Hidroxipropil metilceluloză (HPMC) este un compus polimeric neionic solubil în apă obținut prin modificarea chimică a celulozei naturale. Este utilizat pe scară largă în industria alimentară, medicină, cosmetică și construcții, în special ca adeziv, agent de îngroșare, emulgator și agent de suspendare în preparate farmaceutice. În procesul de aplicare, caracteristicile de vâscozitate ale soluției apoase HPMC sunt cruciale pentru performanța acesteia în diferite domenii.
1. Structura și proprietățile hidroxipropilmetilcelulozei
Structura moleculară a HPMC conține două grupe substituente, hidroxipropil (-CH₂CHOHCH₃) și metil (-OCH₃), ceea ce îl face să aibă o solubilitate bună în apă și o capacitate de modificare. Lanțul molecular HPMC are o anumită structură rigidă, dar poate forma și o structură de rețea tridimensională în soluție apoasă, rezultând o creștere a vâscozității. Greutatea sa moleculară, tipul de substituent și gradul de substituție (adică gradul de substituție hidroxipropil și metil a fiecărei unități) au o influență importantă asupra vâscozității soluției.
2. Caracteristicile de vâscozitate ale soluției apoase
Caracteristicile de vâscozitate ale soluției apoase HPMC sunt strâns legate de factori precum concentrația, greutatea moleculară, temperatura și valoarea pH-ului solventului. În general, vâscozitatea soluției apoase HPMC crește odată cu creșterea concentrației sale. Vâscozitatea sa prezintă un comportament reologic non-newtonian, adică pe măsură ce viteza de forfecare crește, vâscozitatea soluției scade treptat, arătând un fenomen de subțiere prin forfecare.
(1) Efectul concentrării
Există o anumită relație între vâscozitatea soluției apoase HPMC și concentrația acesteia. Pe măsură ce concentrația de HPMC crește, interacțiunile moleculare din soluția apoasă sunt îmbunătățite, iar încurcarea și legarea încrucișată a lanțurilor moleculare cresc, rezultând o creștere a vâscozității soluției. La concentrații mai mici, vâscozitatea soluției apoase HPMC crește liniar odată cu creșterea concentrației, dar la concentrații mai mari, creșterea vâscozității soluției tinde să fie plată și atinge o valoare stabilă.
(2) Efectul masei moleculare
Greutatea moleculară a HPMC afectează direct vâscozitatea soluției sale apoase. HPMC cu greutate moleculară mai mare are lanțuri moleculare mai lungi și poate forma o structură de rețea tridimensională mai complexă în soluția apoasă, rezultând o viscozitate mai mare. În schimb, HPMC cu greutate moleculară mai mică are o structură de rețea mai slabă și o vâscozitate mai mică datorită lanțurilor sale moleculare mai scurte. Prin urmare, la aplicare, este foarte important să alegeți HPMC cu o greutate moleculară adecvată pentru a obține efectul de vâscozitate ideal.
(3) Efectul temperaturii
Temperatura este un factor important care afectează vâscozitatea soluției apoase HPMC. Pe măsură ce temperatura crește, mișcarea moleculelor de apă se intensifică și vâscozitatea soluției scade de obicei. Acest lucru se datorează faptului că atunci când temperatura crește, libertatea lanțului molecular HPMC crește și interacțiunea dintre molecule slăbește, reducând astfel vâscozitatea soluției. Cu toate acestea, răspunsul HPMC de la diferite loturi sau mărci la temperatură poate varia, astfel încât condițiile de temperatură trebuie ajustate în funcție de cerințele specifice aplicației.
(4) Efectul valorii pH-ului
HPMC în sine este un compus neionic, iar vâscozitatea soluției sale apoase este sensibilă la modificările pH-ului. Deși HPMC prezintă caracteristici de vâscozitate relativ stabile în medii acide sau neutre, solubilitatea și vâscozitatea HPMC vor fi afectate în medii extrem de acide sau alcaline. De exemplu, în condiții de acid puternic sau alcaline puternice, moleculele HPMC pot fi parțial degradate, reducând astfel vâscozitatea soluției sale apoase.
3. Analiza reologică a caracteristicilor de vâscozitate ale soluției apoase HPMC
Comportamentul reologic al soluției apoase HPMC prezintă de obicei caracteristici non-newtoniene ale fluidului, ceea ce înseamnă că vâscozitatea acestuia nu este legată doar de factori precum concentrația soluției și greutatea moleculară, ci și de viteza de forfecare. În general, la viteze de forfecare scăzute, soluția apoasă HPMC prezintă vâscozitate mai mare, în timp ce pe măsură ce viteza de forfecare crește, vâscozitatea scade. Acest comportament se numește „shear thinning” sau „shear thinning” și este foarte important în multe aplicații practice. De exemplu, în domeniile acoperirilor, preparatelor farmaceutice, procesării alimentelor etc., caracteristicile de subțiere prin forfecare ale HPMC pot asigura menținerea vâscozității ridicate în timpul aplicațiilor cu viteză redusă și poate curge mai ușor în condiții de forfecare de mare viteză.
4. Alți factori care afectează vâscozitatea soluției apoase HPMC
(1) Efectul sării
Adăugarea de soluții de sare (cum ar fi clorura de sodiu) poate crește vâscozitatea soluției apoase HPMC. Acest lucru se datorează faptului că sarea poate îmbunătăți interacțiunea dintre molecule prin schimbarea tăriei ionice a soluției, astfel încât moleculele HPMC formează o structură de rețea mai compactă, crescând astfel vâscozitatea. Cu toate acestea, efectul tipului de sare și al concentrației asupra vâscozității trebuie, de asemenea, ajustat în funcție de circumstanțe specifice.
(2) Efectul altor aditivi
Adăugarea altor aditivi (cum ar fi agenți tensioactivi, polimeri etc.) la soluția apoasă HPMC va afecta, de asemenea, vâscozitatea. De exemplu, agenții tensioactivi pot reduce vâscozitatea HPMC, în special atunci când concentrația de surfactant este mare. În plus, anumiți polimeri sau particule pot interacționa și cu HPMC și pot modifica proprietățile reologice ale soluției sale.
Caracteristicile de vâscozitate alehidroxipropil metilceluloză soluția apoasă este afectată de mulți factori, inclusiv concentrația, greutatea moleculară, temperatura, valoarea pH-ului etc. Soluția apoasă HPMC prezintă de obicei proprietăți reologice non-newtoniene, are proprietăți bune de îngroșare și subțiere prin forfecare și este utilizată pe scară largă în diverse domenii industriale și farmaceutice. Înțelegerea și stăpânirea acestor caracteristici de vâscozitate va ajuta la optimizarea utilizării HPMC în diferite aplicații. În aplicațiile practice, tipul HPMC și condițiile de proces adecvate trebuie selectate în funcție de nevoile specifice pentru a obține vâscozitatea și proprietățile reologice ideale.
Ora postării: Mar-01-2025