Введение
Гидроксипропилметилцеллюлоза, обычно называемый HPMC, представляет собой неионогенный эфир целлюлозы. Он получается из натуральной целлюлозы путём химической модификации. Его используют во многих системах на водной основе, поскольку он способен загущать, удерживать воду, улучшать технологичность, образовывать пленки, стабилизировать частицы и способствовать сцеплению.
HPMC широко используется в строительные материалы, лакокрасочные материалы, суспензионная полимеризация ПВХ, керамика, нефтепромысловые жидкости, бумага, проклейка текстиля, товары повседневного химического назначения, пищевые системы и фармацевтические препараты. В сухих строительных смесях даже очень небольшая доза может изменить все рабочие характеристики материала. В клеях для плитки HPMC помогает раствору удерживать воду, сохранять работоспособность и формировать стабильные гребни. В самовыравнивающихся растворах низковязкий HPMC помогает контролировать выделение воды, сохраняя при этом текучесть.
Компания «Zhiwei (Jinan) New Materials Co., Ltd.» поставляет марки HPMC для применения в строительстве и в системах на водной основе. Zhiwei HPMC 400 и HPMC 4K полезны для систем с текучей консистенцией и для легкого регулирования реологических свойств. Zhiwei HPMC 100K и HPMC 200K предназначены для сухих смесей с повышенной вязкостью, таких как клей для плитки, шпаклевка для стен, штукатурка, раствор для наружной теплоизоляции и ремонтный раствор.
Что такое HPMC?
HPMC — это смешанный эфир целлюлозы. Его полное название — гидроксипропилметилцеллюлоза. Его получают из целлюлозы путем щелочной обработки, этерификации, нейтрализации, промывки, сушки и измельчения.
Источником целлюлозы обычно является отборный хлопок или древесной целлюлозы. Целлюлоза — это возобновляемый полимер, состоящий из глюкозных звеньев. Каждое глюкозное звено содержит гидроксильные группы. Благодаря этим группам целлюлоза вступает в реакцию и превращается в целлюлозный эфир. После модификации HPMC становится растворимым в холодной воде и приобретает полезные промышленные свойства.
HPMC обычно представляет собой белый или почти белый порошок. Он практически не имеет запаха или запах у него очень слабый. В зависимости от технологического процесса и способа обработки частиц он может иметь волокнистую или гранулированную структуру.
Основные свойства HPMC
HPMC обладает рядом свойств, благодаря которым он является ценным компонентом в рецептурах.
| Недвижимость | Практическое значение |
|---|---|
| Растворимость в воде | HPMC растворяется в холодной воде и образует прозрачный или слегка мутный коллоидный раствор. |
| Утолщение | HPMC повышает вязкость в системах на водной основе. |
| Удержание воды | HPMC удерживает воду в цементе, гипсе, строительном растворе и других пористых системах. |
| Формирование пленки | HPMC способен образовывать бесцветные, прозрачные и прочные пленки. |
| Поверхностная активность | HPMC способствует эмульгированию, диспергированию и защите частиц. |
| стабильность pH | Раствор HPMC остается относительно стабильным в широком диапазоне значений pH, часто в пределах pH 3–11. |
| Устойчивость к соли | HPMC является неионным полимером, поэтому он обладает большей стабильностью в электролитных системах, чем многие ионные полимеры. |
| Термическое гелеобразование | HPMC растворяется в холодной воде, но при нагревании может превращаться в гель или мутнеть. |
| Устойчивость к ферментам | HPMC обладает большей устойчивостью к ферментативному разложению, чем многие системы на основе натурального крахмала или сахара. |
| Тиксотропия | HPMC может способствовать тому, что материалы станут легче наноситься при сдвиговых нагрузках и будут более стабильными после нанесения. |
Эти свойства объясняют, почему HPMC иногда называют добавкой с небольшой дозировкой и высокой эффективностью. Во многих строительных рецептурах дозировка составляет всего около 0,1%–1,0%, но эффект от её применения весьма значителен.
