Хидроксипропил метилцелулозата (HPMC) е важен водоразтворим полимер, широко използван във фармацевтиката, храните, покритията, строителните материали и други области. Вискозитетът на разтвора на HPMC е ключов фактор, влияещ върху неговата производителност и приложение, а температурата оказва значително влияние върху вискозитета на водния разтвор на HPMC.
1. Вискозитетни характеристики на HPMC разтвор
HPMC е полимерен материал с термично обратими свойства на разтваряне. Когато НРМС се разтваря във вода, образуваният воден разтвор проявява характеристики на ненютонова течност, т.е. вискозитетът на разтвора се променя с промени в скоростта на срязване. При нормална температура HPMC разтворите обикновено се държат като псевдопластични течности, т.е. имат по-висок вискозитет при ниски скорости на срязване и вискозитетът намалява с увеличаване на скоростта на срязване.
2. Ефектът на температурата върху вискозитета на HPMC разтвор
Температурните промени имат два основни механизма на въздействие върху вискозитета на HPMC водни разтвори: повишено топлинно движение на молекулните вериги и промени във взаимодействията на разтвора.
(1) Топлинното движение на молекулните вериги се увеличава
Когато температурата се повиши, топлинното движение на молекулярната верига HPMC се увеличава, което води до отслабване на водородните връзки и силите на Ван дер Ваалс между молекулите и увеличаване на течливостта на разтвора. Вискозитетът на разтвора намалява поради намаленото заплитане и физическото омрежване между молекулните вериги. Следователно водните разтвори на HPMC показват по-нисък вискозитет при по-високи температури.
(2) Промени във взаимодействието на разтвора
Температурните промени могат да повлияят на разтворимостта на HPMC молекулите във вода. HPMC е полимер с терможелиращи свойства и неговата разтворимост във вода се променя значително с температурата. При по-ниски температури хидрофилните групи на HPMC молекулната верига образуват стабилни водородни връзки с водните молекули, като по този начин поддържат добра разтворимост и висок вискозитет. Въпреки това, когато температурата се повиши до определено ниво, хидрофобното взаимодействие между HPMC молекулните вериги се засилва, което води до образуването на триизмерна мрежеста структура или желиране в разтвора, което води до внезапно повишаване на вискозитета на разтвора при определени условия. Това явление се нарича. Това е феномен на „термичен гел“.
3. Експериментално наблюдение на температурата върху вискозитета на HPMC разтвора
Експерименталните проучвания показват, че в рамките на конвенционален температурен диапазон (напр. 20°C до 40°C), вискозитетът на HPMC водните разтвори постепенно намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото по-високите температури увеличават кинетичната енергия на молекулните вериги и намаляват междумолекулните взаимодействия, като по този начин намаляват вътрешното триене на разтвора. Въпреки това, когато температурата продължава да се повишава до точката на термичен гел на HPMC (обикновено между 60°C и 90°C, в зависимост от степента на заместване и молекулното тегло на HPMC), вискозитетът на разтвора внезапно се увеличава. Появата на това явление е свързана с взаимното заплитане и агрегация на НРМС молекулни вериги.
4. Връзка между температурата и структурните параметри на HPMC
Вискозитетът на разтвора на HPMC не се влияе само от температурата, но също така е тясно свързан с неговата молекулярна структура. Например, степента на заместване (т.е. съдържанието на хидроксипропилови и метилови заместители) и молекулното тегло на НРМС имат значително влияние върху поведението му при термичен гел. HPMC с висока степен на заместване поддържа по-нисък вискозитет в по-широк температурен диапазон поради своите по-хидрофилни групи, докато HPMC с ниска степен на заместване е по-вероятно да образува термични гелове. В допълнение, HPMC разтворите с по-високо молекулно тегло са по-склонни да увеличат вискозитета си при високи температури.
5. Съображения за индустриално и практическо приложение
В практическите приложения трябва да се изберат подходящи разновидности на HPMC според специфични температурни условия. Например, в среда с висока температура трябва да се избере HPMC с по-висока температурна устойчивост, за да се избегне термично желиране. При условия на ниска температура трябва да се вземат предвид разтворимостта и стабилността на вискозитета на HPMC.
Ефектът на температурата върху вискозитета на водния разтвор на HPMC има важно практическо значение. Във фармацевтичната област HPMC често се използва като материал с продължително освобождаване за фармацевтични препарати и неговите характеристики на вискозитет пряко влияят върху скоростта на освобождаване на лекарството. В хранително-вкусовата промишленост HPMC се използва за подобряване на текстурата и стабилността на продуктите и температурната зависимост на вискозитета на неговия разтвор трябва да се регулира в зависимост от температурата на обработка. В строителните материали HPMC се използва като сгъстител и водозадържащ агент, а неговите вискозитетни характеристики влияят на конструктивните характеристики и здравината на материала.
Ефектът на температурата върху вискозитета на водния разтвор на HPMC е сложен процес, включващ топлинното движение на молекулната верига, взаимодействието на разтвора и структурните свойства на полимера. Като цяло, вискозитетът на водните разтвори на HPMC обикновено намалява с повишаване на температурата, но в определени температурни диапазони може да настъпи термично желиране. Разбирането на тази характеристика има важно насочващо значение за практическото приложение и оптимизирането на процеса на HPMC.
Време на публикуване: 10 юли 2024 г