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羟丙基甲基纤维素水溶液黏度特性

  • 作者:蓝狮

  • 上传时间:2017年07月10日

  • 浏览次数:2149

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。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。



01

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。S C Naik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,对乳胶漆的刷平、刷光的作用很大。




02

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观黏度。表观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。美国材料实验协会ASDM:132363—79(1995复审)规定的黏度测定方法是乌氏黏度计在20℃±0.1℃下,测定羟丙基甲基纤维素2%水溶液的黏度,其黏度按式(1)计算:

V= Kdt


式中: 是表观黏度,mPa·s;K是黏度计常数;d是20/20℃时溶液样品的密度;t是溶液通过黏度计上部到底部标志的时间,s;K通过已知黏度的标准油流过黏度计的时间来测定。


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。NDJ型黏度计测试的结果表示为:


η=Kα


式中:η是绝对黏度,mPa·s;K是系数; α是偏转角度,即指针读数。




03

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,结果如图所示.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

羟丙基甲基纤维素溶液的黏度受温度影响很大,温度升高,溶液的黏度下降,如图所示,配制成2%浓度的水溶液,测定黏度随温度上升的变化情况。


羟丙基甲基纤维素水溶液的黏度几乎不受酸碱的影响,一般在3~11的范围内都比较稳定,可耐一定量的弱酸,如甲酸、乙酸、磷酸、硼酸、柠檬酸等,但浓酸会使黏度发生降低。而烧碱、氢氧化钾、石灰水等对其影响小.羟丙基甲基纤维素水溶液与其他纤维素醚相比,具有很好的抗微生物稳定性,主要的原因是羟丙基甲基纤维素具有高取代度的疏水基团以及基团的空间阻碍作用,阻止了微生物对纤维素链的侵蚀作用,但是,由于取代反应通常不是均匀的,未取代的脱水葡萄糖酐单元最容易受到微生物的侵蚀,从而导致纤维素醚分子降解断链,最直接的表现就是水溶液的表观黏度下降.如需要长时间地存放羟丙基甲基纤维素水溶液,建议加入微量的防霉剂,使黏度不发生明显变化.选用抗霉剂、防腐剂或杀菌剂等时应注意安全,要选择对人体不具毒性,本身性质稳定、无嗅的产品,如DOW Chem的AMICAL杀菌剂、CANGUARD64防腐剂、FUELSAVER菌剂等产品都能起到相应的作用。


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小总结



羟丙基甲基纤维素的水溶液黏度主要受到产品聚合度、产品在水溶液中的浓度、剪切速率和溶液温度的影响,水溶液黏度随着产品聚合度和浓度增大而上升,随着剪切速率和溶液温度的升高而降低,根据实际需要也可加入流变学调节剂、盐或安全的杀菌剂来获得更佳的黏度特性和应用性能。在实际应用中,用户应考虑实际情况和经济性来选择羟丙基甲基纤维素合适的黏度规格和加入量,以及加入添加剂来获得理想的黏度性能。