תכונות צמיגות של הידרוקסיפרופיל מתיל תאית

הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז (HPMC)הוא אתר מעורב תאית לא יוני, מסיס במים. המראה הוא אבקה או חומר גרגירי לבן עד צהוב קלות, חסר טעם, חסר ריח, לא רעיל, יציב כימית, ומתמוסס במים ליצירת תמיסה חלקה, שקופה וצמיגה. אחת התכונות החשובות ביותר של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז ביישום היא שהוא מגביר את צמיגות הנוזל. אפקט העיבוי תלוי במידת הפולימריזציה (DP) של המוצר, ריכוז אתר התאית בתמיסה המימית, קצב הגזירה וטמפרטורת התמיסה. וגורמים נוספים.

01

סוג נוזל של תמיסה מימית HPMC

באופן כללי, ניתן לבטא את המאמץ של נוזל בזרימה גזירה כפונקציה של קצב הגזירה ƒ(γ) בלבד, כל עוד הוא אינו תלוי בזמן. בהתאם לצורה של ƒ(γ), ניתן לחלק נוזלים לסוגים שונים, דהיינו: נוזלים ניוטוניים, נוזלים מרחיבים, נוזלים פסאודופלסטיים ונוזלים פלסטיים של בינגהאם.

אתרי תאית מחולקים לשתי קטגוריות: האחת היא אתר תאית לא יוני והשנייה היא אתר תאית יוני. לצורך הריאולוגיה של שני סוגי אתרי תאית אלה, SC Naik ועמיתיו ערכו מחקר השוואתי מקיף ושיטתי על תמיסות הידרוקסיאתיל תאית ונתרן קרבוקסימתיל תאית. התוצאות הראו שגם תמיסות אתר תאית לא יוניות וגם תמיסות אתר תאית יוניות היו פסאודופלסטיות. זרימות, כלומר זרימות לא ניוטוניות, מתקרבות לנוזלים ניוטוניים רק בריכוזים נמוכים מאוד. הפסאודופלסטיות של תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז ממלאת תפקיד חשוב ביישום. לדוגמה, כאשר מיושמים בציפויים, בשל מאפייני דילול הגזירה של תמיסות מימיות, צמיגות התמיסה יורדת עם העלייה בקצב הגזירה, מה שתורם לפיזור אחיד של חלקיקי פיגמנט, וגם מגביר את נוזליות הציפוי. ההשפעה גדולה מאוד; בזמן מנוחה, צמיגות התמיסה גדולה יחסית, מה שמונע ביעילות את שקיעת חלקיקי הפיגמנט בציפוי.

02

שיטת בדיקת צמיגות HPMC

אינדיקטור חשוב למדידת אפקט העיבוי של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז הוא הצמיגות הנראית לעין של התמיסה המימית. שיטות המדידה של צמיגות נראית לעין כוללות בדרך כלל שיטת הצמיגות הקפילרית, שיטת הצמיגות הסיבובית ושיטת הצמיגות של הכדור הנופל.

כאשר: היא הצמיגות הנראית לעין, mPa s; K הוא קבוע הוויסקומטר; d היא צפיפות דגימת התמיסה בטמפרטורה של 20/20°C; t הוא הזמן הנדרש לתמיסה לעבור דרך החלק העליון של הוויסקומטר עד לסימון התחתון, s; נמדד הזמן בו השמן הסטנדרטי זורם דרך הוויסקומטר.

עם זאת, שיטת המדידה באמצעות ויסקומטר קפילרי היא בעייתית יותר. הצמיגות של רביםאתרי תאיתקשה לנתח באמצעות ויסקומטר נימי מכיוון שתמיסות אלו מכילות כמויות זעירות של חומר בלתי מסיס המתגלות רק כאשר ויסקומטר הנימי חסום. לכן, רוב היצרנים משתמשים בוויסקומטרים סיבוביים כדי לשלוט באיכות הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז. ויסקומטרים של ברוקפילד נמצאים בשימוש נפוץ במדינות זרות, וויסקומטרים של NDJ נמצאים בשימוש בסין.

03

גורמים משפיעים על צמיגות HPMC

3.1 הקשר עם מידת הצבירה

כאשר פרמטרים אחרים נשארים ללא שינוי, הצמיגות של תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז פרופורציונלית לדרגת הפולימריזציה (DP) או למשקל המולקולרי או לאורך שרשרת המולקולרית, ועולה עם העלייה בדרגת הפולימריזציה. השפעה זו בולטת יותר במקרה של דרגת פילמור נמוכה מאשר במקרה של דרגת פילמור גבוהה.

