هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) مركب بوليمري غير أيوني قابل للذوبان في الماء، يُحصل عليه عن طريق التعديل الكيميائي للسليلوز الطبيعي. يُستخدم على نطاق واسع في صناعات الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل والبناء، وخاصةً كمادة لاصقة ومكثفة ومستحلبة ومعلقة في المستحضرات الصيدلانية. في عملية التطبيق، تُعدّ خصائص اللزوجة لمحلول HPMC المائي أساسيةً لأداءه في مختلف المجالات.
1. بنية وخصائص هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يحتوي التركيب الجزيئي لـ HPMC على مجموعتين بديلتين، هيدروكسي بروبيل (-CH₂تشوتش₃) والميثيل (-OCH₃)، مما يجعله يتمتع بقابلية جيدة للذوبان في الماء وقابلية تعديل جيدة. تتميز السلسلة الجزيئية لـ HPMC ببنية صلبة معينة، ولكنها قادرة أيضًا على تكوين بنية شبكية ثلاثية الأبعاد في المحلول المائي، مما يؤدي إلى زيادة اللزوجة. يؤثر وزنها الجزيئي، ونوع المُستبدل، ودرجة الاستبدال (أي درجة استبدال هيدروكسي بروبيل وميثيل لكل وحدة) بشكل كبير على لزوجة المحلول.
2. خصائص اللزوجة للمحلول المائي
ترتبط خصائص اللزوجة لمحلول HPMC المائي ارتباطًا وثيقًا بعوامل مثل التركيز، والوزن الجزيئي، ودرجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني للمذيب. عمومًا، تزداد لزوجة محلول HPMC المائي بزيادة تركيزه. تُظهر اللزوجة سلوكًا ريولوجيًا غير نيوتوني، أي أنه مع زيادة معدل القص، تنخفض لزوجة المحلول تدريجيًا، مما يُظهر ظاهرة ترقق القص.
(1) تأثير التركيز
هناك علاقة وطيدة بين لزوجة محلول HPMC المائي وتركيزه. مع زيادة تركيز HPMC، تزداد التفاعلات الجزيئية في المحلول المائي، ويزداد تشابك وترابط السلاسل الجزيئية، مما يؤدي إلى زيادة لزوجة المحلول. عند التركيزات المنخفضة، تزداد لزوجة محلول HPMC المائي خطيًا مع زيادة التركيز، أما عند التركيزات الأعلى، فيميل نمو لزوجة المحلول إلى الاستقرار ويصل إلى قيمة ثابتة.
(2) تأثير الوزن الجزيئي
يؤثر الوزن الجزيئي لـ HPMC بشكل مباشر على لزوجة محلوله المائي. تتميز HPMC ذات الوزن الجزيئي الأعلى بسلاسل جزيئية أطول، ويمكنها تكوين بنية شبكية ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا في المحلول المائي، مما يؤدي إلى لزوجة أعلى. في المقابل، تتميز HPMC ذات الوزن الجزيئي الأقل ببنية شبكية أكثر مرونة ولزوجة أقل نظرًا لسلاسلها الجزيئية الأقصر. لذلك، من المهم جدًا عند الاستخدام اختيار HPMC بوزن جزيئي مناسب لتحقيق تأثير اللزوجة المثالي.
(3) تأثير درجة الحرارة
تُعد درجة الحرارة عاملاً هاماً يؤثر على لزوجة محلول HPMC المائي. فمع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد حركة جزيئات الماء، وعادةً ما تنخفض لزوجة المحلول. ويرجع ذلك إلى أن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة حرية السلسلة الجزيئية لـ HPMC، ويضعف التفاعل بين الجزيئات، مما يؤدي إلى انخفاض لزوجة المحلول. ومع ذلك، قد تختلف استجابة HPMC من دفعات أو علامات تجارية مختلفة لدرجة الحرارة، لذا يجب تعديل ظروف درجة الحرارة وفقاً لمتطلبات التطبيق الخاصة.
(4) تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني
HPMC بحد ذاته مركب غير أيوني، ولزوجة محلوله المائي حساسة لتغيرات الرقم الهيدروجيني. على الرغم من أن HPMC يتميز بخصائص لزوجة مستقرة نسبيًا في البيئات الحمضية أو المتعادلة، إلا أن ذوبانيته ولزوجته يتأثران في البيئات شديدة الحموضة أو القلوية. على سبيل المثال، في ظل ظروف حمضية أو قلوية قوية، قد تتحلل جزيئات HPMC جزئيًا، مما يقلل من لزوجة محلولها المائي.
3. التحليل الرومولوجي لخصائص اللزوجة للمحلول المائي HPMC
عادةً ما يُظهر السلوك الريولوجي لمحلول HPMC المائي خصائص مائع غير نيوتونية، مما يعني أن لزوجته لا ترتبط فقط بعوامل مثل تركيز المحلول والوزن الجزيئي، بل أيضًا بمعدل القص. بشكل عام، عند معدلات قص منخفضة، يُظهر محلول HPMC المائي لزوجة أعلى، بينما تنخفض اللزوجة مع زيادة معدل القص. يُسمى هذا السلوك "الترقق بالقص" أو "الترقق بالقص" وهو بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات العملية. على سبيل المثال، في مجالات الطلاء والمستحضرات الصيدلانية وتجهيز الأغذية، وغيرها، تضمن خصائص الترقق بالقص لـ HPMC الحفاظ على اللزوجة العالية أثناء التطبيقات منخفضة السرعة، كما يسهل تدفقه في ظروف القص عالية السرعة.
4. عوامل أخرى تؤثر على لزوجة المحلول المائي لـ HPMC
(1) تأثير الملح
يمكن أن تؤدي إضافة محاليل ملحية (مثل كلوريد الصوديوم) إلى زيادة لزوجة محلول HPMC المائي. ويرجع ذلك إلى أن الملح يُعزز التفاعل بين الجزيئات بتغيير القوة الأيونية للمحلول، مما يُؤدي إلى تكوين بنية شبكية أكثر تماسكًا لجزيئات HPMC، وبالتالي زيادة اللزوجة. ومع ذلك، يجب تعديل تأثير نوع الملح وتركيزه على اللزوجة وفقًا للظروف الخاصة.
(2) تأثير المواد المضافة الأخرى
إضافة مواد مضافة أخرى (مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي، والبوليمرات، وغيرها) إلى محلول HPMC المائي ستؤثر أيضًا على اللزوجة. على سبيل المثال، قد تُخفّض المواد الخافضة للتوتر السطحي لزوجة HPMC، خاصةً عند ارتفاع تركيزها. بالإضافة إلى ذلك، قد تتفاعل بعض البوليمرات أو الجسيمات مع HPMC وتُغيّر خصائصها الريولوجية.
خصائص اللزوجةهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز تتأثر المحاليل المائية بعوامل عديدة، منها التركيز، والوزن الجزيئي، ودرجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وغيرها. عادةً ما يُظهر محلول HPMC المائي خصائص ريولوجية غير نيوتونية، ويتميز بخصائص تكثيف وتخفيف قص جيدة، ويُستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية والصيدلانية. سيساعد فهم خصائص اللزوجة هذه وإتقانها على تحسين استخدام HPMC في مختلف التطبيقات. في التطبيقات العملية، يجب اختيار نوع HPMC وظروف العملية المناسبة وفقًا للاحتياجات المحددة للحصول على اللزوجة والخصائص الريولوجية المثالية.
وقت النشر: 1 مارس 2025