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低粘度羟丙基甲基纤维素的黏度特性及应用领域
羟丙基甲基纤维素HPMC为白色至微黄色的粉状物或粒状物，无味、无臭、无毒。根据黏度大小，可将其分为低粘度和高黏度的羟丙基甲基纤维素。黏度是高分子材料的内在性质之一，是由液体在流动时分子间相互作用产生阻力形成的。黏度性质与高分子的凝胶性、成膜性、增稠性、保水性、分散性和黏结性等关系密切。黏度行为是指溶液黏度随环境条件的变化与适应性。
低粘度羟丙基甲基纤维素HPMC具有良好的水溶性，透明度高，凝胶性能好，流动性能强，有表面活性，被广泛应用于医药食品、石油化工、建筑、纺织和电子等行业。利用纤维素醚制备的薄膜等工业产品具有较高机械强度、柔韧性、耐热性和抗寒性，并且与各种树脂和增塑剂有很好的相容性，是良好的包衣材料。然而，低粘度羟丙基甲基纤维素水溶液具有热凝胶行为，可溶于冷水，受热可形成凝胶析出，冷却后再次溶解。这与一般的天然高分子材料（如淀粉）在冷却条件下形成凝胶有显著的不同。在热凝胶变化的过程中，羟丙基甲基纤维素溶液黏度发生较大变化。粘度行为受到多种因素的影响。笔者考察了在温度、pH、浓度、增黏剂、盐分等变化条件下低粘度羟丙基甲基纤维素粘度变化的规律，旨在为利用其粘度特性服务于生产领域提供参考。
1、材料与方法
1.1主要原料及设备 “麦斯”羟丙基甲基纤维素，低黏度，平均分子量40kD，戈麦斯化工（中国）有限公司；结冷胶，河南中尚生物科技有限公司；NaOH，分析纯；NaCl，分析纯。NDJ-8S型数显黏度计，上海衡平仪器仪表厂；磁力加热搅拌器，金坛市成辉仪器厂；双层圆盘电炉，嘉兴市凤桥电热器厂；电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司。
1.2试验方案 主要考查质量分数、温度、酸碱度、促凝剂、盐分质量等对羟丙基甲基纤维素溶液黏度的影响。羟丙基甲基纤维素质量分数设计为1%～8%；温度变化范围设为20～60℃；pH为2～12；结冷胶质量分数为0．10%～0．40%；盐分质量分数为0．1%～0．9%。
1.3试验方法
1.3.1羟丙基甲基纤维素溶液的制备方法。将一定量的去离子水加热到70～75℃，根据试验方案称取一定量的原料，将其溶解。纤维素溶解需在磁力加热搅拌器上进行，搅拌速度300r/min，溶解10min，静置以消除气泡，冷却至室温，备用。
1.3.2羟丙基甲基纤维素溶液黏度的测定方法。采用NDJ－8S型数字式黏度计测量粘度，先估计溶液黏度，参照各个转子量程选择合适转子，将溶液移入直径不小于60mm、高度不低于120mm的筒形容器中，开启电源，将转子置于溶液中，待黏度读数稳定后，记录粘度。2、结果与分析
2.1羟丙基甲基纤维素质量分数对溶液黏度的影响 从图2可以看出，羟丙基甲基纤维素质量分数对溶液粘度有直接的影响。粘度变化趋势是随着羟丙基甲基纤维素质量分数的升高而升高。随着羟丙基甲基纤维素浓度的增加，分子间摩擦力、相互作用及阻滞力增加，流动性减小。从曲线来分析，黏度与质量分数呈指数变化关系，当质量分数为1%～6%时曲线变化较缓，6%～8%时曲线陡增。

