Hidroxipropil metilcel·lulosa (HPMC) és un compost polimèric no iònic soluble en aigua obtingut per modificació química de cel·lulosa natural. S'utilitza àmpliament en la indústria alimentària, la medicina, la cosmètica i la construcció, especialment com a adhesiu, espessidor, emulsionant i agent de suspensió en preparats farmacèutics. En el procés d'aplicació, les característiques de viscositat de la solució aquosa HPMC són crucials per al seu rendiment en diferents camps.
1. Estructura i propietats de la hidroxipropil metilcel·lulosa
L'estructura molecular de HPMC conté dos grups substituents, hidroxipropil (-CH₂CHOCH₃) i metil (-OCH₃), el que fa que tingui una bona solubilitat en aigua i capacitat de modificació. La cadena molecular HPMC té una certa estructura rígida, però també pot formar una estructura de xarxa tridimensional en solució aquosa, donant lloc a un augment de la viscositat. El seu pes molecular, el tipus de substituent i el grau de substitució (és a dir, el grau de substitució d'hidroxipropil i metil de cada unitat) tenen una influència important en la viscositat de la solució.
2. Característiques de viscositat de la solució aquosa
Les característiques de viscositat de la solució aquosa HPMC estan estretament relacionades amb factors com la concentració, el pes molecular, la temperatura i el valor de pH del dissolvent. En general, la viscositat de la solució aquosa HPMC augmenta amb l'augment de la seva concentració. La seva viscositat mostra un comportament reològic no newtonià, és a dir, a mesura que augmenta la velocitat de cisalla, la viscositat de la solució disminueix gradualment, mostrant un fenomen d'aprimament per cisalla.
(1) Efecte de la concentració
Hi ha una certa relació entre la viscositat de la solució aquosa HPMC i la seva concentració. A mesura que augmenta la concentració de HPMC, es milloren les interaccions moleculars en la solució aquosa i augmenten l'entrellat i la reticulació de les cadenes moleculars, donant lloc a un augment de la viscositat de la solució. A concentracions més baixes, la viscositat de la solució aquosa HPMC augmenta linealment amb l'augment de la concentració, però a concentracions més altes, el creixement de la viscositat de la solució tendeix a ser pla i assoleix un valor estable.
(2) Efecte del pes molecular
El pes molecular de HPMC afecta directament la viscositat de la seva solució aquosa. L'HPMC amb pes molecular més elevat té cadenes moleculars més llargues i pot formar una estructura de xarxa tridimensional més complexa a la solució aquosa, donant lloc a una viscositat més alta. En canvi, HPMC amb pes molecular més baix té una estructura de xarxa més fluixa i una viscositat més baixa a causa de les seves cadenes moleculars més curtes. Per tant, a l'hora d'aplicar, és molt important triar HPMC amb un pes molecular adequat per aconseguir l'efecte de viscositat ideal.
(3) Efecte de la temperatura
La temperatura és un factor important que afecta la viscositat de la solució aquosa HPMC. A mesura que augmenta la temperatura, el moviment de les molècules d'aigua s'intensifica i la viscositat de la solució sol disminuir. Això es deu al fet que quan la temperatura augmenta, la llibertat de la cadena molecular HPMC augmenta i la interacció entre molècules es debilita, reduint així la viscositat de la solució. Tanmateix, la resposta de l'HPMC de diferents lots o marques a la temperatura també pot variar, de manera que les condicions de temperatura s'han d'ajustar segons els requisits específics de l'aplicació.
(4) Efecte del valor del pH
El propi HPMC és un compost no iònic i la viscositat de la seva solució aquosa és sensible als canvis de pH. Tot i que l'HPMC presenta característiques de viscositat relativament estables en entorns àcids o neutres, la solubilitat i la viscositat d'HPMC es veuran afectades en entorns extremadament àcids o alcalins. Per exemple, en condicions àcids forts o alcalines forts, les molècules d'HPMC es poden degradar parcialment, reduint així la viscositat de la seva solució aquosa.
3. Anàlisi reològica de les característiques de viscositat de la solució aquosa HPMC
El comportament reològic de la solució aquosa HPMC sol mostrar característiques de fluids no newtonians, el que significa que la seva viscositat no només està relacionada amb factors com la concentració de la solució i el pes molecular, sinó també amb la velocitat de cisalla. En termes generals, a baixes velocitats de cisalla, la solució aquosa HPMC mostra una viscositat més alta, mentre que a mesura que augmenta la velocitat de cisalla, la viscositat disminueix. Aquest comportament s'anomena "shear thinning" o "shear thinning" i és molt important en moltes aplicacions pràctiques. Per exemple, en els camps de recobriments, preparacions farmacèutiques, processament d'aliments, etc., les característiques d'aprimament de cisalla de HPMC poden garantir que es mantingui una alta viscositat durant les aplicacions de baixa velocitat i pot fluir més fàcilment en condicions de cisalla d'alta velocitat.
4. Altres factors que afecten la viscositat de la solució aquosa HPMC
(1) Efecte de la sal
L'addició de soluts de sal (com el clorur de sodi) pot augmentar la viscositat de la solució aquosa HPMC. Això es deu al fet que la sal pot millorar la interacció entre molècules canviant la força iònica de la solució, de manera que les molècules HPMC formen una estructura de xarxa més compacta, augmentant així la viscositat. Tanmateix, l'efecte del tipus de sal i la concentració sobre la viscositat també s'ha d'ajustar segons circumstàncies específiques.
(2) Efecte d'altres additius
L'addició d'altres additius (com ara tensioactius, polímers, etc.) a la solució aquosa HPMC també afectarà la viscositat. Per exemple, els tensioactius poden reduir la viscositat de HPMC, especialment quan la concentració de tensioactiu és alta. A més, certs polímers o partícules també poden interactuar amb HPMC i canviar les propietats reològiques de la seva solució.
Les característiques de viscositat dehidroxipropil metilcel·lulosa La solució aquosa es veu afectada per molts factors, com ara la concentració, el pes molecular, la temperatura, el valor del pH, etc. La solució aquosa HPMC sol presentar propietats reològiques no newtonianes, té bones propietats espessidores i d'aprimament de cisalla, i s'utilitza àmpliament en diversos camps industrials i farmacèutics. Comprendre i dominar aquestes característiques de viscositat ajudarà a optimitzar l'ús de HPMC en diferents aplicacions. En aplicacions pràctiques, s'han de seleccionar el tipus d'HPMC i les condicions de procés adequats segons les necessitats específiques per obtenir una viscositat i propietats reològiques ideals.
Hora de publicació: 01-mar-2025