Hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC) on mitteioonne vees lahustuv polümeerühend, mis on saadud loodusliku tselluloosi keemilisel modifitseerimisel. Seda kasutatakse laialdaselt toidu-, meditsiini-, kosmeetika- ja ehitustööstuses, eriti farmaatsiapreparaatides liimi, paksendaja, emulgaatorina ja suspendeeriva ainena. Rakendusprotsessis on HPMC vesilahuse viskoossusomadused otsustava tähtsusega selle toimimiseks erinevates valdkondades.
1. Hüdroksüpropüülmetüültselluloosi struktuur ja omadused
HPMC molekulaarstruktuur sisaldab kahte asendusrühma, hüdroksüpropüüli (-CH₂CHOHCH₃) ja metüül (-OCH₃), mistõttu on sellel hea vees lahustuvus ja muutmisvõime. HPMC molekulaarahelal on teatud jäik struktuur, kuid see võib vesilahuses moodustada ka kolmemõõtmelise võrkstruktuuri, mille tulemuseks on viskoossuse suurenemine. Selle molekulmassil, asendaja tüübil ja asendusastmel (st iga ühiku hüdroksüpropüül- ja metüülasendusastmel) on oluline mõju lahuse viskoossusele.
2. Vesilahuse viskoossuse karakteristikud
HPMC vesilahuse viskoossuse omadused on tihedalt seotud selliste teguritega nagu lahusti kontsentratsioon, molekulmass, temperatuur ja pH väärtus. Üldiselt suureneb HPMC vesilahuse viskoossus selle kontsentratsiooni suurenemisega. Selle viskoossus näitab mitte-Newtoni reoloogilist käitumist, st nihkekiiruse suurenedes lahuse viskoossus järk-järgult väheneb, mis näitab nihke hõrenemist.
(1) Kontsentratsiooni mõju
HPMC vesilahuse viskoossuse ja selle kontsentratsiooni vahel on teatav seos. HPMC kontsentratsiooni suurenedes suurenevad molekulaarsed interaktsioonid vesilahuses ning molekulaarsete ahelate põimumine ja ristsidumine suureneb, mille tulemusena suureneb lahuse viskoossus. Madalamatel kontsentratsioonidel suureneb HPMC vesilahuse viskoossus lineaarselt koos kontsentratsiooni suurenemisega, kuid suuremate kontsentratsioonide korral kipub lahuse viskoossuse kasv olema tasane ja saavutab stabiilse väärtuse.
(2) Molekulmassi mõju
HPMC molekulmass mõjutab otseselt selle vesilahuse viskoossust. Suurema molekulmassiga HPMC-l on pikemad molekulaarahelad ja see võib vesilahuses moodustada keerukama kolmemõõtmelise võrgustiku struktuuri, mille tulemuseks on suurem viskoossus. Seevastu madalama molekulmassiga HPMC-l on lühemate molekulaarahelate tõttu lõdvem võrgustruktuur ja madalam viskoossus. Seetõttu on pealekandmisel väga oluline valida sobiva molekulmassiga HPMC, et saavutada ideaalne viskoossusefekt.
(3) Temperatuuri mõju
Temperatuur on oluline tegur, mis mõjutab HPMC vesilahuse viskoossust. Temperatuuri tõustes veemolekulide liikumine intensiivistub ja lahuse viskoossus tavaliselt väheneb. Seda seetõttu, et kui temperatuur tõuseb, suureneb HPMC molekulaarse ahela vabadus ja molekulidevaheline interaktsioon nõrgeneb, vähendades seeläbi lahuse viskoossust. Erinevate partiide või kaubamärkide HPMC reaktsioon temperatuurile võib aga samuti erineda, mistõttu tuleb temperatuuritingimusi kohandada vastavalt konkreetsetele rakendusnõuetele.
(4) pH väärtuse mõju
HPMC ise on mitteioonne ühend ja selle vesilahuse viskoossus on tundlik pH muutuste suhtes. Kuigi HPMC viskoossusomadused on happelises või neutraalses keskkonnas suhteliselt stabiilsed, mõjutab HPMC lahustuvus ja viskoossus äärmiselt happelises või aluselises keskkonnas. Näiteks tugevate happeliste või tugevate leeliste tingimustes võivad HPMC molekulid osaliselt laguneda, vähendades seeläbi selle vesilahuse viskoossust.
3. HPMC vesilahuse viskoossusnäitajate reoloogiline analüüs
HPMC vesilahuse reoloogiline käitumine näitab tavaliselt mitte-Newtoni vedeliku omadusi, mis tähendab, et selle viskoossus ei ole seotud mitte ainult selliste teguritega nagu lahuse kontsentratsioon ja molekulmass, vaid ka nihkekiirusega. Üldiselt näitab HPMC vesilahus madalate nihkekiiruste korral kõrgemat viskoossust, samas kui nihkekiiruse suurenedes viskoossus väheneb. Seda käitumist nimetatakse "nihke hõrenemiseks" või "nihke hõrenemiseks" ja see on paljudes praktilistes rakendustes väga oluline. Näiteks pinnakatete, farmaatsiapreparaatide, toiduainete töötlemise jne valdkonnas võivad HPMC nihkehõrenemisomadused tagada kõrge viskoossuse säilimise madala kiirusega rakenduste ajal ja see võib voolata kergemini suure kiirusega nihketingimustes.
4. Muud HPMC vesilahuse viskoossust mõjutavad tegurid
(1) Soola mõju
Soola lahustunud ainete (nagu naatriumkloriid) lisamine võib suurendada HPMC vesilahuse viskoossust. Seda seetõttu, et sool võib suurendada molekulide vahelist koostoimet, muutes lahuse ioontugevust, nii et HPMC molekulid moodustavad kompaktsema võrgustruktuuri, suurendades seeläbi viskoossust. Kuid ka soola tüübi ja kontsentratsiooni mõju viskoossusele tuleb vastavalt konkreetsetele asjaoludele kohandada.
(2) Muude lisandite mõju
Teiste lisandite (nagu pindaktiivsed ained, polümeerid jne) lisamine HPMC vesilahusele mõjutab samuti viskoossust. Näiteks võivad pindaktiivsed ained vähendada HPMC viskoossust, eriti kui pindaktiivse aine kontsentratsioon on kõrge. Lisaks võivad teatud polümeerid või osakesed suhelda HPMC-ga ja muuta selle lahuse reoloogilisi omadusi.
Viskoossuse omadusedhüdroksüpropüülmetüültselluloos vesilahust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas kontsentratsioon, molekulmass, temperatuur, pH väärtus jne. HPMC vesilahusel on tavaliselt mitte-Newtoni reoloogilised omadused, sellel on head paksendavad ja nihket vedeldavad omadused ning seda kasutatakse laialdaselt erinevates tööstus- ja farmaatsiavaldkondades. Nende viskoossusnäitajate mõistmine ja valdamine aitab optimeerida HPMC kasutamist erinevates rakendustes. Praktilistes rakendustes tuleks ideaalse viskoossuse ja reoloogiliste omaduste saavutamiseks valida sobiv HPMC tüüp ja protsessi tingimused vastavalt konkreetsetele vajadustele.
Postitusaeg: 01.03.2025