Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) je neionska vodotopna polimerna spojina, pridobljena s kemično modifikacijo naravne celuloze. Široko se uporablja v živilski, medicinski, kozmetični in gradbeni industriji, zlasti kot lepilo, zgoščevalec, emulgator in suspendirno sredstvo v farmacevtskih pripravkih. V postopku uporabe so značilnosti viskoznosti vodne raztopine HPMC ključne za njeno delovanje na različnih področjih.
1. Zgradba in lastnosti hidroksipropil metilceluloze
Molekularna struktura HPMC vsebuje dve substituentski skupini, hidroksipropil (-CH₂CHOHCH₃) in metil (-OCH₃), zaradi česar ima dobro topnost v vodi in sposobnost modifikacije. Molekularna veriga HPMC ima določeno togo strukturo, vendar lahko v vodni raztopini tvori tudi tridimenzionalno mrežno strukturo, kar ima za posledico povečanje viskoznosti. Njegova molekulska masa, vrsta substituenta in stopnja substitucije (tj. stopnja substitucije hidroksipropila in metila vsake enote) pomembno vplivajo na viskoznost raztopine.
2. Viskoznostne značilnosti vodne raztopine
Viskoznostne značilnosti vodne raztopine HPMC so tesno povezane z dejavniki, kot so koncentracija, molekulska masa, temperatura in pH vrednost topila. Na splošno se viskoznost vodne raztopine HPMC poveča s povečanjem njene koncentracije. Njegova viskoznost kaže ne-Newtonovo reološko obnašanje, to je, ko se strižna hitrost povečuje, se viskoznost raztopine postopoma zmanjšuje, kar kaže na pojav strižnega redčenja.
(1) Učinek koncentracije
Med viskoznostjo vodne raztopine HPMC in njeno koncentracijo obstaja določeno razmerje. Ko se koncentracija HPMC poveča, se molekularne interakcije v vodni raztopini povečajo, prepletenost in navzkrižno povezovanje molekulskih verig pa se povečata, kar povzroči povečanje viskoznosti raztopine. Pri nižjih koncentracijah viskoznost vodne raztopine HPMC narašča linearno s povečanjem koncentracije, pri višjih koncentracijah pa je rast viskoznosti raztopine ravna in doseže stabilno vrednost.
(2) Učinek molekulske mase
Molekulska masa HPMC neposredno vpliva na viskoznost njegove vodne raztopine. HPMC z večjo molekulsko maso ima daljše molekulske verige in lahko v vodni raztopini tvori bolj zapleteno tridimenzionalno mrežno strukturo, kar ima za posledico večjo viskoznost. V nasprotju s tem ima HPMC z nižjo molekulsko maso ohlapnejšo mrežno strukturo in nižjo viskoznost zaradi krajših molekulskih verig. Zato je pri nanašanju zelo pomembno, da izberete HPMC s primerno molekulsko maso, da dosežete idealen učinek viskoznosti.
(3) Vpliv temperature
Temperatura je pomemben dejavnik, ki vpliva na viskoznost vodne raztopine HPMC. Z zvišanjem temperature se gibanje molekul vode okrepi in viskoznost raztopine se običajno zmanjša. To je zato, ker ko se temperatura dvigne, se poveča svoboda molekularne verige HPMC in oslabi interakcija med molekulami, s čimer se zmanjša viskoznost raztopine. Vendar se lahko tudi odziv HPMC iz različnih serij ali znamk na temperaturo razlikuje, zato je treba temperaturne pogoje prilagoditi glede na posebne zahteve uporabe.
(4) Vpliv pH vrednosti
Sama HPMC je neionska spojina, viskoznost njene vodne raztopine pa je občutljiva na spremembe pH. Čeprav ima HPMC razmeroma stabilne viskoznostne značilnosti v kislem ali nevtralnem okolju, bosta topnost in viskoznost HPMC prizadeti v izjemno kislem ali alkalnem okolju. Na primer, v močnih kislinskih ali močno alkalnih pogojih se lahko molekule HPMC delno razgradijo, s čimer se zmanjša viskoznost njegove vodne raztopine.
3. Reološka analiza viskoznih karakteristik vodne raztopine HPMC
Reološko obnašanje vodne raztopine HPMC običajno kaže značilnosti ne-newtonske tekočine, kar pomeni, da njena viskoznost ni povezana le z dejavniki, kot sta koncentracija raztopine in molekulska masa, ampak tudi s strižno hitrostjo. Na splošno pri nizkih strižnih stopnjah vodna raztopina HPMC kaže večjo viskoznost, medtem ko se strižna hitrost poveča, viskoznost pada. To vedenje se imenuje "strižno tanjšanje" ali "strižno tanjšanje" in je zelo pomembno v mnogih praktičnih aplikacijah. Na primer, na področjih premazov, farmacevtskih pripravkov, predelave hrane itd., lahko lastnosti HPMC pri strižnem redčenju zagotovijo ohranjanje visoke viskoznosti med aplikacijami pri nizkih hitrostih in lahko lažje tečejo v pogojih striženja pri visokih hitrostih.
4. Drugi dejavniki, ki vplivajo na viskoznost vodne raztopine HPMC
(1) Učinek soli
Dodatek raztopljenih soli (kot je natrijev klorid) lahko poveča viskoznost vodne raztopine HPMC. To je zato, ker lahko sol poveča interakcijo med molekulami s spreminjanjem ionske jakosti raztopine, tako da HPMC molekule tvorijo bolj kompaktno mrežno strukturo in s tem povečajo viskoznost. Vendar je treba glede na posebne okoliščine prilagoditi tudi učinek vrste in koncentracije soli na viskoznost.
(2) Učinek drugih dodatkov
Dodajanje drugih dodatkov (kot so površinsko aktivne snovi, polimeri itd.) v vodno raztopino HPMC bo prav tako vplivalo na viskoznost. Na primer, površinsko aktivne snovi lahko zmanjšajo viskoznost HPMC, zlasti kadar je koncentracija površinsko aktivne snovi visoka. Poleg tega lahko nekateri polimeri ali delci medsebojno delujejo s HPMC in spremenijo reološke lastnosti njegove raztopine.
Viskoznostne lastnostihidroksipropil metilceluloza vodne raztopine vplivajo številni dejavniki, vključno s koncentracijo, molekulsko maso, temperaturo, pH vrednostjo itd. HPMC vodna raztopina običajno kaže ne-newtonske reološke lastnosti, ima dobre lastnosti zgoščevanja in redčenja pri strigu in se pogosto uporablja na različnih industrijskih in farmacevtskih področjih. Razumevanje in obvladovanje teh značilnosti viskoznosti bo pomagalo optimizirati uporabo HPMC v različnih aplikacijah. V praktičnih aplikacijah je treba ustrezno vrsto HPMC in procesne pogoje izbrati glede na posebne potrebe, da se doseže idealna viskoznost in reološke lastnosti.
Čas objave: Mar-01-2025