La hidroxipropil metilcel·lulosa (HPMC) és un important polímer soluble en aigua àmpliament utilitzat en productes farmacèutics, aliments, recobriments, materials de construcció i altres camps. La viscositat de la solució d'HPMC és un factor clau que afecta el seu rendiment i aplicació, i la temperatura té un impacte significatiu en la viscositat de la solució aquosa d'HPMC.
1. Característiques de viscositat de la solució HPMC
HPMC és un material polimèric amb propietats de dissolució tèrmicament reversibles. Quan l'HPMC es dissol en aigua, la solució aquosa formada presenta característiques de fluid no newtonianes, és a dir, la viscositat de la solució canvia amb els canvis de velocitat de cisalla. A temperatura normal, les solucions HPMC solen comportar-se com a fluids pseudoplàstics, és a dir, tenen una viscositat més alta a baixes velocitats de cisalla, i la viscositat disminueix a mesura que augmenta la velocitat de cisalla.
2. L'efecte de la temperatura sobre la viscositat de la solució HPMC
Els canvis de temperatura tenen dos mecanismes d'impacte principals sobre la viscositat de les solucions aquoses HPMC: l'augment del moviment tèrmic de les cadenes moleculars i els canvis en les interaccions de la solució.
(1) El moviment tèrmic de les cadenes moleculars augmenta
Quan augmenta la temperatura, augmenta el moviment tèrmic de la cadena molecular HPMC, la qual cosa fa que els enllaços d'hidrogen i les forces de van der Waals entre molècules es debilitin i la fluïdesa de la solució augmenti. La viscositat de la solució disminueix a causa de la reducció de l'entrellat i la reticulació física entre cadenes moleculars. Per tant, les solucions aquoses HPMC presenten una viscositat més baixa a temperatures més altes.
(2) Canvis en la interacció de la solució
Els canvis de temperatura poden afectar la solubilitat de les molècules HPMC a l'aigua. HPMC és un polímer amb propietats termogelificants i la seva solubilitat en aigua canvia significativament amb la temperatura. A temperatures més baixes, els grups hidròfils de la cadena molecular HPMC formen enllaços d'hidrogen estables amb molècules d'aigua, mantenint així una bona solubilitat i una alta viscositat. Tanmateix, quan la temperatura augmenta fins a un cert nivell, es millora la interacció hidrofòbica entre les cadenes moleculars HPMC, donant lloc a la formació d'una estructura de xarxa tridimensional o gelificació a la solució, fent que la viscositat de la solució augmenti sobtadament en determinades condicions. Aquest fenomen s'anomena És un fenomen de "gel tèrmic".
3. Observació experimental de la temperatura sobre la viscositat de la solució HPMC
Els estudis experimentals han demostrat que dins d'un rang de temperatura convencional (per exemple, de 20 °C a 40 °C), la viscositat de les solucions aquoses HPMC disminueix gradualment amb l'augment de la temperatura. Això es deu al fet que les temperatures més altes augmenten l'energia cinètica de les cadenes moleculars i redueixen les interaccions intermoleculars, reduint així la fricció interna de la solució. Tanmateix, quan la temperatura continua augmentant fins al punt de gel tèrmic de l'HPMC (generalment entre 60 °C i 90 °C, depenent del grau de substitució i del pes molecular de l'HPMC), la viscositat de la solució augmenta sobtadament. L'ocurrència d'aquest fenomen està relacionada amb l'entrellaçament i l'agregació mútues de cadenes moleculars HPMC.
4. Relació entre la temperatura i els paràmetres estructurals de HPMC
La viscositat de la solució de HPMC no només es veu afectada per la temperatura, sinó que també està estretament relacionada amb la seva estructura molecular. Per exemple, el grau de substitució (és a dir, el contingut de substituents hidroxipropil i metil) i el pes molecular de HPMC tenen un impacte significatiu en el seu comportament de gel tèrmic. Les HPMC amb un alt grau de substitució manté una viscositat més baixa en un rang de temperatures més ampli a causa dels seus grups més hidròfils, mentre que les HPMC amb un grau de substitució baix tenen més probabilitats de formar gels tèrmics. A més, les solucions HPMC amb pes molecular més elevat tenen més probabilitats d'augmentar la viscositat a altes temperatures.
5. Consideracions d'aplicació industrial i pràctica
En aplicacions pràctiques, s'han de seleccionar les varietats HPMC adequades segons les condicions de temperatura específiques. Per exemple, en entorns d'alta temperatura, s'ha de seleccionar HPMC amb major resistència a la temperatura per evitar la gelificació tèrmica. En condicions de baixa temperatura, cal tenir en compte la solubilitat i l'estabilitat de la viscositat de HPMC.
L'efecte de la temperatura sobre la viscositat de la solució aquosa HPMC té una importància pràctica important. En el camp farmacèutic, HPMC s'utilitza sovint com a material d'alliberament sostingut per a preparats farmacèutics, i les seves característiques de viscositat afecten directament la taxa d'alliberament de fàrmacs. A la indústria alimentària, HPMC s'utilitza per millorar la textura i l'estabilitat dels productes, i la dependència de la temperatura de la viscositat de la seva solució s'ha d'ajustar segons la temperatura de processament. En materials de construcció, HPMC s'utilitza com a espessidor i agent de retenció d'aigua, i les seves característiques de viscositat afecten el rendiment de la construcció i la resistència del material.
L'efecte de la temperatura sobre la viscositat de la solució aquosa HPMC és un procés complex que implica el moviment tèrmic de la cadena molecular, la interacció de la solució i les propietats estructurals del polímer. En general, la viscositat de les solucions aquoses HPMC disminueix generalment amb l'augment de la temperatura, però en determinats intervals de temperatura es pot produir gelificació tèrmica. La comprensió d'aquesta característica té una importància rectora important per a l'aplicació pràctica i l'optimització de processos de HPMC.
Hora de publicació: 10-jul-2024