Het vasthouden van water is een belangrijke eigenschap voor veel industrieën die hydrofiele stoffen gebruiken, zoals cellulose-ethers. Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een van de cellulose-ethers met hoge waterretentie-eigenschappen. HPMC is een semi-synthetisch polymeer afgeleid van cellulose en wordt vaak gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen in de bouw-, farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie.
HPMC wordt veel gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en emulgator in verschillende voedingsproducten zoals ijs, sauzen en dressings om hun textuur, consistentie en houdbaarheid te verbeteren. HPMC wordt ook gebruikt bij de productie van farmaceutische producten in de farmaceutische industrie als bindmiddel, desintegratiemiddel en filmcoatingmiddel. Het wordt ook gebruikt als waterkerend middel in bouwmaterialen, voornamelijk in cement en mortel.
Het vasthouden van water is een belangrijke eigenschap in de bouw, omdat het helpt voorkomen dat vers gemengd cement en mortel uitdroogt. Drogen kan krimp en barsten veroorzaken, wat resulteert in zwakke en onstabiele structuren. HPMC helpt het watergehalte in cement en mortel op peil te houden door watermoleculen te absorberen en deze in de loop van de tijd langzaam vrij te geven, waardoor bouwmaterialen goed kunnen uitharden en uitharden.
Het waterretentieprincipe van HPMC is gebaseerd op zijn hydrofiliciteit. Vanwege de aanwezigheid van hydroxylgroepen (-OH) in de moleculaire structuur heeft HPMC een hoge affiniteit voor water. De hydroxylgroepen interageren met watermoleculen om waterstofbruggen te vormen, wat resulteert in de vorming van een hydratatieschil rond de polymeerketens. De gehydrateerde schaal zorgt ervoor dat de polymeerketens kunnen uitzetten, waardoor het volume HPMC toeneemt.
Het zwellen van HPMC is een dynamisch proces dat afhankelijk is van verschillende factoren, zoals substitutiegraad (DS), deeltjesgrootte, temperatuur en pH. De substitutiegraad heeft betrekking op het aantal gesubstitueerde hydroxylgroepen per anhydroglucose-eenheid in de celluloseketen. Hoe hoger de DS-waarde, hoe hoger de hydrofiliciteit en hoe beter de waterretentieprestaties. De deeltjesgrootte van HPMC heeft ook invloed op het vasthouden van water, omdat kleinere deeltjes een groter oppervlak per massa-eenheid hebben, wat resulteert in een grotere waterabsorptie. Temperatuur en pH-waarde beïnvloeden de mate van zwelling en waterretentie, en hogere temperaturen en lagere pH-waarden verbeteren de zwelling- en waterretentie-eigenschappen van HPMC.
Het waterretentiemechanisme van HPMC omvat twee processen: absorptie en desorptie. Tijdens de absorptie absorbeert HPMC watermoleculen uit de omgeving, waardoor een hydratatieschil rond de polymeerketens ontstaat. De hydratatieschil voorkomt dat de polymeerketens instorten en houdt ze gescheiden, wat leidt tot zwelling van de HPMC. De geabsorbeerde watermoleculen vormen waterstofbruggen met de hydroxylgroepen in HPMC, waardoor de waterretentieprestaties worden verbeterd.
Tijdens de desorptie geeft HPMC langzaam watermoleculen vrij, waardoor het bouwmateriaal goed kan uitharden. De langzame afgifte van watermoleculen zorgt ervoor dat het cement en de mortel volledig gehydrateerd blijven, wat resulteert in een stabiele en duurzame structuur. De langzame afgifte van watermoleculen zorgt ook voor een constante watertoevoer naar cement en mortel, waardoor het uithardingsproces wordt verbeterd en de sterkte en stabiliteit van het eindproduct wordt vergroot.
Samenvattend is het vasthouden van water een belangrijke eigenschap voor veel industrieën die hydrofiele stoffen zoals cellulose-ethers gebruiken. HPMC is een van de cellulose-ethers met hoge waterretentie-eigenschappen en wordt veel gebruikt in de bouw-, farmaceutische en voedingsindustrie. De waterretentie-eigenschappen van HPMC zijn gebaseerd op de hydrofiliciteit ervan, waardoor het watermoleculen uit de omgeving kan absorberen en een hydratatieschil rond de polymeerketens kan vormen. De gehydrateerde schil zorgt ervoor dat de HPMC opzwelt en de langzame afgifte van watermoleculen zorgt ervoor dat het bouwmateriaal volledig gehydrateerd blijft, wat resulteert in een stabiele en duurzame structuur.
Posttijd: 24 augustus 2023