Viskositetskarakteristika for hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) vandig opløsning

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)er en meget anvendt vandopløselig polymer med en række anvendelser, især inden for lægemidler, mad og kosmetiske produkter. Dens evne til at danne tykke, gellignende opløsninger, når de blandes med vand, gør det til en alsidig ingrediens. Viskositeten af ​​Kimacell®HPMC -løsninger spiller en afgørende rolle i bestemmelsen af ​​deres præstation i forskellige formuleringer. At forstå viskositetskarakteristika for HPMC vandige løsninger er vigtig for at optimere deres anvendelse i forskellige brancher.

1. Introduktion til hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)

Hydroxypropylmethylcellulose er et semi-syntetisk derivat af cellulose. Det produceres ved substitution af cellulose med hydroxypropylgrupper og methylgrupper. Forholdet mellem disse substitutioner kan variere, hvilket fører til forskellige kvaliteter af HPMC med forskellige egenskaber, herunder viskositet. Den typiske struktur af HPMC består af en cellulose -rygrad med hydroxypropyl- og methylgrupper fastgjort til glukoseenhederne.

HPMC bruges i en række industrier på grund af dets biokompatibilitet, evne til at danne geler og let opløselighed i vand. I vandige opløsninger opfører HPMC sig som en ikke-ionisk, vandopløselig polymer, der signifikant påvirker de reologiske egenskaber af opløsningen, især viskositet.

2. Viskositetsegenskaber ved HPMC -løsninger

Viskositeten af ​​HPMC -opløsninger påvirkes af flere faktorer, herunder koncentrationen af ​​HPMC, molekylvægten af ​​polymeren, temperaturen og tilstedeværelsen af ​​salte eller andre opløste stoffer. Nedenfor er de primære faktorer, der styrer viskositetsegenskaberne for HPMC i vandige opløsninger:

Koncentration af HPMC: Viskositeten øges, når koncentrationen af ​​HPMC øges. Ved højere koncentrationer interagerer HPMC -molekyler mere markant med hinanden, hvilket fører til en højere modstand mod strømning.

Molekylvægt af HPMC: Viskositeten af ​​HPMC -opløsninger er stærkt korreleret med polymerens molekylvægt. HPMC -kvaliteter med højere molekylvægt har en tendens til at producere flere tyktflydende opløsninger. Dette skyldes, at større polymermolekyler skaber mere signifikant modstand mod flow på grund af deres øgede sammenfiltring og friktion.

Temperatur: Viskositet falder typisk, når temperaturen stiger. Dette skyldes, at højere temperaturer resulterer i reduktion af intermolekylære kræfter mellem HPMC -molekylerne, hvilket reducerer deres evne til at modstå strømning.

Forskydningshastighed: Viskositeten af ​​HPMC-opløsninger er forskydningshastighedsafhængig, især i ikke-Newtonian-væsker, som er typisk for polymeropløsninger. Ved lave forskydningshastigheder udviser HPMC -opløsninger høj viskositet, mens viskositeten ved høje forskydningshastigheder falder på grund af forskydningsfortyndende opførsel.

Effekt af ionstyrke: Tilstedeværelsen af ​​elektrolytter (såsom salte) i opløsningen kan ændre viskositeten. Nogle salte kan screene de frastødende kræfter mellem polymerkæderne, hvilket får dem til at samle og resultere i et fald i viskositet.

3. Viskositet vs. koncentration: Eksperimentelle observationer

En generel tendens, der observeres i eksperimenter, er, at viskositeten af ​​HPMC vandige opløsninger øges eksponentielt med stigende polymerkoncentration. Forholdet mellem viskositet og koncentration kan beskrives ved følgende empiriske ligning, som ofte bruges til koncentrerede polymeropløsninger:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Hvor:

η \ etaη er viskositeten

CCC er koncentrationen af ​​HPMC

AAA og NNN er empiriske konstanter, der er afhængige af den specifikke type HPMC og betingelserne for opløsningen.

For lavere koncentrationer er forholdet lineært, men når koncentrationen øges, stiger viskositeten stejlt, hvilket afspejler den øgede interaktion mellem polymerkæder.

4. Viskositet vs. molekylvægt

Molekylvægten af ​​Kimacell®HPMC spiller en afgørende rolle i dens viskositetsegenskaber. HPMC -polymerer med højere molekylvægt har en tendens til at danne flere tyktflydende opløsninger ved lavere koncentrationer sammenlignet med lavere molekylvægtkvaliteter. Viskositeten af ​​opløsninger fremstillet af HPMC med høj molekylvægt kan være op til flere størrelsesordener højere end for opløsninger fremstillet af lavere molekylvægt HPMC.

For eksempel udviser en opløsning af HPMC med en molekylvægt på 100.000 DA højere viskositet end en med en molekylvægt på 50.000 DA ved den samme koncentration.

5. Temperatureffekt på viskositet

Temperaturen har en signifikant effekt på viskositeten af ​​HPMC -opløsninger. Stigningen i temperaturen fører til en reduktion i opløsningens viskositet. Dette skyldes primært den termiske bevægelse af polymerkæderne, hvilket får dem til at bevæge sig mere frit, hvilket reducerer deres modstand mod strømning. Effekten af ​​temperatur på viskositet kvantificeres ofte ved hjælp af en Arrhenius-type ligning:

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

Hvor:

η (t) \ eta (t) η (t) er viskositeten ved temperatur TTT

η0 \ ETA_0η0 er den præ-eksponentielle faktor (viskositet ved uendelig temperatur)

EAE_AEA er aktiveringsenergien

RRR er gaskonstanten

TTT er den absolutte temperatur

6. Rheologisk opførsel

Rheologien af ​​HPMC vandige opløsninger beskrives ofte som ikke-Newtonian, hvilket betyder, at opløsningens viskositet ikke er konstant, men varierer med den påførte forskydningshastighed. Ved lave forskydningshastigheder udviser HPMC -opløsninger en relativt høj viskositet på grund af sammenfiltring af polymerkæder. Efterhånden som forskydningshastigheden øges, falder viskositeten imidlertid - et fænomen kendt som forskydningsfortyndende.

Denne forskydningsfortyndende opførsel er typisk for mange polymeropløsninger, herunder HPMC. Forskydningshastighedsafhængigheden af ​​viskositet kan beskrives ved hjælp af strømlovsmodellen:

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

Hvor:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ er forskydningshastigheden

KKK er konsistensindekset

NNN er flowadfærdsindekset (med n <1n <1n <1 til forskydningsfortynning)

7. Viskositet af HPMC -løsninger: Resuméstabel

Nedenfor er en tabel, der opsummerer viskositetsegenskaberne for HPMC vandige opløsninger under forskellige forhold:

Viskositetsegenskaber forHPMCVandige opløsninger påvirkes af flere faktorer, herunder koncentration, molekylvægt, temperatur og forskydningshastighed. HPMC er et meget alsidigt materiale, og dets rheologiske egenskaber kan tilpasses til specifikke applikationer ved at justere disse parametre. At forstå disse faktorer muliggør optimal anvendelse af Kimacell®HPMC i forskellige brancher, fra farmaceutiske stoffer til mad og kosmetik. Ved at manipulere betingelserne, under hvilke HPMC opløses, kan producenterne opnå den ønskede viskositet og strømningsegenskaber til deres specifikke behov.