Carbomer樹脂通論的資料第1頁/共131頁Carbopol?andPemulen?

高聚物介紹概要A. 什么是Carbopol

andPemulen高分子聚合物?B.Carbopol

andPemulen高分子聚合物的六種主要功能C. Carbopol高分子聚合物的特性D. Carbopol凝膠的流變性E. Carbopol

andPemulen敏感性F. Carbopol

andPemulen高分子聚合物的使用G. 疑難解答第2頁/共131頁Carbopol?高分子聚合物是...流變修飾劑聚丙烯酸樹脂高分子量交聯(lián)作用CTFA/INCI名:Carbomer(均聚物)Acrylates/C10-30AlkylAcrylateCrosspolymer(共聚物)CCCOOHnHHH第3頁/共131頁Carbopol?

在個人護理產(chǎn)品中的應(yīng)用頭發(fā)護理香波定型著哩摩絲染發(fā)產(chǎn)品燙發(fā)產(chǎn)品皮膚護理保濕著哩膏霜和乳液含酒精的著哩膠防曬產(chǎn)品沐浴露脫毛膏第4頁/共131頁Carbopol?在藥用產(chǎn)品中的應(yīng)用藥片和膠囊口腔護理產(chǎn)品（牙膏）生物粘附應(yīng)用局部給藥著哩膠局部給藥霜和乳液含漱乳液及外敷乳液獸用藥第5頁/共131頁Carbopol?

用于家居護理andI&I洗潔精織物護理硬表面清潔洗手液上光劑和殺蟲劑空氣清新汽車護理其他固體燃料油漆清除第6頁/共131頁Carbopol?

和Pemulen?

聚合物

的六種主要功能增稠并使流體具有很寬范圍的流動性懸浮不溶物給予體系很好的穩(wěn)定性(Carbopol

樹脂)乳化作用(Pemulen

聚合物)控制釋放水或活性成分生物粘附性，增加活性成分的吸收第7頁/共131頁Carbopol?&Pemulen?

聚合物的特性高度的增稠懸浮能力很寬的溫度下穩(wěn)定極佳的透明度獨特和可控制的流便能力很好的抗微生物能力第8頁/共131頁Carbopol?&Pemulen?

聚合物開發(fā)史苯溶劑聚合均聚物

Carbopol940and934共溶劑聚合均聚物Carbopol980and981疏水改性的共聚物

Carbopol1382,PemulenTR-1andTR-2容易分散的Carbopol?ETD?2001,2020,2050andUltrez?10late1950’smid1980’s1990‘s2000’s耐鹽的Carbopol1342全新的AquaSF-1Ultrez?21，20第9頁/共131頁Carbopol?

聚合物的特性化學(xué)描述: 非線性的聚烯基聚醚交聯(lián)的高分子丙烯酸聚合物外觀: 白色粉末顆粒大小: 2-7微米堆積密度: 176-208g/cm3pH(1%水分散) 2.5-3.0出廠時水含量: <2%平均當量 76±4第10頁/共131頁Carbopol?

聚合物顆粒的Carbopol聚合物顆粒初始顆粒為松散小顆粒不能用傳統(tǒng)的方法測出分子量估計一個初始顆粒平均分子量為幾十億道爾頓聚合物溶漲或分散在水或其他溶劑中它不會溶解第11頁/共131頁ParticleNatureofCarbopol?

&Pemulen?Polymers“大塊”顆粒平均大小為 2-7微米初始顆粒大小

-

最小 =0.046微米

-

最大 =0.280微米

-

平均 =0.200m微米顯微鏡放大20,000X第12頁/共131頁聚合溶劑Carbopol?

和Pemulen?

通過以下三種溶劑系統(tǒng)聚合:苯醋酸乙酯醋酸乙酯和環(huán)己烷共溶劑第13頁/共131頁Carbopol?andPemulen?

樹脂的類型

和凝膠特性

傳統(tǒng)Carbopol

樹脂

以苯為 共溶劑

溶劑

934 2984 Ultrez?10 非常高黏度;短流 均聚物

5984 奶油狀感覺;

對鹽敏感 940 980 Ultrez10 非常高黏度;短流; 均聚物

ETD?2001* 奶油狀感覺;

對鹽敏感 941 981 ETD2050 低黏度;長流 均聚物

拉絲結(jié)構(gòu);

對鹽敏感 1342 1382 ETD2020 高黏度;長流 共聚物

Pemulen

TR-1 拉絲結(jié)構(gòu)

Pemulen

TR-2 對鹽敏感不高易分散的Carbopol樹脂凝膠特性樹脂類型*ETD2001對鹽更不敏感第14頁/共131頁Carbopol?&Pemulen?

