聚合物溶解过程监测以提高产品稳定性-Turbiscan DNS应用

介绍

聚合物在很多高附加值行业中均有应用，例如：涂料/粘合剂、药品、化妆品。聚合物可以有效的调节最终产品的质地、稳定性、成膜性能等。

值得注意的是，聚合物溶解过程是否充分，对增强分散性、乳化能力和颗粒悬浮液至关重要。实际上许多因素均会影响聚合物溶解过程，并且没有官方的方法或技术来量化它。

本应用介绍了研究不同聚合物的溶解过程的新方法，TURBISCAN^®DNS能够表征和定量聚合物的溶解过程，以增强最终产物的稳定性.

聚合物溶解

聚合物溶解过程可以简单通过以下3个步骤表示：

1） 将聚合物颗粒刚刚加入溶剂时，为固体状态

2） 然后聚合物逐渐溶胀

3） 分散成均匀溶液（溶剂是理想溶剂）

为了达成完美分散，以下这些因素均会影响溶解过程：

• 聚合物自身性质：链长，分子量，基团

• 聚合物种类，合成聚合物（用于涂料、树脂等）或天然聚合物（植物蛋白质、纤维素…）

• 配方的参数：溶剂、pH、离子强度

• 分散过程：温度、搅拌时间的影响

聚合物完全溶解是保证产品均匀性、最终性能和稳定性的关键。例如提高分散性、保证乳化效率，吸附性、防止沉降和有针对性的缓释过程。

仪器原理

基于静态多光散射(SMLS)的Turbiscan技术的工作原理是利用近红外光源照射样品，然后获取样品从底部到顶部整个高度的背散射(BS)和透射(T)信号。

Turbiscan DNS具有两个模块：

T-MIX：直接在测量池内部带有搅拌叶片，适合测量颗粒分散度（混合速度高达2000rpm）。

T-LOOP：通过蠕动泵创造循环，适合在线监测，优化分散过程。

实验方法

• 准备了三种聚合物：Gum 1 是合成阿拉伯树胶，而 Gum 2 和Gum 3 是天然级树胶.

• 使用T-mix模块，将1%的树胶加入到15ml水中，然后立即开始获取T信号，在40°C（厂商推荐温度）下搅拌溶解，并持续测量溶解过程。

• 取Gum 3 不同溶解时间的溶液（15min和40min）制备成乳液，并用Turbiscan Dns测量其稳定性

结果与讨论

下图是三种聚合物溶解过程的溶液透射光强度变化过程。

首先，当粉末（树胶）开始分散时，透光强度降低（介质中有更多散射体）。在第二步骤中，透射强度随着溶解过程而逐渐增加。我们可以看到，Gum 2和Gum 1很快就会显示出平稳值。说明这两种聚合物有着快速的溶胀/溶解过程。

然而，Gum 3显示出更长的溶解过程。最后在30min后完全溶解，比起其他两个聚合物需要更多的搅拌时间。这说明在使用Gum3时需要注意调整工艺，以保证分散。

为了进一步验证分散过程对稳定性的影响，取Gum 3 不同溶解时间的溶液（15min和40min）制备成乳液，并用Turbiscan Dns测量其稳定性。结果如下图所示。

正如预期的那样，聚合物仅有15min分散的溶液制成乳液的稳定性更差。

结论

TURBISCAN^®DNS具有混合和在线测量功能，是测量和监测聚合物溶解过程的仪器。定量比较了三种聚合物的溶解过程，验证了聚合物溶解过程对产品稳定性的影响。