Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC, Hydroxypropylmethylcellulose) is een belangrijke cellulose-ether, die veel wordt gebruikt in de bouw, de geneeskunde, de voeding en op andere gebieden, en komt vooral veel voor in bouwmaterialen. De waterretentie van HPMC is een van de belangrijke eigenschappen ervan en speelt een sleutelrol in de effectiviteit van veel toepassingsscenario's. Factoren die de waterretentie van HPMC beïnvloeden, zijn onder meer de moleculaire structuur, de mate van substitutie, het molecuulgewicht, de oplosbaarheid, de omgevingstemperatuur, additieven, enz.
1. Moleculaire structuur
HPMC is een cellulosederivaat waarvan de moleculaire structuur een aanzienlijke invloed heeft op het vasthouden van water. De moleculaire structuur van HPMC bevat hydrofiele hydroxyl (-OH), lipofiele methyl (-CH3) en hydroxypropyl (-CH₂CHOHCH3). Het aandeel en de verdeling van deze hydrofiele en lipofiele groepen hebben een directe invloed op de waterretentieprestaties van HPMC.
De rol van hydroxylgroepen: Hydroxylgroepen zijn hydrofiele groepen die waterstofbruggen kunnen vormen met watermoleculen, waardoor de waterretentie van HPMC wordt verbeterd.
De rol van methyl- en hydroxypropylgroepen: Deze groepen zijn hydrofoob en kunnen de oplosbaarheid en geleringstemperatuur van HPMC in water beïnvloeden, waardoor de waterretentieprestaties worden beïnvloed.
2. Mate van vervanging
De substitutiegraad (DS) verwijst naar het gemiddelde aantal gesubstitueerde hydroxylgroepen in cellulosemoleculen. Bij HPMC gaat het doorgaans om de substitutiegraad van methoxy (-OCH3) en hydroxypropoxy (-OCH₂CHOHCH3), dat wil zeggen de substitutiegraad van methoxy (MS) en de substitutiegraad van hydroxypropoxy (HP):
Hoge substitutiegraad: Hoe hoger de substitutiegraad, des te meer hydrofiele groepen HPMC heeft, en theoretisch zal de waterretentie verbeterd worden. Een te hoge substitutiegraad kan echter leiden tot overmatige oplosbaarheid en het waterretentie-effect kan worden verminderd.
Lage substitutiegraad: HPMC met een lage substitutiegraad heeft een slechte oplosbaarheid in water, maar de gevormde netwerkstructuur kan stabieler zijn, waardoor een betere waterretentie behouden blijft.
Door de mate van substitutie binnen een bepaald bereik aan te passen, kan de waterretentie van HPMC worden geoptimaliseerd. Gebruikelijke substitutiegraadbereiken zijn gewoonlijk 19-30% voor methoxy en 4-12% voor hydroxypropoxy.
3. Molecuulgewicht
Het molecuulgewicht van HPMC heeft een aanzienlijke invloed op de waterretentie:
Hoog molecuulgewicht: HPMC met een hoog molecuulgewicht heeft langere molecuulketens en vormt een dichtere netwerkstructuur, die meer water kan huisvesten en vasthouden, waardoor het vasthouden van water wordt verbeterd.
Laag molecuulgewicht: HPMC met een laag molecuulgewicht heeft kortere moleculen en een relatief zwak waterretentievermogen, maar heeft een goede oplosbaarheid en is geschikt voor toepassingen die een snellere oplossing vereisen.
Typisch varieert het molecuulgewichtsbereik van HPMC dat in bouwmaterialen wordt gebruikt van 80.000 tot 200.000.
4. Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van HPMC heeft rechtstreeks invloed op de waterretentie ervan. Een goede oplosbaarheid zorgt ervoor dat HPMC volledig in de matrix wordt gedispergeerd, waardoor een uniforme waterkerende structuur wordt gevormd. De oplosbaarheid wordt beïnvloed door:
Oplostemperatuur: HPMC lost langzaam op in koud water, maar lost sneller op in warm water. Een te hoge temperatuur zal er echter voor zorgen dat HPMC te hoog oplost, waardoor de waterkerende structuur wordt aangetast.
pH-waarde: HPMC is gevoelig voor de pH-waarde en heeft een betere oplosbaarheid in neutrale of zwak zure omgevingen. Het kan bij extreme pH-waarden afbreken of een verminderde oplosbaarheid hebben.
5. Omgevingstemperatuur
Temperatuur heeft een aanzienlijke invloed op de waterretentie van HPMC:
Lage temperatuur: Bij lage temperatuur neemt de oplosbaarheid van HPMC af, maar is de viscositeit hoger, wat een stabielere waterkerende structuur kan vormen.
Hoge temperatuur: Hoge temperaturen versnellen het oplossen van HPMC, maar kunnen schade aan de waterkerende structuur veroorzaken en de waterkerende werking ervan beïnvloeden. Over het algemeen kan een goede waterretentie onder de 40℃ worden gehandhaafd.
6. Additieven
HPMC wordt in praktische toepassingen vaak samen met andere additieven gebruikt. Deze additieven kunnen de waterretentie van HPMC beïnvloeden:
Weekmakers: zoals glycerol en ethyleenglycol, die de flexibiliteit en waterretentie van HPMC kunnen verbeteren.
Vulstoffen: zoals gips en kwartspoeder zullen de waterretentie van HPMC beïnvloeden en de dispersie- en oplossingseigenschappen ervan veranderen door interactie met HPMC.
7. Toepassingsvoorwaarden
De waterretentieprestaties van HPMC zullen ook worden beïnvloed onder verschillende toepassingsomstandigheden:
Bouwomstandigheden: zoals bouwtijd, omgevingsvochtigheid, etc. zullen het waterretentie-effect van HPMC beïnvloeden.
Gebruikshoeveelheid: De hoeveelheid HPMC heeft rechtstreeks invloed op de waterretentie. Over het algemeen vertoont HPMC met een hogere dosering een beter waterretentie-effect in cementmortel en andere materialen.
Er zijn veel factoren die de waterretentie van HPMC beïnvloeden, waaronder de moleculaire structuur, de substitutiegraad, het molecuulgewicht, de oplosbaarheid, de omgevingstemperatuur, de additieven en de feitelijke toepassingsomstandigheden. Tijdens het toepassingsproces kunnen de waterretentieprestaties van HPMC, door deze factoren rationeel te selecteren en aan te passen, worden geoptimaliseerd om aan de behoeften van verschillende velden te voldoen.
Posttijd: 24 juni 2024