Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) це широко використовувана полімерна суміш, яка широко використовується в будівництві, фармацевтичній, харчовій та інших галузях промисловості. Будучи водорозчинним полімером, HPMC має відмінні властивості утримання води, плівкоутворення, згущення та емульгування. Його водоутримування є однією з його важливих властивостей у багатьох сферах застосування, особливо в таких матеріалах, як цемент, розчин і покриття в будівельній промисловості, які можуть затримувати випаровування води та покращувати експлуатаційні характеристики конструкції та якість кінцевого продукту. Однак утримання води ГПМЦ тісно пов’язане зі зміною температури зовнішнього середовища, і розуміння цього зв’язку має вирішальне значення для його застосування в різних сферах.
1. Структура та водоутримання HPMC
HPMC виготовляється шляхом хімічної модифікації природної целюлози, головним чином шляхом введення гідроксипропілової (-C3H7OH) і метильної (-CH3) груп у целюлозний ланцюг, що надає їй хороші властивості розчинності та регулювання. Гідроксильні групи (-ОН) у молекулах HPMC можуть утворювати водневі зв’язки з молекулами води. Таким чином, HPMC може поглинати воду та поєднуватися з водою, демонструючи утримання води.
Утримання води означає здатність речовини утримувати воду. Для HPMC це в основному проявляється в його здатності підтримувати вміст води в системі шляхом гідратації, особливо в середовищах з високою температурою або високою вологістю, що може ефективно запобігати швидкій втраті води та підтримувати змочуваність речовини. Оскільки гідратація в молекулах ГПМЦ тісно пов’язана із взаємодією її молекулярної структури, зміни температури безпосередньо впливатимуть на водопоглинальну здатність і утримання води ГПМЦ.
2. Вплив температури на водоутримання HPMC
Взаємозв’язок між утримуванням води ГПМЦ і температурою можна обговорювати з двох аспектів: перший — вплив температури на розчинність ГПМЦ, а інший — вплив температури на її молекулярну структуру та гідратацію.
2.1 Вплив температури на розчинність HPMC
Розчинність HPMC у воді пов'язана з температурою. Як правило, розчинність HPMC зростає з підвищенням температури. Коли температура підвищується, молекули води отримують більше теплової енергії, що призводить до послаблення взаємодії між молекулами води, тим самим сприяючи розчиненню HPMC. Для ГПМЦ підвищення температури може полегшити утворення колоїдного розчину, тим самим посилюючи його утримання води у воді.
Однак занадто висока температура може підвищити в'язкість розчину HPMC, впливаючи на його реологічні властивості та здатність до диспергування. Хоча цей ефект є позитивним для покращення розчинності, занадто висока температура може змінити стабільність його молекулярної структури та призвести до зменшення утримання води.
2.2 Вплив температури на молекулярну структуру ГПМЦ
У молекулярній структурі HPMC водневі зв’язки в основному утворюються з молекулами води через гідроксильні групи, і цей водневий зв’язок має вирішальне значення для утримання води HPMC. З підвищенням температури міцність водневого зв’язку може змінюватися, що призводить до послаблення сили зв’язку між молекулою HPMC і молекулою води, що впливає на утримання води. Зокрема, підвищення температури призведе до розриву водневих зв’язків у молекулі HPMC, тим самим зменшуючи її водопоглинальну та водоутримувальну здатність.
Крім того, температурна чутливість HPMC також відображається на фазовій поведінці його розчину. HPMC з різною молекулярною масою та різними групами замісників має різну термічну чутливість. Взагалі кажучи, низькомолекулярна ГПМЦ більш чутлива до температури, тоді як високомолекулярна ГПМЦ демонструє більш стабільну роботу. Таким чином, у практичних застосуваннях необхідно вибрати відповідний тип HPMC відповідно до конкретного діапазону температур, щоб забезпечити утримання води при робочій температурі.
2.3 Вплив температури на випаровування води
У середовищі з високою температурою на утримання води ГПМЦ впливає прискорене випаровування води, викликане підвищенням температури. Коли зовнішня температура занадто висока, вода в системі HPMC, швидше за все, випаровується. Хоча HPMC може певною мірою утримувати воду через свою молекулярну структуру, надмірно висока температура може спричинити втрату води системою швидше, ніж водоутримувальна здатність HPMC. У цьому випадку утримання води HPMC пригнічується, особливо при високій температурі та сухому середовищі.
Щоб полегшити цю проблему, деякі дослідження показали, що додавання відповідних зволожувачів або коригування інших компонентів у формулі може покращити ефект утримування води HPMC у середовищі з високою температурою. Наприклад, регулюючи модифікатор в’язкості у формулі або вибираючи розчинник з низьким рівнем летких речовин, можна до певної міри покращити водоутримання HPMC, зменшивши вплив підвищення температури на випаровування води.
3. Фактори впливу
Вплив температури на водоутримання ГПМЦ залежить не тільки від самої температури навколишнього середовища, але й від молекулярної маси, ступеня заміщення, концентрації розчину та інших факторів ГПМЦ. Наприклад:
Молекулярна маса:HPMC з більшою молекулярною масою зазвичай сильніше утримує воду, оскільки сітчаста структура, утворена високомолекулярними ланцюгами в розчині, може поглинати та утримувати воду більш ефективно.
Ступінь заміщення: Ступінь метилювання та гідроксипропілювання HPMC впливатиме на його взаємодію з молекулами води, тим самим впливаючи на утримання води. Взагалі кажучи, вищий ступінь заміщення може підвищити гідрофільність HPMC, тим самим покращуючи утримання води.
Концентрація розчину: концентрація HPMC також впливає на утримання води. Вищі концентрації розчинів ГПМЦ зазвичай мають кращий ефект утримання води, оскільки високі концентрації ГПМЦ можуть утримувати воду завдяки сильнішій міжмолекулярній взаємодії.
Між затримкою води існує складний зв’язокHPMCі температура. Підвищена температура зазвичай сприяє розчинності HPMC і може призвести до покращеного утримання води, але занадто висока температура знищить молекулярну структуру HPMC, зменшить його здатність зв’язуватися з водою і, таким чином, вплине на його ефект утримання води. Щоб досягти найкращої продуктивності утримання води за різних температурних умов, необхідно вибрати відповідний тип HPMC відповідно до конкретних вимог застосування та розумно скоригувати умови його використання. Крім того, інші компоненти формули та стратегії контролю температури також можуть певною мірою покращити утримання води HPMC у середовищах з високою температурою.
Час публікації: 11 листопада 2024 р