2.2温度对溶液黏度的影响 从图3可以看出，温度对溶液黏度有很大的影响。黏度变化趋势是随着温度的升高而下降，温度每升高10℃，羟丙基甲基纤维素溶液粘度下降6MPa·s，在20～60℃的温度变化范围内黏度呈平缓变化的趋势。随着溶液体系温度的升高，内能增加，分子热运动以及各个化学键的运动加强，分子链的柔性增加，同时高分子之间的交联与缠结减少，流体力学体积减小，导致黏度下降。

2.3pH对溶液黏度的影响 从图4可以看出，随着pH的变化，溶液的黏度几乎不变，在pH2．0～12．0的酸碱条件下，其水溶液的黏度都较稳定。可见，羟丙基甲基纤维素具有一定的抗酸碱能力。这个性质更加有利于推广到各行各业，特别是在强酸、强碱条件下，羟丙基甲基纤维素也能得到很好应用。

2.4促凝剂质量分数对溶液粘度的影响 结冷胶是微生物胞外多糖提取物，是一种新型的全透明的凝胶剂。以结冷胶为促凝剂，开展了不同的促凝剂质量分数对羟丙基甲基纤维素溶液黏度的影响。从图5可以看出，促凝剂质量分数对溶液黏度有一定的影响。黏度变化趋势是随着促凝剂质量分数的升高而升高。从曲线来分析，黏度与促凝剂质量分数呈正相关，具有线性关系。结冷胶作为新型亲水性溶液，具有凝胶特性，与纤维素相容性好，具有协同增黏的作用。结冷胶的支链结构与羟丙基甲基纤维素的分子链相互缠绕交错，形成网状结构，对水分束缚作用加强，使得溶液黏度上升。

2.5盐分对溶液黏度的影响 从图6可以看出，NaCl质量分数对溶液黏度有一定的影响。黏度变化总体趋势是随着NaCl质量分数的升高而降低，在0．5%的浓度内下降幅度较大，
但当NaCl质量分数达到0．7%时，溶液的黏度下降较小，逐渐趋于稳定，表明羟丙基甲基纤维素溶液具有一定抗较高浓度盐分的能力。NaCl对羟丙基甲基纤维素分子带电基团有电荷屏蔽作用，使得其分子链上的静电斥力减弱，而且NaCl具有去水化作用，使得羟丙基甲基纤维素分子的去水化基团被限制，导致羟丙基甲基纤维素大分子基团难以伸展，黏度降低，因而黏度降低。当这种作用达到极值时，黏度的变化趋于稳定。

3、结论
粘度是高分子材料的重要性质特征之一。粘度行为反映黏度变化情况、规律。羟丙基甲基纤维素无毒、稳定，可以广泛运用于各个领域。低粘度的羟丙基甲基纤维素黏度行为受到多种因素的影响。羟丙基甲基纤维素溶液黏度随着羟丙基甲基纤维素质量分数的增加呈指数增加的变化趋势，在实际应用中可通过其浓度，提高增稠效果。随着温度的降低，溶液黏度降低，在实际生产中可通过控制温度使其达到合适的黏度，方便操作。羟丙基甲基纤维素水溶液的黏度几乎不受酸碱的影响，一般在pH2～12的范围内较稳定，黏度几乎不变，说明溶液具有很强的抗酸碱能力，应用范围广泛，有广阔的市场前景。结冷胶自身无毒、无害，且与羟丙基甲基纤维素相容性良好，具有黏度行为协同效应。在实际生产中，它可以通过采用结冷胶与羟丙基甲基纤维素不同配比，达到最合适的黏度。随着盐分质量分数的增加，溶液的黏度逐步降低，降低速度也逐渐减慢，并最终趋于稳定，在生产应用中具有一定浓度盐腐蚀的作用。羟丙基甲基纤维素溶液具有增稠、成膜、黏合、分散等作用，其溶液的黏度行为受到多种因素的影响，并且最终影响其应用性能。研究黏度变化规律对指导其在工业上的应用具有参考价值。

戈麦斯化工（中国）有限公司
胶粉、纤维素醚