خصوصیات ویسکوزیته هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) محلول آبی

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)یک پلیمر محلول در آب که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد با انواع کاربردهای مختلف ، به ویژه در داروهای دارویی ، مواد غذایی و محصولات آرایشی است. توانایی آن در تشکیل محلول های ضخیم و ژل مانند در هنگام مخلوط کردن با آب ، آن را به یک ماده همه کاره تبدیل می کند. ویسکوزیته راه حل های Kimacell®HPMC نقش مهمی در تعیین عملکرد آنها در فرمولاسیون های مختلف دارد. درک ویژگی های ویسکوزیته راه حل های آبی HPMC برای بهینه سازی استفاده از آنها در صنایع مختلف ضروری است.

1. آشنایی با هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز یک مشتق نیمه سنتز سلولز است. این ماده با تعویض سلولز با گروههای هیدروکسی پروپیل و گروههای متیل تولید می شود. نسبت این تعویض ها می تواند متفاوت باشد و منجر به نمرات مختلف HPMC با خصوصیات مجزا ، از جمله ویسکوزیته شود. ساختار معمولی HPMC از یک ستون فقرات سلولز با گروه های هیدروکسی پروپیل و متیل متصل به واحدهای گلوکز تشکیل شده است.

HPMC به دلیل سازگاری زیست سازگاری ، توانایی تشکیل ژل و سهولت در حلالیت در آب در صنایع مختلفی استفاده می شود. در محلول های آبی ، HPMC به عنوان یک پلیمر غیر یونی محلول در آب رفتار می کند که به طور قابل توجهی بر خصوصیات رئولوژیکی محلول ، به ویژه ویسکوزیته تأثیر می گذارد.

2. خصوصیات ویسکوزیته راه حل های HPMC

ویسکوزیته محلول های HPMC تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله غلظت HPMC ، وزن مولکولی پلیمر ، دما و وجود نمک یا سایر املاح قرار دارد. در زیر عوامل اصلی حاکم بر خصوصیات ویسکوزیته HPMC در راه حل های آبی است:

غلظت HPMC: با افزایش غلظت HPMC ویسکوزیته افزایش می یابد. در غلظت های بالاتر ، مولکول های HPMC با یکدیگر ارتباط قابل توجهی دارند و منجر به مقاومت بیشتری در برابر جریان می شوند.

وزن مولکولی HPMC: ویسکوزیته محلول های HPMC با وزن مولکولی پلیمر به شدت ارتباط دارد. نمرات HPMC با وزن مولکولی بالاتر تمایل به ایجاد محلول های چسبناک تر دارد. این امر به این دلیل است که مولکول های بزرگتر پلیمری به دلیل افزایش درگیری و اصطکاک ، مقاومت قابل توجهی در برابر جریان ایجاد می کنند.

درجه حرارت: ویسکوزیته به طور معمول با افزایش دما کاهش می یابد. این امر به این دلیل است که درجه حرارت بالاتر منجر به کاهش نیروهای بین مولکولی بین مولکول های HPMC می شود ، بنابراین توانایی آنها در مقاومت در برابر جریان را کاهش می دهد.

میزان برشی: ویسکوزیته راه حل های HPMC وابسته به میزان برشی است ، به ویژه در مایعات غیر نیوتونی ، که نمونه ای از راه حل های پلیمری است. با نرخ برشی پایین ، راه حل های HPMC ویسکوزیته بالایی را نشان می دهند ، در حالی که با میزان برشی بالا ، ویسکوزیته به دلیل رفتار نازک برشی کاهش می یابد.

تأثیر قدرت یونی: وجود الکترولیت ها (مانند نمک) در محلول می تواند ویسکوزیته را تغییر دهد. برخی از نمک ها می توانند نیروهای دافع بین زنجیره های پلیمری را غربالگری کنند و باعث جمع شدن آنها و در نتیجه کاهش ویسکوزیته شوند.