樹脂的應(yīng)用 0.5%用量下推薦型號 開發(fā)要求 黏度(厘泊)*Carbopol?Ultrez?10/ETD?2001 水晶狀透明凝膠 55,000Carbopol

940/980 50,000Carbopol

Ultrez10 穩(wěn)定體系 55,000Carbopol

934/5984 35,000Carbopol?ETD?2020/ETD2001 含電解質(zhì)體系 55,000 (1%)Carbopol

1342/1382 50,000 (1%)Carbopol

ETD2050 長流/低黏度 12,500Carbopol

941/981 7,500Pemulen

TR-1 主乳化劑 11,000**PemulenTR-2 主乳化劑 3,000***Brookfield@20rpm **乳液黏度第15頁/共131頁Carbopol?

樹脂的兼容性第16頁/共131頁Carbopol?

樹脂應(yīng)用指導(dǎo)通用樹脂 容易分散的樹脂 ETD?2001 ETD2050 ETD2020傳統(tǒng)樹脂 934 940 941 1342共溶劑樹脂 2984/5984 980 981 1382 INCI/CTFA命名 carbomer carbomer carbomer carbomer acrylates/C10-30alkyl acrylatecrosspolymer特性

流體性質(zhì) 短

短 非常短

長 長

相對黏度 高

高 非常高

低 中

懸浮能力(屈服值) 高 高

高 高

高

黏液透明度 高

中 高

高

高

相對離子容忍度 低

低 低 中

高

相對耐剪切能力 中

高 高

低 低應(yīng)用

透明凝膠 ? ? ? ?

水-醇凝膠 ? ? ? ?

乳液 ? ? ?

高霜 ? ? ?

表面活性劑體系 ? (特殊的香波，清潔產(chǎn)品)

高電解質(zhì)體系(蘆薈) ?(ETD2001) ?Carbopol?Ultrez?10AquaSF-1第17頁/共131頁Pemulen?

乳化劑

Pemulen

聚合物 PemulenTR-1 PemulenTR-2 INCI/CTFA命名 acrylates/C10-30alkyl acrylates/C10-30alkyl acrylatecrosspolymer acrylatecrosspolymer特性

主乳化劑 是

是

油相填充量* ?30% ?70%

相對黏度 高

低

屈服值 高

高

有效pH范圍 4-9 4-9

一般使用濃度范圍 0.2-0.4%** 0.15-0.3%**應(yīng)用領(lǐng)域

乳液（一般油相含量）

膏霜（一般油相含量）

可噴乳液

膏霜，乳液（很高的油相含量） *無第二乳化劑**在高電解質(zhì)下使用高濃度第18頁/共131頁Carbopol?

樹脂應(yīng)用指導(dǎo)第19頁/共131頁Carbopol?

聚合物應(yīng)用選擇應(yīng)用乳液凝膠香波/沐浴露ETD?2050Ultrez?10LowClarityorViscosityLowClarityETD2050結(jié)果高黏度高黏度低黏度結(jié)果低黏度ETD2020OKOKETD2001第20頁/共131頁易分散Carbopol樹脂的特點及優(yōu)勢均聚物特別容易分散寬廣的應(yīng)用范圍在膏霜，乳液及凝膠中高效能優(yōu)雅,不發(fā)粘的膚感在專利的乙酸乙酯/環(huán)己烷共溶劑中聚合形成。共聚物容易分散適合在表面活性劑及高電解質(zhì)體系中應(yīng)用在香波，沐浴露和其它表面活性劑體以系及含提取液的體系中有高的效能。極佳的流變性及在表面活性劑體系中有很好的懸浮能力。在專利的乙酸乙酯/環(huán)己烷共溶劑中聚合形成。CarbopolUltrez10CarbopolETD2020第21頁/共131頁Carbopol?

聚合物的特性...增稠-產(chǎn)生廣闊范圍的黏度和流動性懸浮-使不溶性組分永久懸浮于體系中乳化穩(wěn)定-使所制備乳劑有極好的耐熱耐寒性能第22頁/共131頁Carbopol?

聚合物如何增稠Carbopol?Powder第一步:粉末第二步:水合第三步:中和第23頁/共131頁第一步:粉末在接觸水之前,交聯(lián)的丙烯酸樹脂卷得很緊COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOH第24頁/共131頁第二步:水合在水中分散后,聚丙烯酸樹脂鏈開始展開COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOH第25頁/共131頁第三步:中和用堿中和后，沿聚合物主鏈產(chǎn)生負電荷電荷間的排斥力，使卷曲的聚合物變成展開的結(jié)構(gòu)NH4+NH4+NH4+NH4+NH4+COO–COO–COO–COO–COO–COO–第26頁/共131頁黏度1500厘泊需要的增稠劑的用量增稠劑濃度(wt%)Carbopol?940Carbopol?934AcrylicEmulsionCopolymerHECCMCpH=7.0BrookfieldViscosity(cP@20rpm)第27頁/共131頁水中增稠劑的增稠效率黏度,cP(mPa·s)增稠劑用量(wt%)100,00010,0001,000100100.51.01.52.02.5BrookfieldRVT@20rpmCarbopol?940HPMCAcrylicEmulsionHECCMC第28頁/共131頁不同Carbopol?

