Karakteristike viskoznosti hidroksipropil metilceluloze (HPMC) vodene otopine

Hydroxypropil MetilCellulose (HPMC)je široko korišten polimer topljivi u vodi s raznim primjenama, posebno u lijekovima, hrani i kozmetičkim proizvodima. Njegova sposobnost da se formira debela, gel-slična rješenja kada mešaju sa vodom čini svestranim sastojkom. Viskoznost Kimacell®HPMC rješenja igra ključnu ulogu u određivanju njihovih performansi u različitim formulacijama. Razumijevanje karakteristika viskoznosti HPMC vodenih rješenja ključne su za optimizaciju njihove upotrebe u različitim industrijama.

1. Uvod u hidroksipropil metilceluloza (HPMC)

Hidroksipropil metilceluloza je polusintetički derivat celuloze. Proizvodi se zamjenom celuloze sa hidroksipropil grupama i metilnim grupama. Odnos ovih zamjena može varirati, što dovodi do različitih razreda HPMC-a s izrazitim karakteristikama, uključujući viskoznost. Tipična struktura HPMC-a sastoji se od okosnica celuloze sa hidroksipropil i metil grupama pričvršćenim na jedinice glukoze.

HPMC se koristi u raznim industrijama zbog svoje biokompatibilnosti, sposobnosti formiranja gelova i lakoća rastvorljivosti u vodi. U vodenim rješenjima, HPMC se ponaša kao ne-jonski polimer koji topio vodu koji značajno utječe na reološka svojstva rješenja, posebno viskoznosti.

2. Karakteristike viskoznosti HPMC rješenja

Na viskoznost HPMC rješenja utječe nekoliko faktora, uključujući koncentraciju HPMC-a, molekularne težine polimera, temperature i prisutnosti soli ili drugih rješenja. Ispod su glavni faktori koji upravljaju karakteristikama viskoznosti HPMC-a u vodenim rješenjima:

Koncentracija HPMC-a: Viskoznost se povećava kako se koncentracija HPMC povećava. Po višim koncentracijama, HPMC molekuli međusobno su značajnije komuniciraju, što dovodi do većeg otpornosti na tok.

Molekularna težina HPMC-a: Viskoznost HPMC rješenja snažno je povezana s molekularne težine polimera. Veća molekularna težina HPMC ocjene imaju tendenciju da proizvedu viskusuju rješenja. To je zato što veći molekuli polimera stvaraju značajnije otpornost na tok zbog njihovog povećanog zapletenog i trenja.

Temperatura: Viskoznost se obično opada kako se temperatura povećava. To je zato što veće temperature rezultiraju smanjenjem intermolekularnih sila između molekula HPMC-a, čime se smanjuje njihova sposobnost da se opire protoku.

Brzina smicanja: Viskoznost HPMC rješenja zavisi od smicanja, posebno u nenowtonskim tekućinama, što je tipično za polimerna rješenja. Na niskim brzinama, HPMC rješenja pokazuju visoku viskoznost, dok se pri visokim smičnim stopama, viskoznost se smanjuje zbog poteškoća.

Efekat jonske čvrstoće: Prisutnost elektrolita (poput soli) u rješenju može izmijeniti viskoznost. Neke soli mogu prikazati odbojne sile između polimernih lanaca, uzrokujući da ih ugrađuju i rezultiraju smanjenjem viskoznosti.

3. Viskoznost u odnosu na koncentraciju: eksperimentalna zapažanja

Opći trend promatranog u eksperimentima je da viskoznost HPMC vodena rješenja eksponencijalno povećava sa povećanjem polimerske koncentracije. Odnos viskoznosti i koncentracije može se opisati sljedećim empirijskim jednadžbim, koji se često koristi za koncentrirana polimerna rješenja:

η = acn \ eta = ac ^ nη = acn

Gde:

η \ etaη je viskoznost

CCC je koncentracija HPMC-a

AAA i NNN su empirijske konstante koje ovise o specifičnoj vrsti HPMC-a i uvjetima rješenja.

Za niže koncentracije, odnos je linearna, ali kako se koncentracija povećava, viskoznost se strmo diže, odražavajući povećanu interakciju između polimernih lanaca.

4. Viskoznost protiv molekularne težine

Molekularna težina kimacell®HPMC igra ključnu ulogu u njegovim karakteristikama viskoznosti. Polimeri veće molekularne težine HPMC imaju tendenciju da formiraju viskusnija rješenja na nižim koncentracijama u odnosu na niže razrede molekularne težine. Viskoznost rješenja izrađenih od HPMC-a visokog molekularne težine može biti do nekoliko reda veličine veće od onih rješenja izrađenih od HPMC-a niže molekularne težine.

Na primjer, rješenje HPMC-a s molekularne težine od 100.000 DA izložit će veću viskoznost od jedne s molekularne težine od 50 000 da po istoj koncentraciji.

5. Efekt temperature na viskoznost

Temperatura ima značajan uticaj na viskoznost HPMC rješenja. Rast temperature dovodi do smanjenja viskoznosti rješenja. To je prvenstveno zbog termičkog kretanja polimernih lanaca, što im uzrokuje da se slobodnije kreću, smanjujući njihov otpor u protok. Učinak temperature na viskoznosti često se kvantificira pomoću jednadžbe tipa Arrhenius:

η (t) = η0eart \ eta (t) = \ eta_0 e ^ {\ frac {e_a} {rt}} η (t) = η0 ertea

Gde:

η (t) \ eta (t) η (t) je viskoznost na temperaturi TTT

η0 \ eta_0η0 je pred-eksponencijalni faktor (viskoznost na beskonačnoj temperaturi)

Eae_aea je energija aktivacije

RRR je konstanta gasa

TTT je apsolutna temperatura

6. Reološko ponašanje

Reologija HPMC vodenih rješenja često se opisuje kao ne-newtononski, što znači da viskoznost rješenja nije konstantna, ali varira od primijenjene brzine smicanja. Na niskim shitnim stopama, HPMC rješenja pokazuju relativno visoku viskoznost zbog zapletenih polimernih lanaca. Međutim, kao što se povećava smična stopa, viskoznost se smanjuje - fenomen poznat kao smicanje smicanja.

Ovo ponašanje smicanja je tipično za mnoga polimerna rješenja, uključujući HPMC. Oznaka za smicanja viskoznosti mogu se opisati pomoću modela zakonskog prava:

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

Gde:

˙˙ \ dot {\ gamma} ˙˙ je smična stopa

KKK je indeks konzistencije

Nnn je indeks ponašanja protoka (sa n <1n <1n <1 za smicanje smicanja)

7. Viskoznost HPMC rješenja: sažetak tablice

Ispod je tablica sažetak karakteristika viskoznosti HPMC vodenih rješenja u različitim uvjetima:

Karakteristike viskoznosti odHPMCNa vodena rješenja utječu nekoliko faktora, uključujući koncentraciju, molekularna težina, temperatura i smicanja. HPMC je vrlo svestran materijal, a njena reološka svojstva mogu se prilagoditi određenim aplikacijama prilagođavanjem ovih parametara. Razumijevanje ovih faktora omogućava optimalnu upotrebu kimacell®HPMC-a u raznim industrijama, od lijekova do hrane i kozmetike. Manipuliranjem uvjetima pod kojima HPMC rastvara, proizvođači mogu postići željenu viskoznost i svojstva protoka za svoje specifične potrebe.