Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je neiónová vo vode rozpustná polymérna zlúčenina získaná chemickou modifikáciou prírodnej celulózy. Je široko používaný v potravinárstve, medicíne, kozmetike a stavebníctve, najmä ako lepidlo, zahusťovadlo, emulgátor a suspendačné činidlo vo farmaceutických prípravkoch. V aplikačnom procese sú viskozitné charakteristiky vodného roztoku HPMC rozhodujúce pre jeho výkon v rôznych oblastiach.
1. Štruktúra a vlastnosti hydroxypropylmetylcelulózy
Molekulová štruktúra HPMC obsahuje dve substitučné skupiny, hydroxypropyl (-CH₂CHOHCH₃) a metyl (-OCH₃), vďaka čomu má dobrú rozpustnosť vo vode a schopnosť modifikácie. Molekulový reťazec HPMC má určitú tuhú štruktúru, ale môže tiež tvoriť trojrozmernú sieťovú štruktúru vo vodnom roztoku, čo vedie k zvýšeniu viskozity. Jeho molekulová hmotnosť, typ substituenta a stupeň substitúcie (tj stupeň hydroxypropylovej a metylovej substitúcie každej jednotky) majú dôležitý vplyv na viskozitu roztoku.
2. Viskozitná charakteristika vodného roztoku
Viskozitné charakteristiky vodného roztoku HPMC úzko súvisia s faktormi, ako je koncentrácia, molekulová hmotnosť, teplota a hodnota pH rozpúšťadla. Vo všeobecnosti sa viskozita vodného roztoku HPMC zvyšuje so zvyšovaním jeho koncentrácie. Jeho viskozita vykazuje nenewtonovské reologické správanie, to znamená, že so zvyšujúcou sa rýchlosťou šmyku viskozita roztoku postupne klesá, pričom dochádza k javu strihového stenčovania.
(1) Vplyv koncentrácie
Existuje určitý vzťah medzi viskozitou vodného roztoku HPMC a jeho koncentráciou. So zvyšujúcou sa koncentráciou HPMC sa molekulárne interakcie vo vodnom roztoku zvyšujú a zvyšuje sa zapletenie a zosieťovanie molekulárnych reťazcov, čo vedie k zvýšeniu viskozity roztoku. Pri nižších koncentráciách sa viskozita vodného roztoku HPMC zvyšuje lineárne so zvyšovaním koncentrácie, ale pri vyšších koncentráciách má rast viskozity roztoku tendenciu byť plochý a dosahuje stabilnú hodnotu.
(2) Vplyv molekulovej hmotnosti
Molekulová hmotnosť HPMC priamo ovplyvňuje viskozitu jej vodného roztoku. HPMC s vyššou molekulovou hmotnosťou má dlhšie molekulové reťazce a môže tvoriť zložitejšiu trojrozmernú sieťovú štruktúru vo vodnom roztoku, čo vedie k vyššej viskozite. Naproti tomu HPMC s nižšou molekulovou hmotnosťou má voľnejšiu sieťovú štruktúru a nižšiu viskozitu v dôsledku kratších molekulových reťazcov. Preto je pri aplikácii veľmi dôležité zvoliť HPMC s vhodnou molekulovou hmotnosťou na dosiahnutie ideálneho viskozitného efektu.
(3) Vplyv teploty
Teplota je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim viskozitu vodného roztoku HPMC. So zvyšujúcou sa teplotou sa zintenzívňuje pohyb molekúl vody a viskozita roztoku zvyčajne klesá. Je to preto, že keď teplota stúpa, zvyšuje sa voľnosť molekulárneho reťazca HPMC a interakcia medzi molekulami sa oslabuje, čím sa znižuje viskozita roztoku. Odozva HPMC z rôznych šarží alebo značiek na teplotu sa však môže tiež líšiť, takže teplotné podmienky je potrebné upraviť podľa špecifických požiadaviek aplikácie.
(4) Vplyv hodnoty pH
Samotná HPMC je neiónová zlúčenina a viskozita jej vodného roztoku je citlivá na zmeny pH. Hoci HPMC vykazuje relatívne stabilné viskozitné charakteristiky v kyslom alebo neutrálnom prostredí, rozpustnosť a viskozita HPMC bude ovplyvnená v extrémne kyslom alebo zásaditom prostredí. Napríklad v silne kyslých alebo silne alkalických podmienkach môžu byť molekuly HPMC čiastočne degradované, čím sa zníži viskozita ich vodného roztoku.
3. Reologická analýza viskozitných charakteristík vodného roztoku HPMC
Reologické správanie vodného roztoku HPMC zvyčajne vykazuje nenewtonovské charakteristiky tekutiny, čo znamená, že jeho viskozita nesúvisí len s faktormi, ako je koncentrácia roztoku a molekulová hmotnosť, ale aj s rýchlosťou šmyku. Všeobecne povedané, pri nízkych šmykových rýchlostiach vodný roztok HPMC vykazuje vyššiu viskozitu, zatiaľ čo so zvyšujúcou sa šmykovou rýchlosťou viskozita klesá. Toto správanie sa nazýva „strihové riedenie“ alebo „šmykové riedenie“ a je veľmi dôležité v mnohých praktických aplikáciách. Napríklad v oblasti náterov, farmaceutických prípravkov, spracovania potravín atď. môžu charakteristiky šmykového riedenia HPMC zabezpečiť, že sa pri nízkorýchlostných aplikáciách udrží vysoká viskozita a môže ľahšie tiecť pri vysokorýchlostných šmykových podmienkach.
4. Ďalšie faktory ovplyvňujúce viskozitu vodného roztoku HPMC
(1) Účinok soli
Pridanie rozpustených solí (ako je chlorid sodný) môže zvýšiť viskozitu vodného roztoku HPMC. Je to preto, že soľ môže zvýšiť interakciu medzi molekulami zmenou iónovej sily roztoku, takže molekuly HPMC tvoria kompaktnejšiu sieťovú štruktúru, čím sa zvyšuje viskozita. Vplyv typu soli a koncentrácie na viskozitu je však tiež potrebné upraviť podľa konkrétnych okolností.
(2) Účinok iných prísad
Pridanie ďalších prísad (ako sú povrchovo aktívne látky, polyméry atď.) do vodného roztoku HPMC tiež ovplyvní viskozitu. Povrchovo aktívne látky môžu napríklad znižovať viskozitu HPMC, najmä ak je koncentrácia povrchovo aktívnej látky vysoká. Okrem toho môžu určité polyméry alebo častice tiež interagovať s HPMC a meniť reologické vlastnosti jej roztoku.
Viskozitné charakteristikyhydroxypropylmetylcelulóza Vodný roztok HPMC je ovplyvnený mnohými faktormi, vrátane koncentrácie, molekulovej hmotnosti, teploty, hodnoty pH atď. Vodný roztok HPMC zvyčajne vykazuje nenewtonské reologické vlastnosti, má dobré zahusťovacie vlastnosti a strihové riedenie a je široko používaný v rôznych priemyselných a farmaceutických oblastiach. Pochopenie a zvládnutie týchto vlastností viskozity pomôže optimalizovať použitie HPMC v rôznych aplikáciách. V praktických aplikáciách by sa mal vybrať vhodný typ HPMC a podmienky procesu podľa špecifických potrieb, aby sa dosiahla ideálna viskozita a reologické vlastnosti.
Čas odoslania: Mar-01-2025