的黏度比較聚合物濃度(wt%)pH7.5Viscosity:BrookfieldRVT@20rpm#6spindleCarbopolPolymers黏度,cP(mPa·s)第29頁/共131頁中和后Carbopol?

樹脂在水中的狀態(tài)crosslinksNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–COO–第30頁/共131頁Carbopol?

聚合物粒子大小干粉水合后樹脂溶脹膠粒2-7μpH=3.020-70μpH=7.0Carbopol

樹脂在水中中和后約能膨脹1000倍(大聚集顆粒)第31頁/共131頁Carbopol?

聚合物的增稠機理空間被溶脹的微凝膠填充用無機堿(如氫氧化鈉溶液)或

有機堿(如三乙醇胺)中和

氫鍵作用這是Carbopol?

聚合物主要的增稠機理第32頁/共131頁微凝膠增稠機理模式稀溶液:

顆粒達到溶脹平衡(c<c*)飽和溶液:

顆粒達到溶脹平衡(c=c*)過飽和:

顆粒未完全溶脹開(c>c*) c=Carbopol?

在凝膠中的濃度 c*=臨界重疊濃度第33頁/共131頁Carbopol?

樹脂在水中的增稠效果聚合物濃度(wt%)pH=7BrookfieldRVT@20rpm黏度,cP(mPa·s)第34頁/共131頁pH對黏度的影響0.5%Carbopol?

在水中的黏度246810121,00010,000100,000Ultrez?10pHETD?2020ETD2050BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第35頁/共131頁高pH值凝膠的黏度

用2.5%氫氧化鉀中和至pH13.1Carbopol樹脂用量(wt%)Carbopol?PolymersBrookfieldRVT@20rpm黏度,cP(mPa·s)第36頁/共131頁40%KOH中黏度與聚合物濃度的關(guān)系pH>13.0BrookfieldRVT@20rpm聚合物濃度(wt%)Carbopol?940Carbopol934Carbopol941Viscosity,cP(mPa·s)第37頁/共131頁40%KOH溶液中聚合物黏度的穩(wěn)定性2.0%Carbopol?9401.5%Carbopol940pH>13.0BrookfieldRVT@20rpm第38頁/共131頁氫鍵的增稠機理

如：

-

含乙氧基或丙氧基非離子表面活性劑

-

多羥基化合物如丙二醇，甘油，等等。

-

皂中的脂肪酸

-聚乙烯醇

-

有機酸如檸檬酸和醋酸Carbopol?

樹脂與一些羥基給予體形成氫鍵作用第39頁/共131頁氫鍵作用增稠:如何作用?增稠是因為非常大協(xié)力結(jié)構(gòu)的形成.這個緩慢的過程需要幾分鐘到幾個小時。氫鍵結(jié)合示意圖OHCCCCCCCCCOHOHC=OHOHOCCCOHC=OCCCCC=OOHCCCCC=OOHCCC=OOHCCOCCOC=OCCHOC=OOHC=OOHC=OOHCarbopol?

聚合物的骨架–帶(COO-)基團多羥基化合物第40頁/共131頁Carbopol?

凝膠懸浮顆粒膨脹的微凝膠被懸浮的顆粒第41頁/共131頁屈服值用Carbopol?

增稠的溶液有很高的屈服值。屈服值是指在壓力作用下，為使流體流動所需克服的起始阻力。屈服值（而不是黏度）是決定懸浮能力的主要因素。第42頁/共131頁屈服值的應(yīng)用懸浮垂懸穩(wěn)泡乳化穩(wěn)定第43頁/共131頁屈服值比較硅酸鎂鋁丙烯酸乳液黃芪膠洋槐豆樹膠瓜爾膠羥乙基纖維素羥基丙基甲基纖維素聚氧乙烯發(fā)煙硅膠屈服值（達因/平方厘米

)Carbopol?940Carbopol934Pemulen?TR-1Carbopol941CMC漢生膠角叉菜膠褐藻膠0.10.51.05.010100100010,000水溶液中懸浮劑濃度(wt%)第44頁/共131頁黏度和屈服值 布洛克菲

布洛克菲

沙粒的

物料名 黏度(cP) 屈服值 懸浮 (dynes/cm2)

