ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นสารประกอบโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้แบบไม่เป็นไอออน ซึ่งได้มาจากการปรับเปลี่ยนทางเคมีของเซลลูโลสจากธรรมชาติ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร ยา เครื่องสำอาง และการก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะกาว สารเพิ่มความข้น อิมัลซิไฟเออร์ และสารแขวนลอยในผลิตภัณฑ์ยา ในกระบวนการใช้งาน ลักษณะความหนืดของสารละลายในน้ำ HPMC มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพในสาขาต่างๆ
1. โครงสร้างและคุณสมบัติของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส
โครงสร้างโมเลกุลของ HPMC ประกอบด้วยกลุ่มแทนที่ 2 กลุ่ม คือ ไฮดรอกซีโพรพิล (-CH₂ชอช₃) และเมทิล (-OCH₃) ซึ่งทำให้ละลายน้ำได้ดีและมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนได้ โซ่โมเลกุลของ HPMC มีโครงสร้างที่แข็ง แต่ก็สามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติในสารละลายน้ำได้ ส่งผลให้ความหนืดเพิ่มขึ้น น้ำหนักโมเลกุล ประเภทของสารแทนที่ และระดับการแทนที่ (เช่น ระดับการแทนที่ไฮดรอกซีโพรพิลและเมทิลของแต่ละหน่วย) มีอิทธิพลสำคัญต่อความหนืดของสารละลาย
2. ลักษณะความหนืดของสารละลายในน้ำ
ลักษณะความหนืดของสารละลายในน้ำ HPMC เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มข้น น้ำหนักโมเลกุล อุณหภูมิ และค่า pH ของตัวทำละลาย โดยทั่วไป ความหนืดของสารละลายในน้ำ HPMC จะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายจะแสดงพฤติกรรมรีโอโลยีแบบไม่ใช่นิวตัน กล่าวคือ เมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายจะค่อยๆ ลดลง แสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์การบางลงแบบเฉือน
(1) ผลของความเข้มข้น
ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดของสารละลายในน้ำของ HPMC กับความเข้มข้นนั้นมีความเกี่ยวข้องกัน เมื่อความเข้มข้นของ HPMC เพิ่มขึ้น ปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลในสารละลายในน้ำจะเพิ่มขึ้น และการพันกันและการเชื่อมขวางของโซ่โมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความหนืดของสารละลายเพิ่มขึ้น ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า ความหนืดของสารละลายในน้ำของ HPMC จะเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรงตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น แต่ที่ความเข้มข้นที่สูงขึ้น ความหนืดของสารละลายมีแนวโน้มที่จะคงที่และถึงค่าที่เสถียร
(2) ผลของน้ำหนักโมเลกุล
น้ำหนักโมเลกุลของ HPMC ส่งผลโดยตรงต่อความหนืดของสารละลายในน้ำ HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงจะมีโซ่โมเลกุลที่ยาวกว่าและสามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่ซับซ้อนกว่าในสารละลายในน้ำ ส่งผลให้มีความหนืดสูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะมีโครงสร้างเครือข่ายที่หลวมกว่าและมีความหนืดต่ำกว่าเนื่องจากมีโซ่โมเลกุลที่สั้นกว่า ดังนั้น เมื่อนำไปใช้ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องเลือก HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่เหมาะสมเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ความหนืดที่เหมาะสม
(3) ผลของอุณหภูมิ
อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความหนืดของสารละลายในน้ำของ HPMC เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำจะรุนแรงขึ้น และความหนืดของสารละลายมักจะลดลง เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อิสระของโซ่โมเลกุลของ HPMC จะเพิ่มขึ้น และปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลจะอ่อนลง ส่งผลให้ความหนืดของสารละลายลดลง อย่างไรก็ตาม การตอบสนองของ HPMC จากชุดหรือยี่ห้อต่างๆ ต่ออุณหภูมิอาจแตกต่างกันไป ดังนั้น จำเป็นต้องปรับสภาวะอุณหภูมิให้สอดคล้องกับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ
