هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) یک ترکیب پلیمری غیر یونی محلول در آب است که از اصلاح شیمیایی سلولز طبیعی به دست می آید. این ماده به طور گسترده در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی و ساختمان سازی به ویژه به عنوان چسب، غلیظ کننده، امولسیفایر و عامل تعلیق در آماده سازی های دارویی استفاده می شود. در فرآیند کاربرد، ویژگی های ویسکوزیته محلول آبی HPMC برای عملکرد آن در زمینه های مختلف بسیار مهم است.
1. ساختار و خواص هیدروکسی پروپیل متیل سلولز
ساختار مولکولی HPMC شامل دو گروه جایگزین هیدروکسی پروپیل (-CH₂CHOHCH₃) و متیل (-OCH₃) که باعث می شود حلالیت در آب و قابلیت اصلاح خوبی داشته باشد. زنجیره مولکولی HPMC دارای ساختار سفت و سخت خاصی است، اما همچنین می تواند یک ساختار شبکه سه بعدی را در محلول آبی تشکیل دهد که منجر به افزایش ویسکوزیته می شود. وزن مولکولی، نوع جایگزین و درجه جایگزینی آن (یعنی درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل و متیل هر واحد) تأثیر مهمی بر ویسکوزیته محلول دارد.
2. مشخصات ویسکوزیته محلول آبی
ویژگی های ویسکوزیته محلول آبی HPMC ارتباط نزدیکی با عواملی مانند غلظت، وزن مولکولی، دما و مقدار pH حلال دارد. به طور کلی، ویسکوزیته محلول آبی HPMC با افزایش غلظت آن افزایش می یابد. ویسکوزیته آن رفتار رئولوژیکی غیرنیوتنی را نشان می دهد، یعنی با افزایش نرخ برش، ویسکوزیته محلول به تدریج کاهش می یابد و پدیده نازک شدن برشی را نشان می دهد.
(1) اثر تمرکز
بین ویسکوزیته محلول آبی HPMC و غلظت آن رابطه مشخصی وجود دارد. با افزایش غلظت HPMC، فعل و انفعالات مولکولی در محلول آبی افزایش می یابد و درهم تنیدگی و اتصال عرضی زنجیره های مولکولی افزایش می یابد و در نتیجه ویسکوزیته محلول افزایش می یابد. در غلظت‌های پایین‌تر، ویسکوزیته محلول آبی HPMC به صورت خطی با افزایش غلظت افزایش می‌یابد، اما در غلظت‌های بالاتر، رشد ویسکوزیته محلول به سمت صافی تمایل پیدا می‌کند و به یک مقدار پایدار می‌رسد.
(2) اثر وزن مولکولی
وزن مولکولی HPMC مستقیماً بر ویسکوزیته محلول آبی آن تأثیر می گذارد. HPMC با وزن مولکولی بالاتر دارای زنجیره های مولکولی طولانی تری است و می تواند ساختار شبکه سه بعدی پیچیده تری را در محلول آبی تشکیل دهد و در نتیجه ویسکوزیته بالاتری ایجاد کند. در مقابل، HPMC با وزن مولکولی کمتر دارای ساختار شبکه شلتر و ویسکوزیته کمتر به دلیل زنجیره های مولکولی کوتاهتر است. بنابراین، هنگام اعمال، انتخاب HPMC با وزن مولکولی مناسب برای دستیابی به اثر ویسکوزیته ایده آل بسیار مهم است.
(3) اثر دما
دما عامل مهمی است که بر ویسکوزیته محلول آبی HPMC تأثیر می گذارد. با افزایش دما، حرکت مولکول های آب تشدید می شود و معمولاً ویسکوزیته محلول کاهش می یابد. این به این دلیل است که وقتی دما افزایش می یابد، آزادی زنجیره مولکولی HPMC افزایش می یابد و برهمکنش بین مولکول ها ضعیف می شود و در نتیجه ویسکوزیته محلول کاهش می یابد. با این حال، پاسخ HPMC از دسته ها یا مارک های مختلف به دما نیز ممکن است متفاوت باشد، بنابراین شرایط دما باید با توجه به نیازهای کاربردی خاص تنظیم شود.
