Вискозитетни характеристики на водния разтвор на хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)

Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)е широко използван водоразтворим полимер с различни приложения, особено във фармацевтични продукти, храни и козметични продукти. Способността му да образува дебели гелоподобни разтвори, когато се смесва с вода, го прави универсална съставка. Вискозитетът на решенията на Kimacell®HPMC играе решаваща роля за определяне на тяхното представяне в различни формулировки. Разбирането на характеристиките на вискозитета на водните решения на HPMC е от съществено значение за оптимизиране на тяхното използване в различни индустрии.

1. Въведение в хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)

Хидроксипропил метилцелулозата е полусинтетично производно на целулозата. Произвежда се чрез заместване на целулозата с хидроксипропилни групи и метилови групи. Съотношението на тези замествания може да варира, което води до различни степени на HPMC с различни характеристики, включително вискозитет. Типичната структура на HPMC се състои от целулозен гръбнак с хидроксипропилни и метилови групи, прикрепени към глюкозните единици.

HPMC се използва в различни индустрии поради своята биосъвместимост, способност за образуване на гелове и лекота на разтворимост във водата. Във водни разтвори HPMC се държи като неион, водоразтворим полимер, който значително влияе върху реологичните свойства на разтвора, особено вискозитетът.

2. Вискозитетни характеристики на HPMC решения

Вискозитетът на HPMC разтворите се влияе от няколко фактора, включително концентрацията на HPMC, молекулното тегло на полимера, температурата и наличието на соли или други разтворители. По -долу са основните фактори, които управляват характеристиките на вискозитета на HPMC във водни разтвори:

Концентрация на HPMC: Вискозитетът се увеличава с увеличаването на концентрацията на HPMC. При по -високи концентрации HPMC молекулите си взаимодействат по -значително помежду си, което води до по -висока устойчивост на потока.

Молекулно тегло на HPMC: Вискозитетът на HPMC разтворите е силно свързан с молекулното тегло на полимера. Степента на HPMC с по -голямо молекулно тегло е склонна да произвежда повече вискозни разтвори. Това е така, защото по -големите полимерни молекули създават по -значителна устойчивост на потока поради увеличеното им заплитане и триене.

Температура: Вискозитетът обикновено намалява с увеличаване на температурата. Това е така, защото по -високите температури водят до намаляване на междумолекулните сили между HPMC молекулите, като по този начин намаляват способността им да се противопоставят на потока.

Скорост на срязване: Вискозитетът на HPMC разтворите зависи от скоростта на срязване, особено в не-новияянски течности, което е характерно за полимерните разтвори. При ниска скорост на срязване, HPMC разтворите проявяват висок вискозитет, докато при висока скорост на срязване вискозитетът намалява поради поведението на изтъняване на срязване.

Ефект на йонната сила: Наличието на електролити (като соли) в разтвора може да промени вискозитета. Някои соли могат да проверяват отблъскващите сили между полимерните вериги, което ги кара да се агрегират и да доведат до намаляване на вискозитета.

3. Вискозитет спрямо концентрацията: Експериментални наблюдения

Обща тенденция, наблюдавана при експериментите, е, че вискозитетът на водните разтвори на HPMC се увеличава експоненциално с увеличаване на концентрацията на полимер. Връзката между вискозитета и концентрацията може да бъде описана от следното емпирично уравнение, което често се използва за концентрирани полимерни разтвори:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Къде:

η \ etaη е вискозитетът

CCC е концентрацията на HPMC

AAA и NNN са емпирични константи, които зависят от специфичния тип HPMC и условията на разтвора.

За по -ниски концентрации връзката е линейна, но с увеличаването на концентрацията вискозитетът се повишава стръмно, отразявайки увеличеното взаимодействие между полимерните вериги.

4. Вискозитет срещу молекулярно тегло

Молекулното тегло на Kimacell®HPMC играе решаваща роля за неговите характеристики на вискозитета. По -високото молекулно тегло HPMC полимерите са склонни да образуват по -вискозни разтвори при по -ниски концентрации в сравнение с по -ниските степени на молекулно тегло. Вискозитетът на разтворите, направени от HPMC с високо молекулно тегло, може да бъде до няколко порядъка по-високи от тези на разтворите, направени от HPMC с по-ниско молекулно тегло.

Например, разтвор на HPMC с молекулно тегло от 100 000 DA ще прояви по -висок вискозитет от този с молекулно тегло от 50 000 DA при същата концентрация.

5. Температурен ефект върху вискозитета

Температурата има значителен ефект върху вискозитета на HPMC разтворите. Увеличаването на температурата води до намаляване на вискозитета на разтвора. Това се дължи предимно на топлинното движение на полимерните вериги, което ги кара да се движат по -свободно, намалявайки тяхната устойчивост до поток. Ефектът на температурата върху вискозитета често се определя количествено с помощта на уравнение от тип Arrhenius:

η (t) = η0eeart \ eta (t) = \ eta_0 e^{\ frac {e_a} {rt}} η (t) = η0 ertea

Къде:

η (t) \ eta (t) η (t) е вискозитетът при температура ttt

η0 \ eta_0η0 е преди експоненциалният фактор (вискозитет при безкрайна температура)

Eae_aea е енергията на активиране

RRR е константата на газа

TTT е абсолютната температура

6. Реологично поведение

Реологията на водните разтвори на HPMC често се описва като неньютоново, което означава, че вискозитетът на разтвора не е постоянен, но варира в зависимост от скоростта на приложената срязване. При ниска скорост на срязване, HPMC разтворите проявяват сравнително висок вискозитет поради заплитането на полимерни вериги. С увеличаването на скоростта на срязване обаче вискозитетът намалява - явление, известно като изтъняване на срязване.

Това поведение на срязване е характерно за много полимерни разтвори, включително HPMC. Зависимостта на скоростта на срязване на вискозитета може да бъде описана с помощта на модела на захранването:

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

Къде:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ е скоростта на срязване

KKK е индексът на консистенция

NNN е индексът на поведението на потока (с n <1n <1n <1 за изтъняване на срязване)

7. Вискозитет на HPMC решения: обобщена таблица

По -долу е таблица, обобщаваща характеристиките на вискозитета на водните разтвори на HPMC при различни условия:

Характеристиките на вискозитета наHPMCВодните разтвори се влияят от няколко фактора, включително концентрация, молекулно тегло, температура и скорост на срязване. HPMC е силно универсален материал и неговите реологични свойства могат да бъдат пригодени за специфични приложения чрез коригиране на тези параметри. Разбирането на тези фактори позволява оптималното използване на Kimacell®HPMC в различни индустрии, от фармацевтични продукти до храни и козметика. Чрез манипулиране на условията, при които се разтваря HPMC, производителите могат да постигнат желания вискозитет и свойства на потока за техните специфични нужди.