viscositeit ervan niet gevoelig is voor veranderingen in de pH-waarde van de oplossing, kunnen extreme pH-waarden (zeer zuur of zeer alkalisch) degradatie van de moleculaire structuur van de oplossing veroorzaken. HPMC, waardoor de viscositeit wordt beïnvloed.
4. Toepassingsgebieden van HPMC
Vanwege de uitstekende viscositeitseigenschappen wordt HPMC op veel gebieden gebruikt:
Bouwmaterialen: In bouwmaterialen wordt HPMC gebruikt als verdikkingsmiddel en watervasthoudend middel om de constructieprestaties te verbeteren en de scheurweerstand te vergroten.
Farmaceutische industrie: In de farmaceutische industrie wordt HPMC gebruikt als bindmiddel voor tabletten, filmvormend middel voor capsules en als drager voor geneesmiddelen met verlengde afgifte.
Voedingsindustrie: HPMC wordt gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator in de voedingsmiddelenindustrie voor de productie van ijs, gelei en zuivelproducten.
Dagelijkse chemische producten: In dagelijkse chemische producten wordt HPMC gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator voor de productie van shampoo, douchegel, tandpasta, enz.
De viscositeitseigenschappen van HPMC vormen de basis voor zijn uitstekende prestaties in verschillende toepassingen. Door het molecuulgewicht, de substitutiegraad en de oplossingsomstandigheden van HPMC te regelen, kan de viscositeit ervan worden aangepast om aan verschillende toepassingsbehoeften te voldoen. In de toekomst zal diepgaand onderzoek naar de relatie tussen de moleculaire structuur en viscositeit van HPMC helpen HPMC-producten met betere prestaties te ontwikkelen en de toepassingsgebieden ervan verder uit te breiden.
Posttijd: 20 juli 2024