Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een belangrijk derivaat van cellulose-ether dat veelvuldig wordt gebruikt in diverse industriële sectoren vanwege de unieke fysische en chemische eigenschappen. De viscositeit is een van de belangrijkste eigenschappen van HPMC en heeft een directe invloed op de prestaties in diverse toepassingen.
1. Basiskenmerken van HPMC
HPMC is een niet-ionogene 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 is goed oplosbaar 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 meestal gemeten met een rotatieviscosimeter of een capillaire viscosimeter. Bij het meten moet rekening worden gehouden met de concentratie, temperatuur en afschuifsnelheid van de oplossing, aangezien deze factoren de viscositeitswaarde aanzienlijk kunnen beïnvloeden.
Oplossingsconcentratie: De viscositeit van HPMC neemt toe met de toename van de oplossingsconcentratie. Wanneer de concentratie van HPMC-oplossing lager is, is de interactie tussen moleculen zwakker en is de viscositeit lager. Naarmate de concentratie toeneemt, nemen de verstrengeling en interactie tussen moleculen toe, wat leidt tot een significante toename van de viscositeit.
Temperatuur: De viscositeit van HPMC-oplossingen is zeer temperatuurgevoelig. Over het algemeen neemt de viscositeit van HPMC-oplossingen af naarmate de temperatuur stijgt. Dit komt doordat een hogere temperatuur leidt tot meer moleculaire beweging en verzwakte intermoleculaire interacties. Opgemerkt dient te worden dat HPMC met verschillende substitutiegraden en molecuulgewichten een verschillende temperatuurgevoeligheid hebben.
Schuifsnelheid: HPMC-oplossingen vertonen pseudoplastisch (schuifverdunning), d.w.z. de viscositeit is hoger bij lage schuifsnelheden en neemt af bij hoge schuifsnelheden. Dit gedrag wordt veroorzaakt door schuifkrachten die moleculaire ketens langs de schuifrichting uitlijnen, waardoor verstrengeling en interacties tussen moleculen worden verminderd.
3. Factoren die de viscositeit van HPMC beïnvloeden
Molecuulgewicht: Het molecuulgewicht van HPMC is een van de belangrijkste factoren die de viscositeit bepalen. Over het algemeen geldt: hoe hoger het molecuulgewicht, hoe hoger de viscositeit van de oplossing. Dit komt doordat HPMC-moleculen met een hoog molecuulgewicht eerder verstrengelde netwerken vormen, waardoor de interne wrijving in de oplossing toeneemt.
Substitutiegraad en substituentverdeling: Het aantal en de verdeling van methoxy- en hydroxypropylsubstituenten in HPMC beïnvloeden ook de viscositeit. Over het algemeen geldt: hoe hoger de methoxysubstitutiegraad (DS), hoe lager de viscositeit van HPMC, omdat de introductie van methoxysubstituenten de waterstofbinding tussen moleculen vermindert. De introductie van hydroxypropylsubstituenten verhoogt de intermoleculaire interacties, waardoor de viscositeit toeneemt. Bovendien draagt de uniforme verdeling van substituenten bij aan de vorming van een stabiel oplossingssysteem en verhoogt 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 basisch) leiden tot afbraak van de moleculaire structuur van HPMC, waardoor de viscositeit wordt beïnvloed.
4. Toepassingsgebieden van HPMC
Dankzij de uitstekende viscositeitseigenschappen wordt HPMC op veel gebieden veelvuldig gebruikt:
Bouwmaterialen: HPMC wordt in bouwmaterialen gebruikt als verdikkingsmiddel en watervasthoudend middel om de bouwprestaties te verbeteren en de scheurbestendigheid te vergroten.
Farmaceutische industrie: In de farmaceutische industrie wordt HPMC gebruikt als bindmiddel voor tabletten, als filmvormend middel voor capsules en als drager voor geneesmiddelen met vertraagde afgifte.
Voedingsmiddelenindustrie: HPMC wordt in de voedingsmiddelenindustrie gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator voor de productie van ijs, gelei en zuivelproducten.
Dagelijkse chemische producten: HPMC wordt in dagelijkse chemische producten gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator voor de productie van shampoo, douchegel, tandpasta, etc.
De viscositeitseigenschappen van HPMC vormen de basis voor de uitstekende prestaties in diverse toepassingen. Door het molecuulgewicht, de substitutiegraad en de oplossingsomstandigheden van HPMC te controleren, kan de viscositeit worden aangepast aan verschillende toepassingsbehoeften. In de toekomst zal diepgaand onderzoek naar de relatie tussen de moleculaire structuur en viscositeit van HPMC bijdragen aan de ontwikkeling van HPMC-producten met betere prestaties en de toepassingsmogelijkheden ervan verder uitbreiden.
Plaatsingstijd: 20-07-2024