Растворимость HPMC и методы определения скорости растворения
HPMC растворим в холодной воде. Он практически не растворим в абсолютном этаноле, эфире и ацетоне. Он также может растворяться в некоторых смешанных системах «вода-органический растворитель».
Важен процесс растворения. Если HPMC добавлять непосредственно в холодную воду слишком быстро, могут образоваться комки. В этом случае помогут два распространенных метода.
Первый метод — метод диспергирования в горячей воде. Разработчик рецептуры добавляет примерно две трети необходимого объема воды в виде горячей воды температурой выше 80 °C. ГПМК не растворяется в горячей воде сразу, что позволяет ему равномерно диспергироваться. Затем добавляют холодную или ледяную воду. Раствор перемешивают до появления вязкости.
Второй метод — метод органического смачивания. Сначала HPMC смачивают этанолом, этиленгликолем, маслом или другой подходящей средой. Затем добавляют воду. Это способствует диспергированию порошка до начала гидратации.
На сайте сухой строительный раствор, Многие коммерческие марки ГПМК обладают замедленным растворением. Это способствует диспергированию порошка во время перемешивания и уменьшает образование комков.
Как замена ингредиентов влияет на характеристики HPMC
Характеристики HPMC зависят от содержания метоксигрупп, содержания гидроксипропоксигрупп, степени замещения, молярного коэффициента замещения и вязкости.
Более высокое содержание метоксигрупп при более низком содержании гидроксипропоксигрупп, как правило, обеспечивает лучшую растворимость в воде и поверхностную активность. Кроме того, это, как правило, приводит к снижению температуры гелеобразования. Умеренное увеличение содержания гидроксипропоксигрупп может повысить температуру гелеобразования, однако слишком высокое содержание гидроксипропоксигрупп может вновь привести к её снижению.
Именно поэтому марки HPMC не являются взаимозаменяемыми только по названию. Два продукта могут оба называться HPMC, но при этом они могут по-разному вести себя в растворах, покрытиях, ПВХ или системах бытовой химии. На конечный результат влияют вязкость, тип замещения, температура гелеобразования, размер частиц и обработка поверхности.
HPMC в строительных материалах
Строительство является одной из важнейших областей применения HPMC. HPMC можно использовать в цементных растворах, клей для плитки, шпатлёвка для стен, штукатурка, раствор для фасадных утеплительных систем, гипсовые изделия, самовыравнивающийся раствор, ремонтный раствор и декоративный раствор.
В строительных материалах HPMC в основном используется в качестве:
| Функция | Эффект в растворе |
|---|---|
| Удержание воды | Это обеспечивает наличие воды для гидратации цемента или гипса. |
| Утолщение | Он придаёт раствору плотность и облегчает его нанесение. |
| Повышение технологичности | Это облегчает нанесение, разравнивание и выравнивание. |
| Открытый контроль времени | Это дает рабочим больше времени на нанесение и выравнивание материалов. |
| Опора, предотвращающая провисание | Это помогает вертикальному раствору удерживаться на месте. |
| Поддержка адгезии | Это улучшает сцепление раствора с основанием. |
| Снижение количества трещин | Это помогает уменьшить быструю потерю влаги и неравномерное высыхание. |
HPMC 100K и HPMC 200K от Zhiwei — подходящие варианты для испытаний строительных систем с высокой вязкостью. Они обеспечивают более высокую водоудерживающую способность, более длительное время открытой выдержки и лучшую вертикальную стабильность. Эти марки подходят для плиточных клеев, шпаклевок для стен, штукатурок, растворов для наружной теплоизоляции и ремонтных растворов.
HPMC для самовыравнивающегося раствора
Самовыравнивающийся раствор должен обладать текучестью. Он должен самостоятельно распределяться по полу, требуя лишь минимального ручного выравнивания. При этом в нем не должно наблюдаться выраженного выделения воды, сегрегации или ослабления поверхности.
