Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) là hợp chất polyme không ion tan trong nước thu được bằng cách biến tính hóa học xenluloza tự nhiên. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, y học, mỹ phẩm và xây dựng, đặc biệt là chất kết dính, chất làm đặc, chất nhũ hóa và chất huyền phù trong các chế phẩm dược phẩm. Trong quá trình ứng dụng, đặc tính độ nhớt của dung dịch nước HPMC rất quan trọng đối với hiệu suất của nó trong các lĩnh vực khác nhau.
1. Cấu trúc và tính chất của hydroxypropyl methylcellulose
Cấu trúc phân tử của HPMC chứa hai nhóm thế, hydroxypropyl (-CH₂CHOHCH₃) và metyl (-OCH₃), làm cho nó có khả năng hòa tan trong nước và khả năng biến đổi tốt. Chuỗi phân tử HPMC có cấu trúc cứng nhất định, nhưng nó cũng có thể hình thành cấu trúc mạng ba chiều trong dung dịch nước, dẫn đến tăng độ nhớt. Trọng lượng phân tử, loại chất thay thế và mức độ thay thế (tức là mức độ thay thế hydroxypropyl và methyl của từng đơn vị) có ảnh hưởng quan trọng đến độ nhớt của dung dịch.
2. Đặc tính độ nhớt của dung dịch nước
Đặc tính độ nhớt của dung dịch nước HPMC có liên quan chặt chẽ với các yếu tố như nồng độ, trọng lượng phân tử, nhiệt độ và giá trị pH của dung môi. Nhìn chung, độ nhớt của dung dịch nước HPMC tăng theo nồng độ tăng. Độ nhớt của nó thể hiện hành vi lưu biến phi Newton, nghĩa là khi tốc độ cắt tăng, độ nhớt của dung dịch giảm dần, thể hiện hiện tượng cắt mỏng.
(1) Ảnh hưởng của nồng độ
Có một mối quan hệ nhất định giữa độ nhớt của dung dịch nước HPMC và nồng độ của nó. Khi nồng độ HPMC tăng lên, các tương tác phân tử trong dung dịch nước được tăng cường, và sự vướng víu và liên kết chéo của các chuỗi phân tử tăng lên, dẫn đến độ nhớt của dung dịch tăng lên. Ở nồng độ thấp hơn, độ nhớt của dung dịch nước HPMC tăng tuyến tính theo sự gia tăng nồng độ, nhưng ở nồng độ cao hơn, sự tăng trưởng độ nhớt của dung dịch có xu hướng bằng phẳng và đạt đến giá trị ổn định.
(2) Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử
Trọng lượng phân tử của HPMC ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt của dung dịch nước. HPMC có trọng lượng phân tử cao hơn có chuỗi phân tử dài hơn và có thể tạo thành cấu trúc mạng ba chiều phức tạp hơn trong dung dịch nước, dẫn đến độ nhớt cao hơn. Ngược lại, HPMC có trọng lượng phân tử thấp hơn có cấu trúc mạng lỏng lẻo hơn và độ nhớt thấp hơn do chuỗi phân tử ngắn hơn. Do đó, khi áp dụng, điều rất quan trọng là phải chọn HPMC có trọng lượng phân tử phù hợp để đạt được hiệu ứng độ nhớt lý tưởng.
(3) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch nước HPMC. Khi nhiệt độ tăng, chuyển động của các phân tử nước tăng lên và độ nhớt của dung dịch thường giảm. Điều này là do khi nhiệt độ tăng, độ tự do của chuỗi phân tử HPMC tăng lên và sự tương tác giữa các phân tử yếu đi, do đó làm giảm độ nhớt của dung dịch. Tuy nhiên, phản ứng của HPMC từ các lô hoặc nhãn hiệu khác nhau đối với nhiệt độ cũng có thể khác nhau, vì vậy các điều kiện nhiệt độ cần được điều chỉnh theo các yêu cầu ứng dụng cụ thể.
(4) Ảnh hưởng của giá trị pH
Bản thân HPMC là một hợp chất không ion và độ nhớt của dung dịch nước của nó nhạy cảm với những thay đổi về độ pH. Mặc dù HPMC thể hiện các đặc tính độ nhớt tương đối ổn định trong môi trường axit hoặc trung tính, độ hòa tan và độ nhớt của HPMC sẽ bị ảnh hưởng trong môi trường cực kỳ axit hoặc kiềm. Ví dụ, trong điều kiện axit mạnh hoặc kiềm mạnh, các phân tử HPMC có thể bị phân hủy một phần, do đó làm giảm độ nhớt của dung dịch nước của nó.
3. Phân tích lưu biến đặc tính độ nhớt của dung dịch nước HPMC
Hành vi lưu biến của dung dịch nước HPMC thường cho thấy các đặc tính lưu chất phi Newton, có nghĩa là độ nhớt của nó không chỉ liên quan đến các yếu tố như nồng độ dung dịch và trọng lượng phân tử mà còn liên quan đến tốc độ cắt. Nói chung, ở tốc độ cắt thấp, dung dịch nước HPMC cho thấy độ nhớt cao hơn, trong khi khi tốc độ cắt tăng, độ nhớt giảm. Hành vi này được gọi là "làm loãng cắt" hoặc "làm loãng cắt" và rất quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế. Ví dụ, trong các lĩnh vực sơn phủ, chế phẩm dược phẩm, chế biến thực phẩm, v.v., các đặc tính làm loãng cắt của HPMC có thể đảm bảo duy trì độ nhớt cao trong các ứng dụng tốc độ thấp và nó có thể chảy dễ dàng hơn trong điều kiện cắt tốc độ cao.
4. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch nước HPMC
(1) Tác dụng của muối
Việc bổ sung các chất tan muối (như natri clorua) có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch nước HPMC. Điều này là do muối có thể tăng cường sự tương tác giữa các phân tử bằng cách thay đổi cường độ ion của dung dịch, do đó các phân tử HPMC tạo thành cấu trúc mạng lưới chặt chẽ hơn, do đó làm tăng độ nhớt. Tuy nhiên, tác động của loại muối và nồng độ muối đối với độ nhớt cũng cần được điều chỉnh theo các trường hợp cụ thể.
(2) Tác dụng của các chất phụ gia khác
Thêm các chất phụ gia khác (như chất hoạt động bề mặt, polyme, v.v.) vào dung dịch nước HPMC cũng sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt. Ví dụ, chất hoạt động bề mặt có thể làm giảm độ nhớt của HPMC, đặc biệt là khi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao. Ngoài ra, một số polyme hoặc hạt cũng có thể tương tác với HPMC và thay đổi tính chất lưu biến của dung dịch.
Đặc điểm độ nhớt củahydroxypropyl metyl xenluloza dung dịch nước bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ, trọng lượng phân tử, nhiệt độ, giá trị pH, v.v. Dung dịch nước HPMC thường thể hiện các đặc tính lưu biến phi Newton, có đặc tính làm đặc và làm loãng cắt tốt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và dược phẩm. Hiểu và nắm vững các đặc tính độ nhớt này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng HPMC trong các ứng dụng khác nhau. Trong các ứng dụng thực tế, loại HPMC và điều kiện quy trình phù hợp nên được lựa chọn theo nhu cầu cụ thể để có được độ nhớt và đặc tính lưu biến lý tưởng.
Thời gian đăng: 01-03-2025