3.2 הקשר בין צמיגות לריכוז

צמיגותה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז עולה עם עליית ריכוז המוצר בתמיסה המימית. אפילו שינוי ריכוז קטן יגרום לשינוי גדול בצמיגות. עם הצמיגות הנומינלית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז, ההשפעה של שינוי ריכוז התמיסה על צמיגות התמיסה הולכת וגוברת.

3.3 הקשר בין צמיגות לקצב גזירה

לתמיסה מימית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יש תכונה של דילול גזירה. הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז בעל צמיגות נומינלית שונה מוכנה לתמיסה מימית של 2%, וצמיגותה בקצבי גזירה שונים נמדדת בהתאמה. התוצאות הן כדלקמן: כפי שמוצג באיור. בקצב גזירה נמוך, צמיגות תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז לא השתנתה באופן משמעותי. עם עליית קצב הגזירה, צמיגות תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז בעלת צמיגות נומינלית גבוהה יותר ירדה באופן ניכר יותר, בעוד שהתמיסה בעלת צמיגות נמוכה לא ירדה באופן ניכר.

3.4 הקשר בין צמיגות לטמפרטורה

צמיגות תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז מושפעת מאוד מהטמפרטורה. ככל שהטמפרטורה עולה, צמיגות התמיסה יורדת. כפי שמוצג באיור, היא מוכנה לתמיסה מימית בריכוז של 2%, ונמדד שינוי הצמיגות עם עליית הטמפרטורה.

3.5 גורמים משפיעים אחרים

צמיגות התמיסה המימית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז מושפעת גם מתוספים בתמיסה, ערך ה-pH של התמיסה ופירוק מיקרוביאלי. בדרך כלל, על מנת להשיג ביצועי צמיגות טובים יותר או להפחית את עלות השימוש, יש צורך להוסיף משפרי ריאולוגיה, כגון חימר, חימר מעובד, אבקת פולימר, אתר עמילן וקופולימר אליפטי, לתמיסה המימית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז, וניתן להוסיף גם אלקטרוליטים כגון כלוריד, ברומיד, פוספט, ניטרט וכו' לתמיסה המימית. תוספים אלה לא רק ישפיעו על תכונות הצמיגות של התמיסה המימית, אלא גם ישפיעו על תכונות יישום אחרות של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז כגון אצירת מים, עמידות בפני שקיעה וכו'.

צמיגות התמיסה המימית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז כמעט ואינה מושפעת מחומצה ובסיס, והיא בדרך כלל יציבה בטווח של 3 עד 11. היא יכולה לעמוד בכמות מסוימת של חומצות חלשות, כגון חומצה פורמית, חומצה אצטית, חומצה זרחתית, חומצה בורית, חומצת לימון וכו'. עם זאת, חומצה מרוכזת תפחית את הצמיגות. אך סודה קאוסטית, אשלגן הידרוקסיד, מי סיד וכו' משפיעים עליה מעט. בהשוואה לאתרי תאית אחרים,הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזלתמיסה מימית יש יציבות אנטי-מיקרוביאלית טובה, הסיבה העיקרית לכך היא שלהידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יש קבוצות הידרופוביות עם דרגת החלפה גבוהה ומעכבה סטרילית של קבוצות. עם זאת, מכיוון שתגובת ההחלפה בדרך כלל אינה אחידה, יחידת האנהידרוגלוקוז הלא-מוחלף נשחקת בקלות רבה ביותר על ידי מיקרואורגניזמים, וכתוצאה מכך פירוק מולקולות אתר תאית וקריעת שרשרת. הביצועים הם שהצמיגות הנראית לעין של התמיסה המימית יורדת. אם יש צורך לאחסן את התמיסה המימית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז למשך זמן רב, מומלץ להוסיף כמות זעירה של חומר נגד פטריות כדי שהצמיגות לא תשתנה באופן משמעותי. בבחירת חומרים אנטי-פטרייתיים, חומרים משמרים או קוטלי פטריות, יש לשים לב לבטיחות ולבחור מוצרים שאינם רעילים לגוף האדם, בעלי תכונות יציבות ונטולי ריח, כגון קוטלי פטריות AMICAL של DOW Chem, חומרים משמרים CANGUARD64, חומרי חיידקים FUELSAVER ומוצרים אחרים יכולים למלא תפקיד מתאים.