Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) je neionski polimerni spoj topiv u vodi dobiven kemijskom modifikacijom prirodne celuloze. Široko se koristi u prehrambenoj, medicinskoj, kozmetičkoj i građevinskoj industriji, posebice kao ljepilo, zgušnjivač, emulgator i sredstvo za suspendiranje u farmaceutskim pripravcima. U postupku primjene, karakteristike viskoznosti HPMC vodene otopine ključne su za njegovu izvedbu u različitim područjima.
1. Struktura i svojstva hidroksipropil metilceluloze
Molekularna struktura HPMC sadrži dvije supstituentske skupine, hidroksipropil (-CH₂CHOHCH₃) i metil (-OCH₃), što ga čini dobrom topljivošću u vodi i sposobnošću modifikacije. HPMC molekularni lanac ima određenu krutu strukturu, ali također može formirati trodimenzionalnu mrežnu strukturu u vodenoj otopini, što rezultira povećanjem viskoznosti. Njegova molekularna težina, vrsta supstituenta i stupanj supstitucije (tj. stupanj hidroksipropilne i metilne supstitucije svake jedinice) imaju važan utjecaj na viskoznost otopine.
2. Karakteristike viskoznosti vodene otopine
Karakteristike viskoznosti HPMC vodene otopine usko su povezane s faktorima kao što su koncentracija, molekularna težina, temperatura i pH vrijednost otapala. Općenito, viskoznost HPMC vodene otopine raste s povećanjem njezine koncentracije. Njegova viskoznost pokazuje ne-Newtonovsko reološko ponašanje, to jest, kako se brzina smicanja povećava, viskoznost otopine postupno opada, pokazujući fenomen stanjivanja smicanjem.
(1) Učinak koncentracije
Postoji određeni odnos između viskoznosti HPMC vodene otopine i njezine koncentracije. Kako se koncentracija HPMC povećava, molekularne interakcije u vodenoj otopini se pojačavaju, a isprepletenost i unakrsno povezivanje molekularnih lanaca se povećava, što rezultira povećanjem viskoznosti otopine. Pri nižim koncentracijama, viskoznost HPMC vodene otopine raste linearno s porastom koncentracije, ali pri višim koncentracijama, rast viskoznosti otopine ima tendenciju ravnomjernosti i doseže stabilnu vrijednost.
(2) Učinak molekularne težine
Molekulska težina HPMC izravno utječe na viskoznost njegove vodene otopine. HPMC s većom molekularnom težinom ima dulje molekularne lance i može formirati složeniju trodimenzionalnu mrežnu strukturu u vodenoj otopini, što rezultira većom viskoznošću. Nasuprot tome, HPMC s manjom molekularnom težinom ima labaviju mrežnu strukturu i nižu viskoznost zbog kraćih molekularnih lanaca. Stoga je prilikom nanošenja vrlo važno odabrati HPMC s odgovarajućom molekularnom težinom kako bi se postigao idealan učinak viskoznosti.
(3) Učinak temperature
Temperatura je važan faktor koji utječe na viskoznost HPMC vodene otopine. S porastom temperature pojačava se kretanje molekula vode i obično se smanjuje viskoznost otopine. To je zato što kada temperatura raste, sloboda HPMC molekularnog lanca se povećava i interakcija između molekula slabi, čime se smanjuje viskoznost otopine. Međutim, odgovor HPMC-a iz različitih serija ili marki na temperaturu također može varirati, tako da se temperaturni uvjeti moraju prilagoditi prema posebnim zahtjevima primjene.
(4) Učinak pH vrijednosti
Sam HPMC je neionski spoj, a viskoznost njegove vodene otopine osjetljiva je na promjene u pH. Iako HPMC pokazuje relativno stabilne karakteristike viskoznosti u kiselim ili neutralnim okruženjima, topljivost i viskoznost HPMC-a će biti promijenjena u izrazito kiselim ili alkalnim okruženjima. Na primjer, pod jakim kiselim ili jakim alkalnim uvjetima, HPMC molekule mogu se djelomično razgraditi, čime se smanjuje viskoznost njegove vodene otopine.
3. Reološka analiza karakteristika viskoznosti HPMC vodene otopine
Reološko ponašanje HPMC vodene otopine obično pokazuje karakteristike ne-Newtonove tekućine, što znači da njezina viskoznost nije povezana samo s čimbenicima kao što su koncentracija otopine i molekularna težina, već i s brzinom smicanja. Općenito govoreći, pri niskim brzinama smicanja HPMC vodena otopina pokazuje višu viskoznost, dok se s povećanjem brzine smicanja viskoznost smanjuje. Ovo se ponašanje naziva "smično stanjivanje" ili "smično stanjivanje" i vrlo je važno u mnogim praktičnim primjenama. Na primjer, u područjima premaza, farmaceutskih pripravaka, obrade hrane itd., karakteristike razrjeđivanja smicanjem HPMC-a mogu osigurati održavanje visoke viskoznosti tijekom primjena pri niskim brzinama, te može lakše teći u uvjetima smicanja pri velikim brzinama.
4. Ostali čimbenici koji utječu na viskoznost HPMC vodene otopine
(1) Učinak soli
Dodavanje otopljenih soli (kao što je natrijev klorid) može povećati viskoznost HPMC vodene otopine. To je zato što sol može poboljšati interakciju između molekula promjenom ionske jakosti otopine, tako da HPMC molekule tvore kompaktniju mrežnu strukturu, čime se povećava viskoznost. Međutim, učinak vrste soli i koncentracije na viskoznost također treba prilagoditi prema specifičnim okolnostima.
(2) Učinak drugih aditiva
Dodavanje drugih aditiva (kao što su surfaktanti, polimeri itd.) vodenoj otopini HPMC također će utjecati na viskoznost. Na primjer, površinski aktivne tvari mogu smanjiti viskoznost HPMC-a, posebno kada je koncentracija površinski aktivnih tvari visoka. Osim toga, određeni polimeri ili čestice također mogu stupiti u interakciju s HPMC-om i promijeniti reološka svojstva njegove otopine.
Karakteristike viskoznostihidroksipropil metilceluloza vodene otopine utječu mnogi čimbenici, uključujući koncentraciju, molekularnu težinu, temperaturu, pH vrijednost itd. HPMC vodena otopina obično pokazuje ne-Newtonova reološka svojstva, ima dobra svojstva zgušnjavanja i razrjeđivanja smicanjem i naširoko se koristi u raznim industrijskim i farmaceutskim područjima. Razumijevanje i ovladavanje ovim karakteristikama viskoznosti pomoći će optimizirati korištenje HPMC-a u različitim primjenama. U praktičnim primjenama, odgovarajuću vrstu HPMC i uvjete procesa treba odabrati prema specifičnim potrebama kako bi se postigla idealna viskoznost i reološka svojstva.
Vrijeme objave: 1. ožujka 2025