Целлюлозные загустители CELLOSIZE™ (ГЭЦ)

Гидроксиэтилцеллюлоза CELLOSIZE™ (ГЭЦ, HEC; CAS №9004-62-0) - неионогенный водорастворимый целлюлозный эфир производства Dow. Структурно - цепь целлюлозы с гидроксиэтильными заместителями на свободных гидроксилах глюкопиранозных звеньев (-OCH₂CH₂OH). Полимер растворяется в холодной и горячей воде при pH от 2 до 12, образуя прозрачные или слабо опалесцирующие растворы. Все растворы проявляют псевдопластичное (разжижающееся при сдвиге) поведение: вязкость снижается при высоких скоростях сдвига и восстанавливается в покое, что обеспечивает хорошую наносимость кистью, валиком или пульверизатором и устойчивость к провисанию. Динамическая вязкость растворов (Брукфилд LVF, 25°C) варьирует от 300 мПа·с (марка QP-300, 2%) до более 5500 мПа·с (QP-100MH-V, 1%), что обеспечивает гибкость при подборе марки под конкретный реологический профиль.

Ассортимент CELLOSIZE™ охватывает несколько специализированных серий:

• Серия QP (стандартная): QP-300, QP-2000, QP-4400H, QP-15000H, QP-30000H, QP-52000H, QP-100MH, QP-100MH-V - динамическая вязкость 2% раствора 300-6000 мПа·с или 1% раствора 1100-5500+ мПа·с; плотность 1,36-1,38 г/мл, насыпная плотность 360-600 кг/м³.
• Серия ER (ферментостойкая): ER-4400, ER-15M, ER-30M, ER-37M, ER-52M, ER-100M - модифицированная структура с добавками, снижающими ферментативную деградацию; вязкость и время гидратации эквивалентны сопоставимым маркам QP; плотность 1,32-1,34 г/мл.
• PCG-10 (персональный уход): динамическая вязкость 1% раствора 4400-6000 мПа·с; быстро диспергируется в холодной воде без нагрева.
• Oilfield-марки HEC-15, HEC-18, HEC-60: для тампонажных и буровых систем; вязкость 2% раствора 50-105, 250-400 и 180-325 мПа·с соответственно; HEC-60 специально разработана для сред с высоким содержанием NaCl (до 15%).
• CELLOSIZE HMHEC 500 (гидрофобно модифицированная ГЭЦ): двойной механизм загущения - переплетение цепей и ассоциирование гидрофобных групп; вязкость 1% раствора 600-1200 мПа·с; ньютоновская зона при сдвиге ниже ~12 с⁻¹ с резким переходом к псевдопластичному течению.
• CELLOSIZE Texture (ГПМЦ): серия на основе гидроксипропилметилцеллюлозы (INCI: Hydroxypropyl Methylcellulose) для косметики; вязкость 2% растворов от 40-60 мПа·с (Texture E50) до 75000-140000 мПа·с (Texture K100M).

В вододисперсионных ЛКМ ГЭЦ серий QP и ER обеспечивает псевдопластичную реологию, стабилизирует пигментную дисперсию при хранении, устраняет кратерообразование и подтёки. Серия ER критична для красок с риском ферментативной деградации: целлюлаза, выделяемая бактериями и грибками, деградирует стандартную ГЭЦ за дни-месяцы до ~60 KU, и биоцид не инактивирует уже образовавшийся фермент. В строительных растворах и цементных системах ГЭЦ повышает водоудерживающую способность, обеспечивая равномерную гидратацию вяжущего. В нефтегазовой отрасли марки HEC-15/-18/-60 применяются как агенты водоудержания и регуляторы реологии в тампонажных системах - при 1000 psi и 100°F флюидоотдача HEC-60 составляет ~30 мл (0% NaCl) и 42-80 мл при 5-15% NaCl по данным испытаний Dow. В средствах персонального ухода (шампуни, кондиционеры, гели для бритья, маски) ГЭЦ совместима с анионными, катионными и амфотерными ПАВ; HMHEC 500 дополнительно снижает разбрызгивание при нанесении валиком и улучшает выравнивание покрытия по сравнению со стандартными ГЭЦ.

При выборе марки CELLOSIZE™ определяющие параметры - требуемая вязкость при низком и высоком сдвиге, риск ферментативной деградации и концентрация электролитов в системе. Высоковязкие марки (QP-100MH, QP-52000H) применяются при низких дозировках и обеспечивают максимальную устойчивость к провисанию; низковязкие (QP-300, QP-4400H) дают лучшее выравнивание и снижают разбрызгивание при нанесении. Растворы не рекомендуется готовить с концентрацией выше 2,5-3% - вязкость становится неуправляемой. Хранить в сухом помещении при температуре не выше 40°C. Для корректного подбора марки и уровня дозирования рекомендуется запрашивать TDS производителя или согласовывать выбор с техническим специалистом.

Как выбрать между стандартными марками QP и ферментостойкими ER для вододисперсионной краски? Выбор определяется риском ферментативной деградации: при стабильных санитарных условиях производства достаточно марок QP с биоцидом. ER-марки применяются там, где целлюлолитические ферменты уже присутствуют или могут попасть в систему - биоцид инактивирует микроорганизм, но не сам фермент целлюлазу, который разлагает ГЭЦ до потери вязкости ~60 KU за дни или месяцы. При этом вязкость, время гидратации и эффективность ER-марок эквивалентны сопоставимым QP по данным TDS Dow.

Чем ГЭЦ CELLOSIZE™ отличается от ассоциативных загустителей HEUR/HASE при загущении латексной краски? ГЭЦ загущает за счёт переплетения полимерных цепей и не зависит от взаимодействия с поверхностью латексных частиц - именно поэтому она стабильна к электролитам и работает в диапазоне pH 2-12 без аномалий вязкости. Ограничение - более низкая вязкость при среднем сдвиге (ICI) по сравнению с HEUR, что снижает покрывность; для баланса ГЭЦ и HEUR/HASE часто комбинируют в одной рецептуре, регулируя соотношение по результатам испытаний.

Подходит ли CELLOSIZE™ для систем с высокой концентрацией NaCl? Стандартные марки QP/ER устойчивы к растворённым электролитам при умеренном содержании солей, однако при NaCl выше 5% применяется специализированная марка HEC-60. По данным испытаний Dow, HEC-60 при 5% NaCl даёт флюидоотдачу 42 мл, при 10% - 60 мл, при 15% - 80 мл (1000 psi, 325-меш), тогда как HEC-15 при NaCl > 5% полностью теряет функцию водоудержания.