В данной системе целесообразно использовать HPMC с низкой вязкостью. Он способствует удержанию воды, не делая раствор слишком тяжелым или липким. Кроме того, он помогает уменьшить осадку и улучшает перекачиваемость.
HPMC 400 и HPMC 4K компании Zhiwei можно тестировать в самовыравнивающихся растворах и других текучих строительных системах. Эти марки обеспечивают легкое регулирование реологических свойств и контролируемое удержание воды. Они помогают смеси сохранять растекаемость, одновременно снижая потери воды с поверхности.
HPMC для плиточного клея
Клей для плитки должен обладать стабильной водоудерживающей способностью и хорошим временем открытой выдержки. Клей должен сохранять достаточный влажный контакт до укладки плитки. Кроме того, он должен обеспечивать удобство нанесения шпателем и стабильность рельефа.
HPMC оказывает положительное влияние на плиточный клей несколькими способами. Он удерживает воду в клеевом слое. Улучшает технологичность при нанесении. Увеличивает время открытой выдержки, необходимое для выравнивания плитки. Помогает уменьшить стекание клея с вертикальных поверхностей. Кроме того, способствует формированию более прочной структуры клея в процессе отвердевания.
В качестве исходного тестового сорта для стандартного плиточного клея можно использовать Zhiwei HPMC 100K. Для обеспечения более прочной консистенции и более высокой водоудерживающей способности рекомендуется использовать Zhiwei HPMC 150K или можно провести испытания с использованием HPMC 200K. Если формуле также требуется более высокая термостабильность или иные реологические свойства, Zhiwei HEMC 100H или HEMC 150H также можно сравнить.
HPMC для шпаклевок, штукатурки и теплоизоляционно-декоративных систем (EIFS)
Шпаклевка для стен и выравнивающий слой должны наноситься ровно и хорошо удерживать влагу. Материал должен равномерно распределяться, заполнять мелкие дефекты и высыхать без появления трещин.
Штукатурный раствор и раствор для фасадных утеплительных систем (EIFS) должны обладать адгезией, обрабатываемостью и устойчивостью к растрескиванию. HPMC улучшает консистенцию раствора и замедляет быстрое высыхание поверхности. Кроме того, он способствует сохранению прочности раствора, обеспечивая продолжение процесса гидратации.
Для таких систем материалы Zhiwei HPMC 100K и HPMC 200K подходят в тех случаях, когда требуется более прочная консистенция и более длительное время открытой выдержки. Zhiwei HPMC 40K может применяться в тех случаях, когда формуле требуется умеренная вязкость и более простое нанесение.
HPMC для цементной штукатурки и напыляемого раствора
HPMC способствует повышению однородности цементной штукатурки. Он облегчает нанесение штукатурки и улучшает её устойчивость к провисанию. Кроме того, он может улучшить насососпособность и обрабатываемость.
Поскольку HPMC удерживает воду, он продлевает время работы. Это способствует достижению цементным раствором более высокой механической прочности в процессе затвердевания. Кроме того, это помогает уменьшить количество трещин в покрытии и повысить гладкость поверхности.
Для напыляемого раствора консистенция должна обеспечивать баланс между насососпособностью и устойчивостью к оседанию. Слишком жидкая смесь может стекать. Слишком густая смесь может забить оборудование или стать труднонапыляемой. Необходимо провести испытания консистенции.
HPMC в подводном бетоне, устойчивом к вымыванию
При укладке под водой обычный бетон может терять цементную пасту. Эфир целлюлозы помогает уменьшить вымывание. Он повышает вязкость и улучшает когезию смеси.
При проведении подводных строительных работ, таких как строительство доков, мостов или ремонт объектов, находящихся в контакте с водой, HPMC или другие эфиры целлюлозы может помочь бетону сохранить форму и снизить потери материала. Дозировка невелика, но эффект может быть значительным. Полную рецептуру всё равно необходимо проверить на текучесть, прочность, время схватывания и устойчивость к вымыванию.
