Hidroksipropilo metilceliuliozės (HPMC) vandeninio tirpalo klampumo charakteristikos vandeninis tirpalas

Hidroksipropiletilceliuliozė (HPMC)yra plačiai naudojamas vandenyje tirpus polimeras, turintis įvairių programų, ypač vaistų, maisto ir kosmetikos produktuose. Jo gebėjimas formuoti storus, į gelį panašius tirpalus, sumaišius su vandeniu, daro jį universaliu ingredientu. Kimacell®HPMC tirpalų klampumas vaidina lemiamą vaidmenį nustatant jų efektyvumą skirtingose ​​kompozicijose. Norint optimizuoti jų naudojimą įvairiose pramonės šakose, būtina suprasti HPMC vandeninių sprendimų klampumo charakteristikas.

1. Įvadas į hidroksipropiletilceliuliozę (HPMC)

Hidroksipropilo metilceliuliozė yra pusiau sintetinis celiuliozės darinys. Jis gaminamas pakeičiant celiuliozę hidroksipropilo grupėmis ir metilo grupėmis. Šių pakeitimų santykis gali skirtis, todėl skirtingos HPMC laipsniai, turintys aiškių savybių, įskaitant klampumą. Įprastą HPMC struktūrą sudaro celiuliozės stuburas su hidroksipropilo ir metilo grupėmis, pritvirtintomis prie gliukozės vienetų.

HPMC naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl jos biologinio suderinamumo, gebėjimo formuoti gelius ir lengvą tirpumą vandenyje. Vandeniniuose tirpaluose HPMC elgiasi kaip nejoninis, vandenyje tirpus polimeras, kuris daro didelę įtaką tirpalo reologinėms savybėms, ypač klampumui.

2. HPMC tirpalų klampumo charakteristikos

HPMC tirpalų klampumui įtakos turi keli veiksniai, įskaitant HPMC koncentraciją, polimero molekulinę masę, temperatūrą ir druskų ar kitų tirpalų buvimą. Žemiau yra pagrindiniai veiksniai, reglamentuojantys HPMC klampumo charakteristikas vandeniniuose tirpaluose:

HPMC koncentracija: Klampumas didėja didėjant HPMC koncentracijai. Esant didesnėms koncentracijoms, HPMC molekulės labiau sąveikauja tarpusavyje, todėl padidėja atsparumas srautui.

HPMC molekulinė masė: HPMC tirpalų klampumas yra stipriai koreliuojamas su polimero molekuline mase. Aukštesnės molekulinės masės HPMC laipsniai paprastai gamina daugiau klampių tirpalų. Taip yra todėl, kad didesnės polimerų molekulės sukuria didesnį atsparumą srautui dėl padidėjusio įsipainiojimo ir trinties.

Temperatūra: Klampumas paprastai mažėja didėjant temperatūrai. Taip yra todėl, kad aukštesnė temperatūra sumažina tarpmolekulines jėgas tarp HPMC molekulių, taip sumažinant jų gebėjimą atsispirti srautui.

Šlyties norma: HPMC tirpalų klampumas priklauso nuo šlyties greičio, ypač ne Niutono skysčiuose, kurie būdingi polimerų tirpalams. Esant mažam šlyties greičiui, HPMC tirpalai pasižymi dideliu klampumu, o esant dideliam šlyties greičiui, klampumas mažėja dėl šlyties plonėjimo elgesio.

Joninio stiprumo poveikis: Elektrolitų (tokių kaip druskos) buvimas tirpale gali pakeisti klampumą. Kai kurios druskos gali patikrinti atstumiančias jėgas tarp polimerų grandinių, todėl jos sukelia kaupimąsi ir dėl to sumažėja klampumas.

