HPMC (Hydroxypropyl Methylcellulose) is een polymeermateriaal dat veel wordt gebruikt in coatings en farmaceutische preparaten, met goede filmvorming, verdikking, stabiliteit en hechting. Op het gebied van coatings wordt HPMC voornamelijk gebruikt in coatingsystemen op waterbasis, wat de hechting van coatings en hun algehele prestaties aanzienlijk kan verbeteren.
1. Basiseigenschappen van HPMC
HPMC is een niet-ionisch cellulosederivaat met unieke fysische en chemische eigenschappen. In oplossing kan HPMC via zijn moleculaire ketens fysische en chemische interacties met het substraatoppervlak veroorzaken, waardoor een film wordt gevormd met een bepaalde mechanische sterkte en elasticiteit. Deze film heeft een goede flexibiliteit en scheurweerstand, waardoor de coating zich beter kan aanpassen aan de oppervlaktekenmerken van het substraat, waardoor de hechting wordt verbeterd.
Het filmvormende mechanisme van HPMC houdt voornamelijk verband met de aggregatie- en verknopingskenmerken van zijn moleculaire ketens. De hydroxypropyl- en methylgroepen in het HPMC-molecuul maken het hydrofiel en hydrofoob in oplossing. Deze amfifiliciteit zorgt ervoor dat HPMC zichzelf kan assembleren tot een dichte structuur in het watergebaseerde coatingsysteem, waardoor de mechanische sterkte en hechting van de coating worden verbeterd.
2. Factoren die de hechtsterkte van coatings door HPMC beïnvloeden
Concentratie van HPMC:
De concentratie HPMC in de coating heeft een significant effect op de hechtkracht van de coating. Een hogere concentratie HPMC verhoogt de viscositeit van de coating en verbetert de filmvormende eigenschappen, waardoor de hechting van de coating aan het substraatoppervlak wordt verbeterd. Een te hoge concentratie HPMC kan echter een ongelijkmatige laagdikte veroorzaken en het hechtingseffect beïnvloeden. Studies hebben aangetoond dat een geschikte HPMC-concentratie de coating beter aan het substraatoppervlak kan hechten, en dat een te lage of te hoge concentratie een negatieve invloed heeft op de hechting.
pH-waarde en temperatuur van de oplossing:
De oplosbaarheid van HPMC en de filmvormende eigenschappen ervan worden beïnvloed door de pH-waarde en temperatuur. In een zure of alkalische omgeving verandert de oplosbaarheid van HPMC-moleculen, wat op zijn beurt de hechtingssterkte van de coating beïnvloedt. Over het algemeen kunnen gematigde pH-omstandigheden de stabiliteit van HPMC handhaven en de binding ervan met het substraatoppervlak bevorderen. Bovendien beïnvloedt de temperatuur ook de mobiliteit en filmvormingssnelheid van de HPMC-molecuulketen. Hogere temperaturen kunnen gewoonlijk de vervluchtigingssnelheid van de oplossing versnellen en ervoor zorgen dat de coating zich snel vormt, maar kunnen de interne spanning van de filmlaag verhogen, waardoor de hechtingssterkte van de coating wordt aangetast.
Molecuulgewicht van HPMC:
Het molecuulgewicht van HPMC heeft rechtstreeks invloed op de reologische eigenschappen en filmvormende eigenschappen van de coating. HPMC met een hoger molecuulgewicht kan een sterkere filmlaag vormen, waardoor de hechting van de coating toeneemt, maar de oplosbaarheid en vloeibaarheid ervan zijn slecht, wat gemakkelijk kan leiden tot een slechte egalisatie van de coating en een ruw oppervlak. Integendeel, hoewel HPMC met een kleiner molecuulgewicht een betere oplosbaarheid en vloeibaarheid heeft, is de mechanische sterkte ervan na filmvorming laag en is de verbetering van de hechtsterkte van de coating beperkt. Daarom kan het kiezen van HPMC met een geschikt molecuulgewicht een evenwicht vinden tussen coatingprestaties en hechting.