HPMC в суспензионной полимеризации ПВХ
HPMC также используется в производстве синтетических смол, в частности при суспензионной полимеризации ПВХ. В этой системе HPMC выступает в качестве защитного коллоида и диспергатора. Он помогает предотвратить слияние капель мономера и частиц полимера.
HPMC влияет на размер частиц ПВХ, их гранулометрический состав, пористость, насыпную плотность, сыпучесть, термическую стабильность и технологические характеристики. Кроме того, он способствует более эффективному удалению остаточного мономера и поглощению пластификатора.
Во многих системах на основе ПВХ ГПМК используется совместно с ПВА. В качестве отправной точки можно использовать комбинированную диспергирующую систему на основе ПВА и ГПМК-E50. Можно провести испытания при общем уровне диспергатора около 0,05%–0,06% от VCM, при этом доля HPMC-E50 в составе композитного диспергатора должна составлять около 40%–60%. Окончательное соотношение зависит от конструкции реактора, интенсивности перемешивания, степени превращения, температуры полимеризации и соотношения «вода/мономер».
К ключевым факторам, влияющим на морфологию частиц ПВХ, относятся:
| Фактор | Эффект |
|---|---|
| Агитация | Это влияет на размер капель, размер частиц, их распределение и пористость. |
| Система диспергаторов | Он регулирует степень защиты, плотность частиц и их коалесценцию. |
| Коэффициент конверсии | Это влияет на структуру частиц и их усадку. |
| Температура полимеризации | Это влияет на пористость частиц и степень их сплавления. |
| Соотношение «вода к мономеру» | Это влияет на вязкость, теплопередачу и конечную морфологию частиц. |
HPMC в лакокрасочных материалах
HPMC можно использовать в покрытиях на водной основе в качестве загустителя, пленкообразователя, диспергатора и стабилизатора эмульсии. Он помогает регулировать вязкость при хранении и при нанесении. Он позволяет уменьшить стекание и провисание при нанесении.
HPMC также может улучшить контроль поверхностного натяжения, устойчивость к щелочам и кислотам, а также совместимость с пигментами в некоторых системах. Поскольку эфир целлюлозы обладает высокой водопоглощающей способностью, разработчику рецептуры следует избегать чрезмерного дозирования в тех случаях, когда важна водостойкость. Использование сорта с более высокой вязкостью в меньшей дозировке может помочь достичь требуемой вязкости с меньшим ущербом для водостойкости.
HPMC в керамике
Водорастворимые эфиры целлюлозы могут использоваться в качестве экологически чистых связующих веществ при производстве керамики. Неионогенные эфиры целлюлозы характеризуются низким содержанием золы. ГПМЦ и родственные эфиры целлюлозы способствуют обеспечению прочности при формовании и помогают керамическим заготовкам сохранять форму до обжига.
HPMC также может улучшить пластичность и технологические характеристики в системах формования керамики. Выбранный сорт должен соответствовать методу формования, содержанию воды, характеристикам сушки и требованиям к остаточному содержанию.
Использование HPMC в нефтедобывающей промышленности
HPMC и другие эфиры целлюлозы могут применяться в буровых, цементировочных и гидроразрывных растворах. Они могут выступать в качестве загустителей, суспендирующих агентов, средств, снижающих потери жидкости, и модификаторов реологических свойств.
Качественный целлюлозный эфир для нефтепромыслового применения должен быть устойчив к воздействию солей, сохранять вязкость и снижать потери жидкости. ГПМК обладает неионными свойствами, поэтому он может оставаться стабильным во многих системах, содержащих электролиты. Однако избыток электролита все же может привести к гелеобразованию или осаждению. Требуется проведение полевых испытаний.
