Hüdroksüpropüülmetüültselluloosi (HPMC) vesilahuse viskoossuse omadused

Hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC)on laialt kasutatav vees lahustuv polümeer, millel on mitmesuguseid rakendusi, eriti ravimite, toidu- ja kosmeetikatoodete osas. Selle võime moodustada paksu, geelitaolisi lahuseid veega segades muudab selle mitmekülgseks koostisosaks. Kimacell®HPMC lahenduste viskoossus mängib olulist rolli nende jõudluse määramisel erinevates preparaatides. HPMC vesilahenduste viskoossuse omaduste mõistmine on oluline nende kasutamise optimeerimiseks erinevates tööstusharudes.

1. Sissejuhatus hüdroksüpropüülmetüültselluloosi (HPMC)

Hüdroksüpropüülmetüülselluloos on tselluloosi poolsünteetiline derivaat. See toodetakse tselluloosi asendamisel hüdroksüpropüülrühmadega ja metüülrühmadega. Nende asenduste suhe võib varieeruda, mis viib erinevate HPMC hinneteni, millel on selged omadused, sealhulgas viskoossus. HPMC tüüpiline struktuur koosneb tselluloosi selgroost, millele on kinnitatud glükoosiüksused hüdroksüpropüül- ja metüülrühmadega.

HPMC -d kasutatakse erinevates tööstusharudes selle biosobivuse, geelide moodustamise võime ja vees lahustuvuse lihtsuse tõttu. Vesilahustes käitub HPMC kui mitteioonne, vees lahustuvat polümeer, mis mõjutab oluliselt lahuse reoloogilisi omadusi, eriti viskoossust.

2. HPMC lahenduste viskoossuse omadused

HPMC lahuste viskoossust mõjutavad mitmed tegurid, sealhulgas HPMC kontsentratsioon, polümeeri molekulmass, temperatuur ja soolade või muude lahustunud ainete olemasolu. Allpool on toodud peamised tegurid, mis reguleerivad HPMC viskoossuse omadusi vesilahustes:

HPMC kontsentratsioon: Viskoossus suureneb, kui HPMC kontsentratsioon suureneb. Kõrgemate kontsentratsioonide korral interakteeruvad HPMC molekulid üksteisega olulisemalt, põhjustades suurema voolutakistuse.

HPMC molekulmass: HPMC lahuste viskoossus on tugevalt korrelatsioonis polümeeri molekulmassiga. Suurema molekulmassiga HPMC hinded kipuvad tootma rohkem viskoosseid lahendusi. Selle põhjuseks on asjaolu, et suuremad polümeerimolekulid loovad suurenenud takerdumise ja hõõrdumise tõttu olulisema voolukindluse.

Temperatuur: Viskoossus väheneb tavaliselt temperatuuri tõustes. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrgemad temperatuurid vähendavad molekulidevahelisi jõude HPMC molekulide vahel, vähendades sellega nende võimet vastu seista.

Nihkemäär: HPMC lahuste viskoossus on nihkekiirusest sõltuv, eriti mitte-Newtoni vedelikes, mis on tüüpiline polümeerlahustele. Madala nihkekiiruse korral on HPMC lahendustel kõrge viskoossus, kõrge nihkekiirusega samas kui viskoossus väheneb nihkehahutuskäitumise tõttu.

Ioonse tugevuse mõju: Elektrolüütide (näiteks soolade) olemasolu lahuses võib viskoossust muuta. Mõned soolad võivad sõeluda tõrjuvaid jõude polümeeriahelate vahel, põhjustades nende agregaati ja põhjustades viskoossuse vähenemist.

3. Viskoossus vs kontsentratsioon: eksperimentaalsed vaatlused

Katsetes täheldatud üldine suundumus on see, et HPMC vesilahuste viskoossus suureneb polümeeri kontsentratsiooni suurenemisega hüppeliselt. Viskoossuse ja kontsentratsiooni suhet saab kirjeldada järgmise empiirilise võrrandi abil, mida sageli kasutatakse kontsentreeritud polümeerilahuste jaoks:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Kus:

η \ etaη on viskoossus

CCC on HPMC kontsentratsioon

AAA ja NNN on empiirilised konstandid, mis sõltuvad konkreetsest HPMC tüübist ja lahuse tingimustest.

