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羟丙基甲基纤维素水溶液黏度特性

2017-8-22

羟丙基甲基纤维素(HPMC)是非离子型、水溶性的纤维素混合醚,外观为白色至微黄色的粉状物或粒状物,无味、无臭、无毒,产品化学性质稳定,在水中溶解后形成光滑透明黏稠溶液,羟丙基甲基纤维素可作为发射药用添加剂用于火药的包覆或粘结,也可作为增稠剂、乳化剂、成膜剂、粘合剂、分散剂、保护胶体等,用于建筑材料、涂料、造纸、印刷、合成树脂、陶瓷、纺织、农业、医药、食品、化妆品等行业,在应用上羟丙基甲基纤维素最重要的性能之一是其增加液体黏稠度,增稠作用取决于产品在聚合度(DP)、水溶液中纤维素醚的浓度、剪切速率、溶液温度等因素。
1、HPMC水溶液的流体类型
一般来说,流体在剪切流动中的应力只要没有时间的依赖性,就可以表示为只是切变速率的函数ƒ(γ),按函数ƒ(γ)的形式的不同,可将流体分为不同的类型,分别为:牛顿型流体、胀流型流体、假塑性流体和宾汉塑性流体。
纤维素醚分为两大类:一类是非离子型纤维素醚,一类是离子型纤维素醚,对于这两类纤维素醚的流变性,SCNaik等人以羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠溶液为对象做了比较全面系统的对比研究。研究结果表明非离子型纤维素醚溶液和离子型纤维素醚溶液都是假塑性流动,即非牛顿流动,只有在浓度非常低的时候,才接近于牛顿液体,羟丙基甲基纤维素溶液的假塑性在应用上具有重要的作用,如应用在涂料中,由于水溶液的剪切变稀特性,随剪切速率增大,溶液黏度降低,有利于颜料颗粒的均匀分散,也使涂料流动性增加,对乳胶漆的刷光的作用很大,而在静止时,溶液黏度较大,有效防止涂料中的颜料颗粒发生沉积。
2、 HPMC黏度测试方法
衡量羟丙基甲基纤维素增稠作用的重要指标是水溶液的表现黏度,表现黏度的测定方法通常有毛细管黏度法、旋转黏度法和落球黏度法。
但是采用毛细管黏度计测定的方法比较麻烦,很多纤维素醚的黏度很难使用毛细管黏度计进行分析,因为这些溶液中存在微量的不溶物,这些不溶物只有在堵塞毛细管黏度计时才会被发现,因此,绝大多数生产厂家采用旋转式黏度计对羟丙基甲基纤维素的质量进行控制。国外通用的是采用Brookfield型黏度计,国内采用NDJ型黏度计。
3、 HPMC黏度的影响因素
3.1 与聚合度的关系
在其他参数不变的情况下,羟丙基甲基纤维素溶液的黏度与聚合度(DP)或分子量或分子链长度是成比例的,随聚合度的提高而提高,这种作用在低聚合度的情况下表现得比在高聚合度的情况下更为明显。
3.2 黏度与浓度的关系
羟丙基甲基纤维素的黏度随着产品在水溶液中的浓度的上升而上升,即使是少量的浓度变化,也会造成黏度的较大变化。
随着羟丙基甲基纤维素标称黏度的增大,溶液浓度的变化对溶液黏度的影响越来越明显。
3.3 黏度与剪切速率的关系
羟丙基甲基纤维素水溶液具有剪切变稀的特性,将不同标称黏度的羟丙基甲基纤维素配制成2%的水溶液,分别测定其在不同剪切速率下的黏度,低剪切速率下,羟丙基甲基纤维素溶液黏度无明显的变化,随着剪切速率的提高,标称黏度越高的羟丙基甲基纤维素溶液的黏度下降越明显,而低黏度的溶液无明显的下降。
3.4 黏度与温度的关系
羟丙基甲基纤维素的黏度受温度影响很大,温度升高,溶液的黏度下降。选取标称黏度为4000mPa.s,20000mPa.s,40000mPa.s的羟丙基甲基纤维素,配制成2%浓度的水溶液,测定黏度随温度上升的变化情况。