3. ویسکوزیته در مقابل غلظت: مشاهدات تجربی

یک روند کلی مشاهده شده در آزمایشات این است که ویسکوزیته محلول های آبی HPMC با افزایش غلظت پلیمر به صورت نمایی افزایش می یابد. رابطه ویسکوزیته و غلظت را می توان با معادله تجربی زیر توصیف کرد ، که اغلب برای راه حل های پلیمری متمرکز استفاده می شود:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

کجا:

η \ etaη ویسکوزیته است

CCC غلظت HPMC است

AAA و NNN ثابت های تجربی هستند که به نوع خاص HPMC و شرایط محلول بستگی دارند.

برای غلظت های پایین تر ، رابطه خطی است ، اما با افزایش غلظت ، ویسکوزیته به شدت افزایش می یابد و این نشان دهنده افزایش تعامل بین زنجیره های پلیمری است.

4. ویسکوزیته در مقابل وزن مولکولی

وزن مولکولی Kimacell®HPMC نقش مهمی در خصوصیات ویسکوزیته آن دارد. پلیمرهای HPMC با وزن مولکولی بالاتر تمایل دارند در مقایسه با نمرات وزن مولکولی پایین تر محلول های چسبناک بیشتری را در غلظت های پایین تر تشکیل دهند. ویسکوزیته محلول های ساخته شده از HPMC با وزن مولکولی بالا می تواند تا چندین مرتبه بالاتر از محلول های ساخته شده از HPMC با وزن مولکولی پایین باشد.

به عنوان مثال ، محلول HPMC با وزن مولکولی 100000 Da ویسکوزیته بالاتری نسبت به یک با وزن مولکولی 50،000 Da در همان غلظت نشان می دهد.

5. اثر دما بر ویسکوزیته

دما تأثیر معنی داری بر ویسکوزیته راه حل های HPMC دارد. افزایش دما منجر به کاهش ویسکوزیته محلول می شود. این در درجه اول به دلیل حرکت حرارتی زنجیره های پلیمری است که باعث می شود آنها آزادتر حرکت کنند و مقاومت آنها در برابر جریان را کاهش می دهد. تأثیر دما بر ویسکوزیته اغلب با استفاده از یک معادله از نوع Arrhenius اندازه گیری می شود:

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

کجا:

η (t) \ eta (t) η (t) ویسکوزیته در دمای TTT است

η0 \ eta_0η0 عامل قبل از سطح است (ویسکوزیته در دمای بی نهایت)

EAE_AEA انرژی فعال سازی است

RRR ثابت گاز است

TTT دمای مطلق است

6. رفتاری

رئولوژی راه حل های آبی HPMC اغلب به عنوان غیر نیوتونی توصیف می شود ، به این معنی که ویسکوزیته محلول ثابت نیست اما با میزان برشی اعمال شده متفاوت است. با نرخ برشی پایین ، راه حل های HPMC به دلیل درگیری زنجیره های پلیمری ، ویسکوزیته نسبتاً بالایی را نشان می دهند. با این حال ، با افزایش میزان برشی ، ویسکوزیته کاهش می یابد - پدیده ای که به عنوان نازک شدن برشی شناخته می شود.

این رفتار نازک برشی معمولی برای بسیاری از راه حل های پلیمری از جمله HPMC است. وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته را می توان با استفاده از مدل قدرت قانون توصیف کرد:

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

کجا:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ نرخ برشی است

KKK شاخص قوام است

NNN شاخص رفتار جریان است (با n <1n <1n <1 برای نازک شدن برشی)

7. ویسکوزیته راه حل های HPMC: جدول خلاصه

در زیر جدول خلاصه خصوصیات ویسکوزیته محلول های آبی HPMC در شرایط مختلف:

خصوصیات ویسکوزیتهHPMCمحلول های آبی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله غلظت ، وزن مولکولی ، دما و میزان برشی قرار دارند. HPMC یک ماده بسیار متنوع است و با تنظیم این پارامترها می توان خصوصیات رئولوژیکی آن را برای برنامه های خاص تنظیم کرد. درک این عوامل امکان استفاده بهینه از Kimacell®HPMC در صنایع مختلف ، از داروسازی گرفته تا مواد غذایی و مواد آرایشی را فراهم می کند. با دستکاری شرایطی که HPMC در آن حل می شود ، تولید کنندگان می توانند برای نیازهای خاص خود به ویسکوزیته و خاصیت جریان مورد نظر دست یابند.