(4) ผลของค่า pH
HPMC เป็นสารประกอบที่ไม่ใช่ไอออนิก และความหนืดของสารละลายในน้ำจะไวต่อการเปลี่ยนแปลงของค่า pH แม้ว่า HPMC จะแสดงลักษณะความหนืดที่ค่อนข้างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือเป็นกลาง แต่ความสามารถในการละลายและความหนืดของ HPMC จะได้รับผลกระทบในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างอย่างรุนแรง ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะกรดเข้มข้นหรือด่างเข้มข้น โมเลกุลของ HPMC อาจสลายตัวบางส่วน ส่งผลให้ความหนืดของสารละลายในน้ำลดลง
3. การวิเคราะห์รีโอโลยีของลักษณะความหนืดของสารละลาย HPMC ในน้ำ
พฤติกรรมการไหลของสารละลายน้ำ HPMC มักจะแสดงลักษณะของของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวโทเนียน ซึ่งหมายความว่าความหนืดของสารละลายไม่ได้เกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มข้นของสารละลายและน้ำหนักโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับอัตราเฉือนด้วย โดยทั่วไป สารละลายน้ำ HPMC จะแสดงความหนืดที่สูงขึ้นที่อัตราเฉือนต่ำ ในขณะที่เมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดจะลดลง พฤติกรรมนี้เรียกว่า "การบางแบบเฉือน" หรือ "การบางแบบเฉือน" และมีความสำคัญมากในการใช้งานจริงหลายๆ อย่าง ตัวอย่างเช่น ในสาขาการเคลือบ การเตรียมยา การแปรรูปอาหาร เป็นต้น ลักษณะการบางแบบเฉือนของ HPMC ช่วยให้มั่นใจได้ว่าความหนืดสูงจะคงอยู่ระหว่างการใช้งานที่ความเร็วต่ำ และสามารถไหลได้ง่ายขึ้นภายใต้สภาวะการเฉือนที่ความเร็วสูง
4. ปัจจัยอื่นๆ ที่มีผลต่อความหนืดของสารละลาย HPMC
(1) ผลของเกลือ
การเติมสารละลายเกลือ (เช่น โซเดียมคลอไรด์) สามารถเพิ่มความหนืดของสารละลาย HPMC ในน้ำได้ เนื่องจากเกลือสามารถเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลได้โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของไอออนิกของสารละลาย ทำให้โมเลกุล HPMC สร้างโครงสร้างเครือข่ายที่แน่นหนาขึ้น ส่งผลให้ความหนืดเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ผลของประเภทและความเข้มข้นของเกลือต่อความหนืดยังต้องได้รับการปรับตามสถานการณ์เฉพาะด้วย
(2) ผลของสารเติมแต่งอื่น ๆ
การเติมสารเติมแต่งอื่นๆ (เช่น สารลดแรงตึงผิว โพลิเมอร์ ฯลฯ) ลงในสารละลาย HPMC ในน้ำจะส่งผลต่อความหนืดด้วย ตัวอย่างเช่น สารลดแรงตึงผิวอาจลดความหนืดของ HPMC โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวสูง นอกจากนี้ โพลิเมอร์หรืออนุภาคบางชนิดยังสามารถทำปฏิกิริยากับ HPMC และเปลี่ยนคุณสมบัติการไหลของสารละลายได้อีกด้วย
ลักษณะความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส สารละลายในน้ำได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย รวมทั้งความเข้มข้น น้ำหนักโมเลกุล อุณหภูมิ ค่า pH เป็นต้น สารละลายในน้ำ HPMC มักแสดงคุณสมบัติการไหลแบบไม่นิวโทเนียน มีคุณสมบัติการทำให้ข้นและบางลงจากการเฉือนที่ดี และใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและเภสัชกรรมต่างๆ การทำความเข้าใจและเชี่ยวชาญลักษณะความหนืดเหล่านี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ HPMC ในแอปพลิเคชันต่างๆ ในการใช้งานจริง ควรเลือกประเภท HPMC และเงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมตามความต้องการเฉพาะเพื่อให้ได้ความหนืดและคุณสมบัติการไหลที่เหมาะสมที่สุด
เวลาโพสต์ : 01 มี.ค. 2568