0.10%Carbopol?934 1,950 124 永久 2.5%洋槐豆樹膠 22,800 80 8小時 1.5%羧甲基纖維素鈉 5,900 36 3小時 1.5%瓜爾膠 8,040 32 4小時 2.5%海藻酸鈉 8,360 16 2小時第45頁/共131頁屈服值對砂的懸浮體的影響 布洛克菲

沙粒的物料名

黏度(cP) 屈服值(dynes/cm2)

懸浮0.15%Carbopol?941polymer 2,900 500 永久0.25%Carbopol934polymer 6,350 410 永久3.00%黃芪膠(均化) 9,740 276 永久0.18%Carbopol934polymer 2,420 136 永久0.10%Carbopol941polymer 1,950 124 永久0.15%Carbopol934polymer 1,600 90 48小時2.5%洋槐豆樹膠 22,800 80 8小時1.5%聚氧乙烯 2,040 40 3小時1.5%羧甲基纖維素鈉 5,900 36 3小時1.5%瓜爾膠 8,040 32 4小時2.5%海藻酸鈉 8,360 16 2小時3.0%黃芪膠(低剪切結(jié)構(gòu)) 940 5 2小時第46頁/共131頁Carbopol?

樹脂的屈服壓力Ultrez?10934940ETD?2001980ETD?20201342ETD?2050941981屈服壓力(Pa)1%Carbopol凝膠pH=7.0YieldstresspredictedfromPhysicaRheometerusingCassonrheologicalmodel1Pa=10dynes/cm2第47頁/共131頁不同PH下Carbopol?

樹脂屈服值屈服值(dynes/cm2)pH5000400030002000100005678910Carbopol?940Carbopol?Ultrez?10Carbopol?ETD?2020Carbopol934CarbopolETD2050Carbopol941BrookfieldRVT第48頁/共131頁4,5004,0003,5003,0002,5002,0001,5001,00050000.20.30.40.50.60.70.80.91.0各種Carbopol?

樹脂屈服值比較屈服值(dynes/cm2)聚合物濃度(wt%)Carbopol?Ultrez?10Carbopol?ETD?2020Carbopol940Carbopol934Carbopol?ETD?2050Carbopol941BrookfieldRVT第49頁/共131頁40%KOH溶液中聚合物濃度與屈服值關(guān)系屈服值(dynes/cm2)聚合物濃度(wt%)Carbopol?940Carbopol934Carbopol941pH>13.0BrookfieldRVT第50頁/共131頁交叉鏈接的密度交叉鏈接的密度直接影響屈服值Carbopol?941輕度交聯(lián)Carbopol940高度交聯(lián)0.1%wt1.0%wt低密度球高密度球第51頁/共131頁屈服值的測量恒應(yīng)力流變儀布羅克非粘度外推法懸浮球試驗法第52頁/共131頁測量屈服值:

恒應(yīng)力流變儀剪切壓力,Pa剪切速度,s-1(in1%NaClsolutionatpH7.6)Carbopol?940Carbopol934Carbopol941Carbopol?ETD?2020Carbopol?Ultrez?10第53頁/共131頁布羅克菲法測屈服值布羅克菲值(dynes/cm2)=(BrookfieldVisc.@0.5rpm–BrookfieldVisc.@1rpm)100第54頁/共131頁懸浮球試驗法所需的最低屈服值4/3R(D-D0)g單位g/cm.s2 where: R=球的半徑(cm)

D=球的密度(g/cm3)

D0=膠體密度(g/cm3)

g=重力加速度(980cm/s2)

=凝膠重力球體積,4/3∏r3橫截面積,

∏r2球的體積x球的密度球的體積x凝膠密度x重力加速度橫截面積第55頁/共131頁懸浮球試驗法比較將不同材料的懸浮球放入凝膠，標定位置凝膠在室溫下儲存30天屈服值與沒有顯著下沉的最大密度的懸浮球有關(guān)測試了17種助懸浮劑在10濃度下對顆粒的懸浮粘度=33,000厘泊0.4%9342.3%CMC2.1%Guar6.0%Xanthan第56頁/共131頁Carbopol?

聚合物特性...增稠懸浮乳化穩(wěn)定第57頁/共131頁Carbopol?

均聚物的乳劑穩(wěn)定能力Carbopol均聚物提供屈服值穩(wěn)定乳劑并阻止油滴聚集Carbopol微膠囊油滴薄層相第58頁/共131頁Carbopol?

樹脂的流變性和微觀結(jié)構(gòu)第59頁/共131頁流變性是...研究變形與流動的關(guān)系。測量形變造成的反應(yīng)。第60頁/共131頁Carbopol?

樹脂獨特的流變性流變性的基本概念Carbopol凝膠的流動特性屈服值的重要性和測量Carbopol和其他聚合物的懸浮性第61頁/共131頁Carbopol?&Pemulen?

