خصائص اللزوجة للمحلول المائي هيدروكسي بروبيل (HPMC)

هيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز (HPMC)هو بوليمر قابل للذوبان في الماء يستخدم على نطاق واسع مع مجموعة متنوعة من التطبيقات ، وخاصة في المستحضرات الصيدلانية والغذاء ومستحضرات التجميل. إن قدرتها على تكوين حلول سميكة تشبه الهلام عند خلطها بالماء تجعلها مكونًا متعدد الاستخدامات. تلعب لزوجة حلول Kimacell®HPMC دورًا مهمًا في تحديد أدائها في تركيبات مختلفة. يعد فهم خصائص اللزوجة للحلول المائية HPMC ضروريًا لتحسين استخدامها في مختلف الصناعات.

1. مقدمة في هيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز (HPMC)

هيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز هو مشتق شبه التوفيق من السليلوز. يتم إنتاجه عن طريق استبدال السليلوز مع مجموعات هيدروكسي بروبيل ومجموعات الميثيل. يمكن أن تختلف نسبة هذه البدائل ، مما يؤدي إلى درجات مختلفة من HPMC مع خصائص مميزة ، بما في ذلك اللزوجة. يتكون الهيكل النموذجي لـ HPMC من العمود الفقري للسليلوز مع مجموعات هيدروكسي بروبيل وميثيل متصلة بوحدات الجلوكوز.

يتم استخدام HPMC في مجموعة متنوعة من الصناعات بسبب توافقها الحيوي ، وقدرتها على تكوين المواد الهلامية ، وسهولة الذوبان في الماء. في المحاليل المائية ، يتصرف HPMC باعتباره بوليمر غير قابل للذوبان في الماء والذي يؤثر بشكل كبير على الخواص الريولوجية للمحلول ، وخاصة اللزوجة.

2. خصائص اللزوجة لحلول HPMC

تتأثر لزوجة حلول HPMC بعدة عوامل ، بما في ذلك تركيز HPMC ، والوزن الجزيئي للبوليمر ، ودرجة الحرارة ، ووجود الأملاح أو غيرها من المواد المذابة. فيما يلي العوامل الأساسية التي تحكم خصائص اللزوجة لـ HPMC في الحلول المائية:

تركيز HPMC: يزداد اللزوجة مع زيادة تركيز HPMC. بتركيزات أعلى ، تتفاعل جزيئات HPMC بشكل أكبر مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى مقاومة أعلى للتدفق.

الوزن الجزيئي لـ HPMC: ترتبط لزوجة حلول HPMC ارتباطًا وثيقًا بالوزن الجزيئي للبوليمر. تميل درجات HPMC للوزن الجزيئي الأعلى إلى إنتاج حلول أكثر لزجة. وذلك لأن جزيئات البوليمر الكبيرة تخلق مقاومة أكثر أهمية للتدفق بسبب زيادة التشابك والاحتكاك.

درجة حرارة: عادة ما تنخفض اللزوجة مع زيادة درجة الحرارة. وذلك لأن درجات الحرارة الأعلى تؤدي إلى الحد من القوى الجزيئية بين جزيئات HPMC ، مما يقلل من قدرتها على مقاومة التدفق.

معدل القص: لزوجة حلول HPMC تعتمد على معدل القص ، وخاصة في السوائل غير النيوتونية ، والتي هي نموذجية لمحلول البوليمر. في معدلات القص المنخفضة ، تظهر حلول HPMC لزوجة عالية ، بينما في معدلات القص العالية ، تنخفض اللزوجة بسبب سلوك تخفيف القص.

تأثير القوة الأيونية: وجود الشوارد (مثل الأملاح) في المحلول يمكن أن يغير اللزوجة. يمكن أن تقوم بعض الأملاح بفحص القوى البغيضة بين سلاسل البوليمر ، مما تسبب في تجميعها وتؤدي إلى انخفاض في اللزوجة.

3. اللزوجة مقابل التركيز: ملاحظات تجريبية

الاتجاه العام الذي لوحظ في التجارب هو أن لزوجة المحاليل المائية HPMC تزيد بشكل كبير مع زيادة تركيز البوليمر. يمكن وصف العلاقة بين اللزوجة والتركيز من خلال المعادلة التجريبية التالية ، والتي تستخدم غالبًا لمحلول البوليمر المركزة:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

أين:

η \ etaη هي اللزوجة

CCC هو تركيز HPMC

AAA و NNN هما ثوابت تجريبية تعتمد على النوع المحدد من HPMC وظروف الحل.