(4) اثر مقدار pH
HPMC خود یک ترکیب غیر یونی است و ویسکوزیته محلول آبی آن به تغییرات pH حساس است. اگرچه HPMC ویژگی های ویسکوزیته نسبتاً پایداری را در محیط های اسیدی یا خنثی نشان می دهد، حلالیت و ویسکوزیته HPMC در محیط های بسیار اسیدی یا قلیایی تحت تأثیر قرار می گیرد. به عنوان مثال، تحت شرایط اسیدی یا قلیایی قوی، مولکول‌های HPMC ممکن است تا حدی تجزیه شوند و در نتیجه ویسکوزیته محلول آبی آن کاهش یابد.
3. تجزیه و تحلیل رئولوژیکی ویژگی های ویسکوزیته محلول آبی HPMC
رفتار رئولوژیکی محلول آبی HPMC معمولاً ویژگی های سیال غیر نیوتنی را نشان می دهد، به این معنی که ویسکوزیته آن نه تنها به عواملی مانند غلظت محلول و وزن مولکولی، بلکه به سرعت برش نیز مربوط می شود. به طور کلی، در نرخ های برشی پایین، محلول آبی HPMC ویسکوزیته بالاتری را نشان می دهد، در حالی که با افزایش نرخ برش، ویسکوزیته کاهش می یابد. این رفتار «نازک شدن برشی» یا «نازک شدن برشی» نامیده می شود و در بسیاری از کاربردهای عملی بسیار مهم است. به عنوان مثال، در زمینه‌های پوشش‌ها، آماده‌سازی‌های دارویی، فرآوری مواد غذایی و غیره، ویژگی‌های نازک شدن برشی HPMC می‌تواند تضمین کند که ویسکوزیته بالا در طول کاربردهای با سرعت پایین حفظ می‌شود و می‌تواند در شرایط برشی با سرعت بالا راحت‌تر جریان یابد.
4. سایر عوامل موثر بر ویسکوزیته محلول آبی HPMC
(1) اثر نمک
افزودن املاح نمک (مانند کلرید سدیم) می تواند ویسکوزیته محلول آبی HPMC را افزایش دهد. این به این دلیل است که نمک می تواند با تغییر قدرت یونی محلول، تعامل بین مولکول ها را افزایش دهد، به طوری که مولکول های HPMC ساختار شبکه فشرده تری را تشکیل می دهند و در نتیجه ویسکوزیته را افزایش می دهند. با این حال، اثر نوع نمک و غلظت بر ویسکوزیته نیز باید با توجه به شرایط خاص تنظیم شود.
(2) اثر سایر مواد افزودنی
افزودن سایر مواد افزودنی (مانند سورفکتانت ها، پلیمرها و غیره) به محلول آبی HPMC نیز بر ویسکوزیته تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، سورفکتانت ها ممکن است ویسکوزیته HPMC را کاهش دهند، به خصوص زمانی که غلظت سورفکتانت بالا باشد. علاوه بر این، پلیمرها یا ذرات خاص نیز می توانند با HPMC برهمکنش داشته باشند و خواص رئولوژیکی محلول آن را تغییر دهند.
ویژگی های ویسکوزیتههیدروکسی پروپیل متیل سلولز محلول آبی تحت تأثیر عوامل زیادی از جمله غلظت، وزن مولکولی، دما، مقدار pH و غیره قرار می گیرد. محلول آبی HPMC معمولاً خواص رئولوژیکی غیر نیوتنی از خود نشان می دهد، دارای خواص غلیظ کننده و رقیق کننده برشی خوبی است و به طور گسترده در زمینه های مختلف صنعتی و دارویی استفاده می شود. درک و تسلط بر این ویژگی های ویسکوزیته به بهینه سازی استفاده از HPMC در کاربردهای مختلف کمک می کند. در کاربردهای عملی، نوع HPMC و شرایط فرآیند مناسب باید با توجه به نیازهای خاص انتخاب شود تا ویسکوزیته و خواص رئولوژیکی ایده آل به دست آید.
زمان ارسال: مارس-01-2025