凝膠的流變性長流或短流高度的剪切變稀能力容易分散容易使用少許或無觸變性快速恢復(fù)粘度和懸浮力低濃度下非常高的屈服值允許“垂懸”懸浮不溶物L(fēng)owtohighrigidity第62頁/共131頁長流和短流

高度交聯(lián)，高分子量Carbopol?Ultrez?10,ETD2001,934,940低的交聯(lián)度，相對低分子量Carbopol?ETD?2050,ETD

2020,941,1342短流流變性長流流變性第63頁/共131頁Carbopol?

樹脂的流變性參數(shù)

流變性 符號

說明

黏度 () 剪切變稀能力(不同的剪切速度下測量）屈服壓力 yld

該值越大，懸浮能力越好

觸變性參數(shù) T.I.

值越大,thelowerthegel strengthandthegreaterthechancefor irreversiblestructurebreakdown.也是 粘度回復(fù)能力的指標.硬度系數(shù) G0

值越大，凝膠越硬；值越小，凝膠越軟.第64頁/共131頁粘度不僅是一個數(shù)值，也是條曲線MeasurementofFlowPropertiesShearStress(measuredtorque)

ShearRate(appliedrotationalspeed)NewtonianViscosity=shearstressshearrateViscosityunits:Centipose(cP)orMilliPascalseconds(mPa·s)第65頁/共131頁RheologyofNon-NewtonianFluidsNon-NewtonianfluidsdisplaydifferenttypesofshearstressbehaviorwithshearrateFormulationscontainingCarbopol?exhibit

EllisPlasticbehavior-suchsystemshaveyieldvalueandareshearthinningEllisPlasticBinghamPlasticPseudoplasticNewtonianDilatantShearRateShearStress第66頁/共131頁RheologyofCarbopol?PolymersCarbopolgelshavewhatiscalleda“yieldvalue”ShearStressShearRateEllisPlasticyieldvalue第67頁/共131頁Shear-ThinningNatureofCarbopol?GelsHighapparentviscosityatrest

-"Staysput"Lowviscosityunderstress

-Easypumping, spraying, spreading0.5%Carbopol9400.5%Pemulen?TR-10.5%Carbopol9411,000,000100,00010,0001,0000.51.01050100Brookfield(rpm)BrookfieldRVTViscosity,cP(mPa·s)第68頁/共131頁Shear-ThinningNatureofCarbopol?GelsGelsofCarbopolpolymersshowgreatreductioninapparentviscosityunderhighshearAlthoughmanyrheologymodifiersandthickenersshowsuchbehavior,noneareasefficientasCarbopolpolymersForexample,amucilagemaynotbepourablefromacontainer.Yetwhenforcedthroughtheorificeofatypicalpressurizedpumpnozzle,themucilageisliquid-like.第69頁/共131頁Carbopol?

凝膠的剪切變稀特性剪切停止后，粘度迅速回復(fù)Carbopol聚合物是黏彈性的剪切停止剪切第70頁/共131頁ShearThinningBehaviorof

Carbopol?PolymerMucilagesShearRateViscosity第71頁/共131頁ThixotropyThixotropyrepresents(elastic)stresslossaftershearing.

Example: Gelatin-lowthixotropy

Wetsand-highthixotropyThixotropyisdeterminedbyfirstmeasuringshearstressasafunctionofincreasingshearrateandthenmeasuringasshearrateisreturnedbacktothestartingvalueThixotropyistheareabetweencurvesMostCarbopol?gelsexhibitlittle/nothixotropyThixotropicLoopShearRateShearStress第72頁/共131頁RheologyofCarbopol?PolymersMeasurementofcreepproperties:ComplianceandRigiditytimeShearStrain()(measureddisplacement)StressappliedStressremovedComplianceRigidity第73頁/共131頁Carbopol?MicrogelRigidityMethod: Creeptestusing

computerized

rheometerStrain()asafunctionofTime:theareaundercurveThemoreareaunderthe

curve,thegelismore

compliantThelessrecovery,themorerigidStrain()Time(s)Carbopol1342Carbopol941Carbopol940Carbopol9340.300.250.200.150.100.05020406080100120140150180200Creep-RelaxationCurvesPolymer=1%第74頁/共131頁RheologicalProfilesofCarbopol?Polymers1.0wt%Carbopol

polymermucilagesNeutralizedwithNaOH@pH:7.3-8.2;25°CRheological Symbol,Property Units 934 940 941 Ultrez?10 ETD?2020 ETD2001Rigidity GO,Pa 740 430 26 980 326 540Thixotropic T.I., 305 43 5 310 12 83Index Pa/s.cm3YieldStress yld,Pa 95 100 14 110 150 124Viscosity ,mPa.s(cP) 74,500 75,800 10,700 84,300 63,200 77,300CarbopolCarbopol?Carbopol?Carbopol第75頁/共131頁Carbopol?