Verdikkend effect van HPMC:
Als verdikkingsmiddel kan HPMC de viscositeit van het systeem in de coating aanzienlijk verhogen, waardoor de vloeibaarheid en uniformiteit van de coating worden verbeterd. De vorming van een uniforme en dichte filmlaag op het oppervlak van het substraat is de sleutel tot het verbeteren van de hechtsterkte, en HPMC kan voorkomen dat de coating uitzakt of vloeisporen op het oppervlak van het substraat door de viscositeit van de coating aan te passen, waardoor verbetering van de hechtingsprestaties van de coating.
3. Toepassing van HPMC in verschillende substraten
Metalen substraten:
Op metalen oppervlakken wordt de hechting van de coating vaak beïnvloed door de gladheid van het metalen oppervlak en de oxidelaag. HPMC verbetert de filmvormende eigenschappen en flexibiliteit van de coating, waardoor de coating beter op het metalen oppervlak past, waardoor de interfacedefecten tussen de coating en het metaal worden verminderd, waardoor de hechting van de coating wordt verbeterd. Bovendien kan HPMC ook synergetisch samenwerken met andere tackifiers om de mechanische sterkte van de coating verder te verbeteren.
Kunststof substraten:
Kunststofsubstraten hebben doorgaans een lage oppervlakte-energie en het is moeilijk voor de coating om stevig aan hun oppervlak te hechten. Door zijn unieke moleculaire structuur kan HPMC sterke waterstofbruggen vormen op het kunststofoppervlak, waardoor de hechting van de coating wordt verbeterd. Tegelijkertijd kan HPMC als verdikkingsmiddel de egalisatie van de coating op het kunststofoppervlak optimaliseren en krimp of barsten van de coating voorkomen.
Keramische en glazen substraten:
De oppervlakken van anorganische materialen zoals keramiek en glas zijn zeer glad en het is moeilijk voor de coating om effectief te hechten. HPMC verbetert de bevochtigbaarheid en hechting van de coating op het oppervlak van deze substraten door als filmvormend hulpmiddel in de coating te werken. Bovendien kan het filmvormende vermogen van HPMC de kleine scheurtjes compenseren die door de coating op het oppervlak van het substraat worden gegenereerd en de algehele hechting verbeteren.
4. Toepassingsbeperkingen en verbeterrichtingen van HPMC
Hoewel HPMC een aanzienlijk effect heeft op het verbeteren van de hechting van de coating, kent het nog steeds enkele beperkingen in praktische toepassingen. HPMC heeft bijvoorbeeld een beperkt effect op het verbeteren van de stabiliteit van coatings in extreme omgevingen, vooral onder hoge vochtigheid of hoge temperaturen, waar de filmvormende eigenschappen ervan kunnen afnemen en de coating de neiging heeft eraf te vallen. Daarom onderzoeken onderzoekers manieren om de prestaties van HPMC verder te verbeteren door middel van chemische modificatie of compounding met andere polymeermaterialen. Door bijvoorbeeld verknopingsmiddelen of andere lijmen met hoge sterkte te introduceren, kan de stabiliteit van HPMC onder zware omstandigheden worden verbeterd.
Als belangrijk coatingadditief kan HPMC de hechtkracht van coatings aanzienlijk verbeteren. De filmvormende eigenschappen, verdikkende eigenschappen en fysische en chemische interacties met het substraatoppervlak zijn sleutelfactoren in de werking ervan. Door de concentratie, het molecuulgewicht en de omgevingsomstandigheden van HPMC redelijk aan te passen, kan het effect ervan op het verbeteren van de hechting van coatings worden geoptimaliseerd. In de toekomst zal de prestatieverbetering van HPMC meer toepassingsmogelijkheden opleveren voor de coatingindustrie, vooral op het gebied van nieuwe milieuvriendelijke coatings.
Posttijd: 11 oktober 2024