HPMC в фармацевтической и пищевой промышленности
HPMC используется во многих фармацевтических системах в качестве связующего вещества, загустителя, суспендирующего агента, стабилизатора, материала для пленочного покрытия, материала для контролируемого высвобождения и носителя дезинтегранта. HPMC с низкой вязкостью можно использовать в системах пленочного покрытия. HPMC с высокой вязкостью можно использовать в системах с пролонгированным и контролируемым высвобождением.
HPMC способен образовывать прозрачные и прочные пленки. Он также может повышать стабильность таблеток и уменьшать изменение цвета чувствительных веществ. Эфирные производные HPMC, такие как HPMCP, используются в системах кишечнорастворимых покрытий, в которых характер высвобождения зависит от значения pH.
В пищевой промышленности HPMC может выступать в качестве загустителя, стабилизатора, эмульгатора и гелеобразующего агента. Его термическое гелеобразование может способствовать образованию защитного слоя в некоторых продуктах, подвергающихся нагреванию. Для применения в пищевой и фармацевтической отраслях требуется использование материала соответствующего класса, наличие необходимой документации и разрешения регулирующих органов. HPMC строительного назначения не следует использовать в пищевой или медицинской промышленности.
Руководство по выбору марки HPMC
| Приложение | Основная потребность | Уровень «Чживэй» — для проверки знаний |
|---|---|---|
| Самовыравнивающийся раствор | Текучесть, легкая вязкость, водоудерживающая способность | HPMC 400, HPMC 4K |
| Плиточный клей | Водоудерживающая способность, время открытия, вертикальная стабильность | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
| Шпаклевка и грунтовка для стен | Ровное нанесение, плотность, удержание влаги | HPMC 40K, HPMC 100K |
| Система наружной теплоизоляции и ремонтный раствор | Защита от оседания, улучшение адгезии, технологичность | HPMC 100K, HPMC 200K |
| Изделия из гипса | Равномерное перемешивание и контролируемая консистенция | HPMC 400, HPMC 4K, HPMC 40K |
| Покрытия | Загущение и стабильность при хранении | HPMC 40K, HPMC 100K или сравните с HEC/HEMC |
| Системы повседневного химического использования | Текстура, стабильность, загущение | HPMC 100K, HPMC 150K, HPMC 200K |
Наилучшие характеристики следует подтвердить с помощью небольшого лабораторного испытания. Тип цемента, гранулометрический состав песка, наполнитель, полимерный порошок, соотношение воды, температура и последовательность смешивания — все эти факторы могут повлиять на конечный результат.
Заключение
HPMC — это универсальный эфир целлюлозы, обладающий значимыми преимуществами в промышленных системах на водной основе. Он способен загущать, удерживать воду, стабилизировать частицы, образовывать пленки, улучшать технологичность и способствовать сцеплению. Благодаря этим свойствам он находит широкое применение в производстве строительных материалов, при суспензионной полимеризации ПВХ, в производстве покрытий, керамики, нефтепромысловых жидкостей, бумаги, текстиля, бытовой химии, пищевых продуктов и фармацевтических препаратов.
В сфере строительных материалов HPMC играет особенно важную роль. Даже в небольших дозах он улучшает эксплуатационные характеристики сухих строительных смесей. Он способствует тому, что клей для плитки сохраняет время работы и вертикальную стабильность. Он способствует сохранению текучести самовыравнивающегося раствора, одновременно снижая выделение воды. Он улучшает технологические характеристики и процесс затвердевания штукатурки, шпатлевки, фасадных утеплительных систем и ремонтных растворов.
Zhiwei (Jinan) New Materials Co., Ltd. предлагает практичные марки HPMC для различных требований к вязкости. HPMC 400 и HPMC 4K от Zhiwei подходят для текучих систем. HPMC 100K и HPMC 200K от Zhiwei подходят для сухих смесей с высокой вязкостью, которым требуется более высокая водоудерживающая способность, длительное время открытой консистенции и защита от провисания. Для производителей подходящий сорт HPMC может сделать рецептуру более стабильной, упростить её применение и обеспечить более высокую воспроизводимость в производстве.