微膠體的硬度

Polymer Rigidity MucilageTexture Carbopol

1342 6 Longrheology/Soft Carbopol

941 25 Longrheology/Soft Carbopol

940 430 Shortrheology/Soft Carbopol

934 790 Shortrheology/Soft第76頁/共131頁Carbopol?

和Pemulen?

的敏感性第77頁/共131頁Carbopol?

和Pemulen?

聚合物的敏感性MechanicalshearIonsandsaltsCationicsUVlightTemperatureMicrobes第78頁/共131頁EffectofMechanicalShearProlongedhomogenizationisnotrecommendedIrreversiblelossofviscosityandyieldvaluemayoccurNeutralizedCarbopol?polymerProlongedshearingresultsinviscositylossPumpingofgelbestdonewithdiaphragmandpositive

displacementpumpsUnneutralizedCarbopol

polymerLesssusceptibletosheardegradation(exceptfor941“type”)Marine-bladeagitationrecommendedLowercross-linkedCarbopol

polymersarethemostsensitive第79頁/共131頁EffectofTurbineShearonViscosity

of0.5%Carbopol?

PolymerMucilageTekmarrotor-statorhomogenizer@8,500rpmShearTime(minutes)50,00040,00030,00020,00010,0000051020980,940981,9411382,1342CarbopolPolymerpH=7.0BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第80頁/共131頁EffectofElectrolytesonViscosityEffect:PermanentlossofviscosityReductionofclarityMultivalentionscausemoreseriousimpactSolution:MinimizeelectrolyteswheneverpossibleIncreaseconcentrationofCarbopol?polymer第81頁/共131頁ElectrolyteSensitivityofCarbopol?

andPemulen?PolymersSourcesofelectrolytes:Formulation

Inorganicsalts,ionicsurfactants,botanicals,somepreservativesWaterSodiumionsfromsoftwaterCalciumandmagnesiumionsfromhardwaterChloridefromtreatedtapwater Note:Deionizedwaterisrecommended第82頁/共131頁

RelativeElectrolyteSensitivityof

Carbopol?PolymersEachCarbopolpolymercantoleratecertainlevelsofelectrolytesCarbopol?ETD?2020>1342>ETD2001> ETD2050>941>940>934>Ultrez?10Inallcases,electrolytesreducethickeningefficiency第83頁/共131頁EffectofSaltonCarbopol?PolymerGelsBeforeSaltAddition:SwollenMicrogelSuspendedParticle第84頁/共131頁EffectofSaltonCarbopol?PolymerGelsAfterSaltAddition:CollapsedMicrogelParticle第85頁/共131頁EffectofMono-andDivalentSalts

onCarbopol?Polymer0.010.020.050.100.200.501.001002505001,0002,5005,00010,000Polymer(wt%)941(1.00wt%)effectofNaCleffectofCaCl2941(0.25wt%)effectofNaCleffectofCaCl2pH=7.0BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第86頁/共131頁%NaClEffectonCarbopol?PolymerGelViscosities1.0%PolymerpH7.0-7.3NaClConcentration(wt%)80,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,000000.20.40.61.0980,9405984,934981,9411382,1342CarbopolPolymerBrookfieldRVT@20rpm0.8Viscosity,cP(mPa·s)第87頁/共131頁ViscosityResponseofCarbopol?GelstoSalt45,00040,00035,00030,00025,00020,00015,00010,0005,0000.00.20.40.60.81.0NaClConcentration(wt%)1382ETD202013421.0%Polymer@pH7.0BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第88頁/共131頁ViscosityResponseofCarbopol?GelstoSaltNaClConcentration(wt%)1.0%Polymer@pH7.0BrookfieldRVT@20rpmCarbopolPolymerViscosity,cP(mPa·s)第89頁/共131頁Viscosityvs.PolymerConcentration

inNaClSolution(in1%NaClsaltsolutionatpH7.6)Carbopol?934Carbopol

940Carbopol

941Carbopol?ETD?2020Carbopol?Ultrez?10第90頁/共131頁Thickeninga5%NaClSolution100,00010,0001,0001001.02.03.04.05.0PolymerConcentration(wt%)Carbopol?1342Carbopol941Carbopol940BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第91頁/共131頁陽離子的影響陽離子的影響透明度下降黏度損失Complexationofanionicpolymercausesprecipitation因由Carbopol?

