Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) je neiontová ve vodě rozpustná polymerní sloučenina získaná chemickou modifikací přírodní celulózy. Je široce používán v potravinářství, lékařství, kosmetice a stavebnictví, zejména jako lepidlo, zahušťovadlo, emulgátor a suspendační činidlo ve farmaceutických přípravcích. V aplikačním procesu jsou viskozitní charakteristiky vodného roztoku HPMC rozhodující pro jeho výkon v různých oblastech.
1. Struktura a vlastnosti hydroxypropylmethylcelulózy
Molekulární struktura HPMC obsahuje dvě substituční skupiny, hydroxypropyl (-CH₂CHOHCH₃) a methyl (-OCH₃), díky čemuž má dobrou rozpustnost ve vodě a modifikační schopnost. Molekulární řetězec HPMC má určitou rigidní strukturu, ale může také tvořit trojrozměrnou síťovou strukturu ve vodném roztoku, což má za následek zvýšení viskozity. Jeho molekulová hmotnost, typ substituentu a stupeň substituce (tj. stupeň hydroxypropylové a methylové substituce každé jednotky) mají důležitý vliv na viskozitu roztoku.
2. Viskozitní charakteristiky vodného roztoku
Viskozitní charakteristiky vodného roztoku HPMC úzce souvisí s faktory, jako je koncentrace, molekulová hmotnost, teplota a hodnota pH rozpouštědla. Obecně se viskozita vodného roztoku HPMC zvyšuje se zvyšující se jeho koncentrací. Jeho viskozita vykazuje nenewtonské reologické chování, to znamená, že jak se smyková rychlost zvyšuje, viskozita roztoku postupně klesá, což vykazuje jev smykového ztenčování.
(1) Vliv koncentrace
Existuje určitý vztah mezi viskozitou vodného roztoku HPMC a jeho koncentrací. Jak se koncentrace HPMC zvyšuje, molekulární interakce ve vodném roztoku se zesilují a zvyšuje se zapletení a zesíťování molekulárních řetězců, což vede ke zvýšení viskozity roztoku. Při nižších koncentracích se viskozita vodného roztoku HPMC zvyšuje lineárně se zvyšováním koncentrace, ale při vyšších koncentracích má růst viskozity roztoku tendenci být plochý a dosahuje stabilní hodnoty.
(2) Vliv molekulové hmotnosti
Molekulová hmotnost HPMC přímo ovlivňuje viskozitu jejího vodného roztoku. HPMC s vyšší molekulovou hmotností má delší molekulární řetězce a může tvořit složitější trojrozměrnou síťovou strukturu ve vodném roztoku, což má za následek vyšší viskozitu. Naproti tomu HPMC s nižší molekulovou hmotností má volnější síťovou strukturu a nižší viskozitu díky svým kratším molekulovým řetězcům. Proto je při aplikaci velmi důležité zvolit HPMC s vhodnou molekulovou hmotností pro dosažení ideálního viskozitního efektu.
(3) Vliv teploty
Teplota je důležitým faktorem ovlivňujícím viskozitu vodného roztoku HPMC. Se zvyšující se teplotou se pohyb molekul vody zintenzivňuje a viskozita roztoku obvykle klesá. Je to proto, že když teplota stoupá, zvyšuje se volnost molekulárního řetězce HPMC a slábne interakce mezi molekulami, čímž se snižuje viskozita roztoku. Odezva HPMC z různých šarží nebo značek na teplotu se však může také lišit, takže teplotní podmínky je třeba upravit podle specifických požadavků aplikace.
(4) Vliv hodnoty pH
Samotná HPMC je neiontová sloučenina a viskozita jejího vodného roztoku je citlivá na změny pH. Ačkoli HPMC vykazuje relativně stabilní viskozitní charakteristiky v kyselém nebo neutrálním prostředí, rozpustnost a viskozita HPMC bude ovlivněna v extrémně kyselém nebo alkalickém prostředí. Například za silně kyselých nebo silně alkalických podmínek mohou být molekuly HPMC částečně degradovány, čímž se sníží viskozita jejich vodného roztoku.
3. Reologická analýza viskozitních charakteristik vodného roztoku HPMC
Reologické chování vodného roztoku HPMC obvykle vykazuje nenewtonské charakteristiky kapaliny, což znamená, že jeho viskozita nesouvisí pouze s faktory, jako je koncentrace roztoku a molekulová hmotnost, ale také s rychlostí smyku. Obecně řečeno, při nízkých smykových rychlostech vodný roztok HPMC vykazuje vyšší viskozitu, zatímco s rostoucí smykovou rychlostí viskozita klesá. Toto chování se nazývá "smykové ztenčování" nebo "smykové ztenčování" a je velmi důležité v mnoha praktických aplikacích. Například v oblasti nátěrů, farmaceutických přípravků, zpracování potravin atd. mohou vlastnosti HPMC při ztenčování ve smyku zajistit, že se během nízkorychlostních aplikací zachová vysoká viskozita, a může snadněji téci za podmínek vysokorychlostního smyku.
4. Další faktory ovlivňující viskozitu vodného roztoku HPMC
(1) Účinek soli
Přidání solných roztoků (jako je chlorid sodný) může zvýšit viskozitu vodného roztoku HPMC. Je to proto, že sůl může zvýšit interakci mezi molekulami změnou iontové síly roztoku, takže molekuly HPMC tvoří kompaktnější síťovou strukturu, čímž se zvyšuje viskozita. Vliv typu soli a koncentrace na viskozitu je však také třeba upravit podle konkrétních okolností.
(2) Účinek jiných přísad
Přidání dalších přísad (jako jsou povrchově aktivní látky, polymery atd.) do vodného roztoku HPMC také ovlivní viskozitu. Povrchově aktivní látky mohou například snižovat viskozitu HPMC, zvláště když je koncentrace povrchově aktivní látky vysoká. Kromě toho mohou určité polymery nebo částice také interagovat s HPMC a měnit reologické vlastnosti jejího roztoku.
Viskozitní charakteristikyhydroxypropylmethylcelulóza vodného roztoku jsou ovlivněny mnoha faktory, včetně koncentrace, molekulové hmotnosti, teploty, hodnoty pH atd. Vodný roztok HPMC obvykle vykazuje nenewtonské reologické vlastnosti, má dobré zahušťovací a smykové ztenčovací vlastnosti a je široce používán v různých průmyslových a farmaceutických oborech. Pochopení a zvládnutí těchto viskozitních charakteristik pomůže optimalizovat použití HPMC v různých aplikacích. V praktických aplikacích by měl být zvolen vhodný typ HPMC a podmínky procesu podle specifických potřeb pro získání ideální viskozity a reologických vlastností.
Čas odeslání: březen-01-2025