بالنسبة لتركيزات أقل ، تكون العلاقة خطية ، ولكن مع زيادة التركيز ، ترتفع اللزوجة بشكل حاد ، مما يعكس التفاعل المتزايد بين سلاسل البوليمر.

4. اللزوجة مقابل الوزن الجزيئي

يلعب الوزن الجزيئي لـ Kimacell®HPMC دورًا مهمًا في خصائص اللزوجة. تميل بوليمرات HPMC عالية الوزن الجزيئي إلى تكوين حلول أكثر لزجًا بتركيزات أقل مقارنة بدرجات الوزن الجزيئي المنخفض. يمكن أن تصل لزوجة الحلول المصنوعة من HPMC عالي الوزن الجزيئي إلى عدة أوامر ذات حجم أعلى من حلول HPMC ذات الوزن الجزيئي.

على سبيل المثال ، سيظهر محلول HPMC ذو الوزن الجزيئي البالغ 100000 DA لزوجة أعلى من واحد مع وزن جزيئي قدره 50000 DA في نفس التركيز.

5. تأثير درجة الحرارة على اللزوجة

درجة الحرارة لها تأثير كبير على لزوجة حلول HPMC. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض لزوجة المحلول. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى الحركة الحرارية لسلاسل البوليمر ، مما يجعلها تتحرك بحرية أكبر ، مما يقلل من مقاومتهم للتدفق. غالبًا ما يتم قياس تأثير درجة الحرارة على اللزوجة باستخدام معادلة من نوع Arrhenius:

η (t) = η0EERTER \ eta (t) = \ eta_0 e^{\ frac {e_a} {rt}} η (t) = η0 ertea

أين:

η (t) \ eta (t) η (t) هو اللزوجة في درجة الحرارة ttt

η0 \ eta_0η0 هو عامل ما قبل الأسي (اللزوجة في درجة حرارة لا حصر لها)

eae_aea هي طاقة التنشيط

RRR هو ثابت الغاز

TTT هي درجة الحرارة المطلقة

6. السلوك الريولوجي

غالبًا ما يوصف ريولوجيا المحاليل المائية HPMC بأنها غير نيوتون ، مما يعني أن لزوجة الحل ليست ثابتة ولكنها تختلف مع معدل القص المطبقة. في معدلات القص المنخفضة ، تظهر حلول HPMC لزوجة عالية نسبيا بسبب تشابك سلاسل البوليمر. ومع ذلك ، مع زيادة معدل القص ، تنخفض اللزوجة - وهي ظاهرة تعرف باسم ترقق القص.

هذا السلوك النخاع عن القص نموذجي للعديد من حلول البوليمر ، بما في ذلك HPMC. يمكن وصف اعتماد معدل القص لزوجة باستخدام نموذج قانون الطاقة:

η (γ˙) = kγ˙n-1 \ eta (\ dot {\ gamma}) = k \ dot {\ gamma}^{n-1} η (γ˙) = kγ˙ n-1

أين:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ هو معدل القص

KKK هو مؤشر الاتساق

NNN هو مؤشر سلوك التدفق (مع n <1n <1n <1 لتخفيف القص)

7. لزوجة حلول HPMC: جدول ملخص

فيما يلي جدول يلخص خصائص اللزوجة للحلول المائية HPMC في ظل ظروف مختلفة:

خصائص اللزوجةHPMCتتأثر المحاليل المائية بعدة عوامل ، بما في ذلك التركيز والوزن الجزيئي ودرجة الحرارة ومعدل القص. HPMC هي مادة متعددة الاستخدامات للغاية ، ويمكن تخصيص خصائصها الريولوجية لتطبيقات محددة من خلال ضبط هذه المعلمات. يسمح فهم هذه العوامل بالاستخدام الأمثل لـ Kimacell®HPMC في مختلف الصناعات ، من الأدوية إلى الأغذية ومستحضرات التجميل. من خلال معالجة الظروف التي يتم إذابة HPMC بموجبها ، يمكن للمصنعين تحقيق خصائص اللزوجة والتدفق المطلوبة لتلبية احتياجاتهم الخاصة.