樹脂是陰離子聚合物解決方法使用非常低濃度的陽離子加入陽離子之前中和采用低電荷密度高分子量的陽離子比如:聚季胺鹽-39,陽離子瓜爾膠采用耐離子的Carbopol?ETD?2020第92頁/共131頁紫外光的影響紫外光的影響:黏度損失透明度下降解決方法:加入紫外吸收劑(如二苯甲酮-4)加入EDTA二鈉注意:紫外吸收劑和EDTA二鈉有增效作用紫外吸收劑用量:0.05%第93頁/共131頁溫度的影響DryCarbopol?polymer:

-Stableto104°C(TgofCarbopol?polymer)

-Decompositioncompletein30minutesat260°CCarbopolpolymerinformulations:

-Usefulunderfreeze-thawconditions

-Minimalviscositychangewithtemperature

-Stableathightemperatures第94頁/共131頁BroadTemperatureStability100,00010,0001,0000102030405060Temperature(°C)Carbopol?940Carbopol941Carbopol934PolymerConcentration=0.5%wtBrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第95頁/共131頁微生物影響Carbopol?andPemulen?polymerswillnotpromoteorsupportbacteriaorfungusgrowthPreservativesshouldbeusedinstockdispersionsorwithanyaqueousformulaCompatiblewithtypicallevelsofpreservatives(notcompatiblewithbiocidalquaterniums)第96頁/共131頁PuttingCarbopol?andPemulen?PolymerstoWorkHowtodisperseCarbopol

polymersHowtoneutralizeCarbopol

systemsHowtohandleCarbopol

polymers第97頁/共131頁分散

準備第98頁/共131頁DispersionViscositiesof

VariousCarbopol?PolymersUnneutralized5,0004,0003,0002,0001,0000Ultrez?10ETD?2020981980941940Polymer=1.0(wt%)BrookfieldRVT@20rpmViscosity,cP(mPa·s)第99頁/共131頁ConcentrationDependenceof

DispersionViscositypH=2.5-3.5BrookfieldRVT@20rpmPolymerConcentration(wt%)934940941Ultrez?10ETD?2020Viscosity,cP(mPa·s)第100頁/共131頁三種Carbopol?

樹脂(未中和)分散后外觀比較Carbopol9401%Weight3,425cPBrookfieldRVT@20rpm,#3spindleHomogenousCarbopol?ETD?20201%Weight85cPBrookfieldRVT@20rpm,#1spindleLayeredPhasesCarbopol?Ultrez?101%Weight15cPBrookfieldRVT@20rpm,#1spindleSettledOverview.ppt,slide104BFGoodrich第101頁/共131頁Carbopol分散初始階段所需的濕潤時間*Carbopol?934940941Ultrez?10ETD?2020濕潤時間,分鐘>50>50>>50515*2.5克Carbopol粉末撒在500毫升去離子水的表面.第102頁/共131頁如何分散傳統(tǒng)的Carbopol?

樹脂將Carbopol以細微顆粒緩慢加入

(可用篩子,噴射器或其他機械分散裝置)如果可能，首先將Carbopol加入配方盡可能在過程最后中和(增稠)如有可能，先將Carbopol分散在非極性油相中。

第103頁/共131頁分散方法直接法

(將聚合物分散在水中)間接法(將聚合物分散在油相)

再加入水中第104頁/共131頁Carbopol?

樹脂的分散準備

直接加入

-將樹脂通過20-30目的不銹鋼篩子緩慢地撒在水旋渦面上 -盡可能早將Carbopol加入配方中 -加少量無機酸減少黏度并防止有氣泡混入 -盡可能在過程最后中和 -推薦配制2.0%聚合物濃度的分散液第105頁/共131頁Carbopol?PolymerDispersion-EductorPolymerpulledintowaterbyvacuumUpto4%polymerconcentrationpossible Add50poundboxofpolymertowaterin20-30minutesUsecolddeionizedwaterRequiresminimum3/4inchdiameterforwaterand35psigWaterflowmustcommencebeforeadditionof

polymertofunnel第106頁/共131頁

EductorDiagramFunnelAirVentHolesEductorOutletMake-UpWaterInlet第107頁/共131頁Carbopol?PolymerDispersion-HelpfulHintsUsedeionizedwater

-Hardwater(Ca+2,Mg+2)willcauseCarbopoltoprecipitate

-DM/ionexchangedwaterisagoodsecondchoiceUseroomtemperaturewater(<30°C)withany

directadditionmethodWarm/hotwaterwillincreasedispersiontime(traditionalpolymers)Note:WarmwaterwilldecreasedispersiontimeforCarbopol?ETD?andUltrez?polymers(<60°C)SteamfromveryhotwaterwillclumpthepolymerpowderDispersepolymerinwatercontainingnosaltsoralkali第108頁/共131頁IndirectAddition:DispersionPreparationApplicableforoilphaseintroduction(O/Wemulsions)PolymeraddedtohomogeneousoilphaseTemperatureofoilshouldbe<70°CorpolymermayclumporplasticizeOil/polymermixtureisaddedtoagitatingwaterphasePolymermigratesfromoiltowaterphaseMix20-30minutesaftermixingofphases;thenneutralizeandcontinuemixing第109頁/共131頁中和Carbopol?

