Hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC) on tavaliselt kasutatav polümeerühend, mida kasutatakse laialdaselt ehituses, farmaatsia-, toidu- ja muudes tööstusharudes. Vees lahustuva polümeerina on HPMC-l suurepärane veepeetus, kile moodustamine, paksendamine ja emulgeerivad omadused. Selle veepeetus on üks selle olulisi omadusi paljudes rakendustes, eriti sellistes materjalides nagu tsement, mört ja katted ehitustööstuses, mis võib edasi lükata vee aurustumist ning parandada ehituse jõudlust ja lõpptoote kvaliteeti. HPMC veepeetus on aga tihedalt seotud temperatuurimuutusega väliskeskkonnas ja selle suhte mõistmine on selle kasutamisel eri valdkondades ülioluline.
1. HPMC konstruktsioon ja veepeetus
HPMC valmistatakse loodusliku tselluloosi keemilise modifitseerimise teel, peamiselt hüdroksüpropüül (-c3H7OH) ja metüülrühmade sissetoomise teel tselluloosa ahelasse, mis annab sellele hea lahustuvuse ja regulatsiooni omadused. HPMC molekulides sisalduvad hüdroksüülrühmad (-OH) võivad moodustada vesiniksidemeid veemolekulidega. Seetõttu suudab HPMC vett imada ja veega kombineerida, näidates veepeetust.
Veepeetus viitab aine võimele säilitada vett. HPMC puhul avaldub see peamiselt selle võimes säilitada süsteemis veesisaldust hüdratsiooni kaudu, eriti kõrge temperatuuri või kõrge õhuniiskuse keskkonnas, mis võib tõhusalt vältida vee kiiret kadumist ja säilitada aine niisutatavust. Kuna HPMC molekulide hüdratsioon on tihedalt seotud selle molekulaarstruktuuri koostoimega, mõjutavad temperatuurimuutused otseselt HPMC vee imendumisvõimet ja veepeetust.
2. Temperatuuri mõju HPMC veepeetusele
HPMC veepeetuse ja temperatuuri vahelist seost saab arutada kahest aspektist: üks on temperatuuri mõju HPMC lahustuvusele ja teine on temperatuuri mõju selle molekulaarsele struktuurile ja hüdratsioonile.
2.1 Temperatuuri mõju HPMC lahustuvusele
HPMC lahustuvus vees on seotud temperatuuriga. Üldiselt suureneb HPMC lahustuvus temperatuuri tõustes. Kui temperatuur tõuseb, saavad veemolekulid rohkem soojusenergiat, mille tulemuseks on veemolekulide koostoime nõrgenemine, soodustades sellega Hpmc. HPMC jaoks võib temperatuuri tõus hõlbustada kolloidse lahuse moodustamist, suurendades sellega veepeetust vees.
Liiga kõrge temperatuur võib suurendada HPMC lahuse viskoossust, mõjutades selle reoloogilisi omadusi ja hajutatavust. Kuigi see mõju on lahustuvuse paranemisel positiivne, võib liiga kõrge temperatuur muuta selle molekulaarstruktuuri stabiilsust ja põhjustada veepeetuse vähenemist.
2.2 Temperatuuri mõju HPMC molekulaarsele struktuurile
HPMC molekulaarses struktuuris moodustuvad vesiniksidemed peamiselt hüdroksüülrühmade kaudu veemolekulidega ja see vesinikside on HPMC veepeetuse jaoks ülioluline. Temperatuuri tõustes võib vesiniksideme tugevus muutuda, mille tulemuseks on sidumisjõud HPMC molekuli ja veemolekuli vahel, mõjutades sellega selle veepeetust. Täpsemalt põhjustab temperatuuri tõus HPMC molekulis vesiniksideme dissotsieerumist, vähendades sellega selle vee imendumist ja veepeetuse mahtu.
Lisaks kajastub HPMC temperatuuritundlikkus ka selle lahuse faasikäitumises. Erinevate molekulaarsete raskustega HPMC ja erinevate asendatavate rühmadega on erinev termiline tundlikkus. Üldiselt on madala molekulmassiga HPMC temperatuuri suhtes tundlikum, samas kui suure molekulmassiga HPMC -l on stabiilsem jõudlus. Seetõttu on praktilistes rakendustes vaja valida sobiv HPMC tüüp vastavalt konkreetsele temperatuurivahemikule, et tagada selle veepeetus töötemperatuuril.
2.3 Temperatuuri mõju vee aurustumisele
Kõrge temperatuuriga keskkonnas mõjutab HPMC veepeetust temperatuuri tõusust põhjustatud kiirendatud vee aurustumine. Kui väline temperatuur on liiga kõrge, aurustub HPMC süsteemi vesi tõenäolisemalt. Ehkki HPMC suudab oma molekulaarstruktuuri kaudu vett teatud määral säilitada, võib liiga kõrge temperatuur põhjustada süsteemi vett kiiremini kui HPMC veepeetus. Sel juhul pärsitakse HPMC veepeetus, eriti kõrge temperatuuri ja kuiv keskkonnas.
Selle probleemi leevendamiseks on mõned uuringud näidanud, et sobivate niisutajate lisamine või valemis muude komponentide kohandamine võib parandada HPMC veepeetuse mõju kõrge temperatuuriga keskkonnas. Näiteks reguleerides valemis viskoossuse modifikaatorit või valides madala volatiilse lahusti, saab HPMC veepeetust teatud määral parandada, vähendades temperatuuri tõusu mõju vee aurustumisele.
3. mõjutavad tegurid
Temperatuuri mõju HPMC veepeetumisele ei sõltu mitte ainult ümbritseva õhu temperatuurist, vaid ka molekulmassist, asendamise astmest, lahuse kontsentratsioonist ja muudest HPMC teguritest. Näiteks:
Molekulmass:Hpmc Suurema molekulmassiga on tavaliselt tugevam veepeetus, kuna lahuse suure molekulmassiga ahelate moodustatud võrgustruktuur võib vett tõhusamalt imenduda ja säilitada.
Asendusaste: HPMC metüleerimise ja hüdroksüpropüülimise aste mõjutab selle interaktsiooni veemolekulidega, mõjutades sellega veepeetust. Üldiselt võib kõrgem asendusaste tugevdada HPMC hüdrofiilsust, parandades sellega selle veepeetust.
Lahuse kontsentratsioon: HPMC kontsentratsioon mõjutab ka selle veepeetust. HPMC lahuste kõrgemal kontsentratsioonil on tavaliselt parem veepeetus, kuna HPMC kõrge kontsentratsioon võib säilitada vett tugevama molekulidevahelise interaktsiooni kaudu.
Veepeetuse vahel on keeruline seosHpmcja temperatuur. Suurenenud temperatuur soodustab tavaliselt HPMC lahustuvust ja võib põhjustada paranenud veepeetust, kuid liiga kõrge temperatuur hävitab HPMC molekulaarse struktuuri, vähendab selle võimet seostuda veega ja mõjutada seega selle veepeetuse toimet. Parima veepeetuse jõudluse saavutamiseks erinevates temperatuuritingimustes on vaja valida sobiv HPMC tüüp vastavalt konkreetsetele rakendusnõuetele ja kohandada mõistlikult selle kasutamistingimusi. Lisaks saavad valemi ja temperatuuri juhtimise strateegiate muud komponendid parandada ka HPMC veepeetust kõrgel temperatuuril keskkonnas teatud määral.
Postiaeg: 11. november 20124