3. Klampumas ir koncentracija: eksperimentiniai stebėjimai

Eksperimentuose pastebėta bendra tendencija, kad HPMC vandeninių tirpalų klampumas eksponentiškai padidėja didėjant polimerų koncentracijai. Ryšį tarp klampos ir koncentracijos galima apibūdinti tokia empirine lygtimi, kuri dažnai naudojama koncentruotiems polimerų tirpalams:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Kur:

η \ etaη yra klampumas

CCC yra HPMC koncentracija

AAA ir NNN yra empirinės konstantos, kurios priklauso nuo konkretaus HPMC tipo ir tirpalo sąlygų.

Mažesnėms koncentracijoms santykis yra linijinis, tačiau didėjant koncentracijai, klampumas didėja staigiai, atspindėdamas padidėjusią polimerų grandinių sąveiką.

4. Klampumas ir molekulinė masė

Kimacell®HPMC molekulinė masė vaidina lemiamą vaidmenį klampumo charakteristikose. Didesnė molekulinė masė HPMC polimerai paprastai sudaro klampesnius tirpalus esant mažesnėms koncentracijoms, palyginti su mažesnėmis molekulinės masės laipsniais. Iš didelės molekulinės masės HPMC pagamintų tirpalų klampumas gali būti iki kelių laipsnių didesnis nei tirpalų, pagamintų iš apatinės molekulinės masės HPMC.

Pavyzdžiui, HPMC tirpalas, kurio molekulinė masė yra 100 000 Da, turės didesnį klampumą nei tas, kurio molekulinė masė yra 50 000 da, esant vienai koncentracijai.

5. Temperatūros poveikis klampumui

Temperatūra daro didelę įtaką HPMC tirpalų klampumui. Dėl temperatūros padidėjimo tirpalo klampumas sumažėja. Visų pirma tai lemia polimerų grandinių šiluminis judėjimas, dėl kurio jos gali laisvai judėti, sumažinant jų atsparumą srautui. Temperatūros poveikis klampumui dažnai kiekybiškai įvertinamas naudojant Arrhenius tipo lygtį:

'

Kur:

η (t) \ eta (t) η (t) yra klampumas esant temperatūrai ttt

η0 \ eta_0η0 yra priešinamasis faktorius (klampumas begalinėje temperatūroje)

EAE_AEA yra aktyvavimo energija

RRR yra dujų konstanta

TTT yra absoliuti temperatūra

6. Reologinis elgesys

HPMC vandeninių tirpalų reologija dažnai apibūdinama kaip ne niutono, tai reiškia, kad tirpalo klampumas nėra pastovus, bet skiriasi priklausomai nuo taikomo šlyties greičio. Esant mažam šlyties greičiui, HPMC tirpalai pasižymi santykinai dideliu klampumu dėl polimerų grandinių įsipainiojimo. Tačiau didėjant šlyties greičiui, klampumas mažėja - reiškinys, žinomas kaip šlyties plonėjimas.

Šis šlyties skanus elgesys būdingas daugeliui polimerų tirpalų, įskaitant HPMC. Klampumo priklausomybę nuo šlyties greičio galima apibūdinti naudojant galios dėsnio modelį:

'

Kur:

γ˙ \ taškas {\ gama} γ˙ yra šlyties greitis

KKK yra nuoseklumo indeksas

NNN yra srauto elgsenos indeksas (kai šlyti

7. HPMC sprendimų klampumas: suvestinės lentelė

Žemiau yra lentelė, apibendrinanti HPMC vandeninių tirpalų klampumo charakteristikas įvairiomis sąlygomis:

Klampumo charakteristikosHPMCVandeniniams tirpalams įtakos turi keli veiksniai, įskaitant koncentraciją, molekulinę masę, temperatūrą ir šlyties greitį. HPMC yra labai universali medžiaga, o jos reologinės savybės gali būti pritaikytos konkrečioms reikmėms, koreguojant šiuos parametrus. Šių veiksnių supratimas leidžia optimaliai naudoti „Kimacell®HPMC“ įvairiose pramonės šakose, pradedant farmacijos ir maisto ir kosmetikos priemonėmis. Manipuliuodami sąlygomis, kuriomis HPMC ištirpsta, gamintojai gali pasiekti norimą klampumą ir srauto savybes atsižvelgiant į jų specifinius poreikius.