和Pemulen?

分散液第110頁/共131頁Carbopol?

聚合物分散液和黏液的定義

Carbopol

聚合物

分散液:部分溶脹的聚合物,Carbopol

聚合物在酸性狀態(tài)下平衡穩(wěn)定(Carbopol

聚合物+水)Carbopol

聚合物

黏液:完全溶脹的聚合物Carbopol聚合物在其聚陰離子狀態(tài)下平衡穩(wěn)定(Carbopol聚合物+水+堿)第111頁/共131頁堿中和Carbopol?

樹脂形成黏液無機堿(NaOH,KOH,NH4OH,etc.)水溶性銨鹽(TEA1,AMP2orTRISAmino3)醇溶性胺鹽(AMP2,NeutrolTE4,DIPA5, EthomeenC-256)1TEA:Triethanolamine(99%)2AMP:(AminomethylPropanol)3TRIS?Amino:ANGUS(Tromethamine)4Neutrol?TE:BASF(Tetrahydroxypropylethylenediamine)5DIPA:Diisopropanolamine6EthomeenC-25:AKZO(Peg-15Cocamine)第112頁/共131頁pH值與粘度的關(guān)系24681012pH100,00010,0001,000100Carbopol941Carbopol934Carbopol?9400.5%(wt)PolymerBrookfieldRVT@20rpm粘度,cP(mPa·s)rev.3/29/99第113頁/共131頁pH值與粘度的關(guān)系0.5%DispersionofCarbopol?PolymerinWater246810121,00010,000100,000Ultrez?10pHETD?2020ETD2050BrookfieldRVT@20rpm粘度,cP(mPa·s)第114頁/共131頁如何中和Carbopol?

樹脂無機堿(e.g.NaOH)

-低成本

-可得到稍高的粘度有機堿(e.g.TEA)

-容易避免中和過度

-中和有機溶劑50%Triethanol-amine10%SodiumHydroxide100,00050,00020,00010,0002468101214pHBrookfieldRVT@20rpm粘度,cP(mPa·s)第115頁/共131頁部分中和時的粘度響應(yīng)pHpH*BrookfieldRVT@20rpmNeutralizedwithNaOH(18%)Carbopol?Ultrez10Carbopol?ETD2020粘度cP(mPa·s)粘度,cP(mPa·s)第116頁/共131頁中和至pH＝7.0時所需中和劑比率

NaOH(18%) 氫氧化鈉水溶液 2.3/1.0 Ammonia(28%) 氫氧化銨水溶液 0.7/1.0 KOH(18%) 氫氧化鉀水溶液 2.7/1.0L-Arginine 精氨酸 Ajinomoto 4.5/1.0 AMP-95?

氨基甲基丙醇 Angus 0.9/1.0Neutrol?TE Tetrahydroxypropyl BASF 2.3/1.0 Ethylenediamine TEA(99%) 三乙醇胺 1.5/1.0 TrisAmino?(40%)* Tromethamine Angus 3.2/1.0 Ethomeen?C-25 PEG-15Cocamine Akzo 6.2/1.0 Diisopropanolamine Diisopropanolamine Dow 1.2/1.0 Triisopropanolamine Triisopropanolamine Dow 1.5/1.0*Note:The40%solutionshouldbemadefromTrisAminocrystalsfromthemanufacturer.

Donotusethepre-dispersedsolutionfromthemanufacturerasitcontainsmanyimpurities. 中和劑

中和劑INCI/ 重量比

商品名 CTFA名 生產(chǎn)廠

堿/Carbopol?

第117頁/共131頁ThickeningHydroalcoholicGels如中和劑選擇不當Carbopol?

會從溶液中沉淀出來RecommendedNeutralizersforHydroalcoholicSystems

Upto%Alcohol

Neutralizer 20% SodiumHydroxide 30% PotassiumHydroxide 60% Triethanolamine 60% TrisAmino 80% AMP-95? 90% NeutrolTE 90% Diisopropanolamine 90% Triisopropanolamine >90% EthomeenC-25第118頁/共131頁Handling

Carbopol?Polymers第119頁/共131頁HowtoHandleandStore

Carbopol?PolymersPolymersareveryhygroscopicContainersshouldbekepttightlyclosedtoavoidmoisturepickupAvoidcontactwithwaterAvoiddusting第120頁/共131頁PolymerMoistureContentPolymerissupplied<2%moisturePolymerbecomesdifficulttodispersewhenmoistureis>2%Equilibriummoisturecontentis8%at50%R.H.第121頁/共131頁DispersionWaterTemperatureIngeneral,usecold(<30°C)waterwithanydirectdispersionmethod