Madalamate kontsentratsioonide korral on suhe lineaarne, kuid kontsentratsiooni suurenedes tõuseb viskoossus järsult, kajastades polümeeriahelate suurenenud interaktsiooni.

4. Viskoossus vs molekulmass

Kimacell®HPMC molekulmass mängib selle viskoossuse omadustes üliolulist rolli. Suurema molekulmassiga HPMC polümeerid moodustavad madalamatel kontsentratsioonidel võrreldes madalama molekulmassiga võrreldes viskoosseid lahuseid. Suure molekulmassiga HPMC-st valmistatud lahuste viskoossus võib olla kuni mitu suurusjärku kõrgem kui madalama molekulmassiga HPMC-st valmistatud lahustel.

Näiteks HPMC lahus molekulmassiga 100 000 DA on suurem viskoossus kui ühel kontsentratsioonil molekulmass 50 000 Da.

5. Temperatuuri mõju viskoossusele

Temperatuuril on märkimisväärne mõju HPMC lahuste viskoossusele. Temperatuuri tõus viib lahuse viskoossuse vähenemiseni. See on peamiselt tingitud polümeeriahelate termilisest liikumisest, mis põhjustab neil vabamalt liikumist, vähendades nende voolukindlust. Temperatuuri mõju viskoossusele kvantifitseeritakse sageli Arrheniuse tüüpi võrrandi abil:

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

Kus:

η (t) \ eta (t) η (t) on viskoossus temperatuuril ttt

η0 \ eta_0η0 on eelne eksponentsiaalne tegur (viskoossus lõpmatul temperatuuril)

EAE_AEA on aktiveerimisenergia

RRR on gaasi konstant

TTT on absoluutne temperatuur

6. Reoloogiline käitumine

HPMC vesilahuste reoloogiat kirjeldatakse sageli kui mitte-Newtonianit, mis tähendab, et lahuse viskoossus ei ole konstantne, vaid varieerub vastavalt rakendatud nihkekiirusele. Madala nihkekiiruse korral on HPMC lahendustel polümeeriahelate takerdumise tõttu suhteliselt kõrge viskoossus. Kuid nihkekiiruse suurenedes väheneb viskoossus - nähtus, mida nimetatakse nihkevedeldamiseks.

See nihkekeha käitumine on tüüpiline paljudele polümeerlahustele, sealhulgas HPMC. Viskoossuse nihkekiiruse sõltuvust saab kirjeldada, kasutades võimu-seaduse mudelit:

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

Kus:

γ˙ \ punkt {\ gamma} γ˙ on nihkekiirus

KKK on järjepidevuse indeks

NNN on voolukäitumise indeks (N <1N <1N <1 nihkevedeldamiseks)

7. HPMC lahenduste viskoossus: kokkuvõtlik tabel

Allpool on tabel, milles võetakse kokku HPMC vesilahuste viskoossuse omadused erinevatel tingimustel:

Viskoossuse omadusedHpmcVesilahuseid mõjutavad mitmed tegurid, sealhulgas kontsentratsioon, molekulmass, temperatuur ja nihkekiirus. HPMC on väga mitmekülgne materjal ja selle reoloogilisi omadusi saab nende parameetrite kohandamisel kohandada konkreetseteks rakendusteks. Nende tegurite mõistmine võimaldab Kimacell®HPMC optimaalset kasutada erinevates tööstusharudes, alates farmaatsiatoodetest kuni toidu ja kosmeetikani. Manipuleerides tingimustega, mille korral HPMC lahutatakse, saavad tootjad saavutada soovitud viskoossuse ja vooluomadused nende konkreetsete vajaduste jaoks.