Hidroksipropilmetilceliuliozė (HPMC) yra svarbus vandenyje tirpus polimeras, plačiai naudojamas farmacijos, maisto, dangų, statybinių medžiagų ir kitose srityse. HPMC tirpalo klampumas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos jo veikimui ir pritaikymui, o temperatūra turi didelę įtaką HPMC vandeninio tirpalo klampumui.
1. HPMC tirpalo klampumo charakteristikos
HPMC yra polimerinė medžiaga, turinti termiškai grįžtamąsias tirpimo savybes. Kai HPMC ištirpsta vandenyje, susidaręs vandeninis tirpalas pasižymi ne Niutono skysčio charakteristikomis, tai yra, tirpalo klampumas keičiasi keičiantis šlyties greičiui. Normalioje temperatūroje HPMC tirpalai paprastai elgiasi kaip pseudoplastiniai skysčiai, tai yra, jie turi didesnį klampumą esant mažam šlyties greičiui, o klampumas mažėja, kai šlyties greitis didėja.
2. Temperatūros įtaka HPMC tirpalo klampumui
Temperatūros pokyčiai turi du pagrindinius poveikio HPMC vandeninių tirpalų klampumui mechanizmus: padidėjusį šiluminį molekulinių grandinių judėjimą ir tirpalo sąveikos pokyčius.
(1) Padidėja terminis molekulinių grandinių judėjimas
Kai temperatūra pakyla, padidėja HPMC molekulinės grandinės terminis judėjimas, dėl kurio susilpnėja vandeniliniai ryšiai ir van der Waals jėgos tarp molekulių ir padidėja tirpalo sklandumas. Tirpalo klampumas mažėja dėl sumažėjusio įsipainiojimo ir fizinio kryžminio susiejimo tarp molekulinių grandinių. Todėl HPMC vandeniniai tirpalai turi mažesnį klampumą aukštesnėje temperatūroje.
(2) Tirpalo sąveikos pokyčiai
Temperatūros pokyčiai gali turėti įtakos HPMC molekulių tirpumui vandenyje. HPMC yra polimeras, turintis termogelio savybių, o jo tirpumas vandenyje labai kinta priklausomai nuo temperatūros. Esant žemesnei temperatūrai, HPMC molekulinės grandinės hidrofilinės grupės sudaro stabilius vandenilio ryšius su vandens molekulėmis, taip išsaugodamos gerą tirpumą ir didelį klampumą. Tačiau, kai temperatūra pakyla iki tam tikro lygio, sustiprėja hidrofobinė sąveika tarp HPMC molekulinių grandinių, todėl tirpale susidaro trimatė tinklinė struktūra arba želė, todėl tam tikromis sąlygomis staiga padidėja tirpalo klampumas. Šis reiškinys vadinamas „terminio gelio“ reiškiniu.
3. Eksperimentinis HPMC tirpalo klampumo temperatūros stebėjimas
Eksperimentiniai tyrimai parodė, kad įprastoje temperatūrų diapazone (pvz., nuo 20°C iki 40°C) HPMC vandeninių tirpalų klampumas palaipsniui mažėja kylant temperatūrai. Taip yra todėl, kad aukštesnė temperatūra padidina molekulinių grandinių kinetinę energiją ir sumažina tarpmolekulinę sąveiką, taip sumažindama vidinę tirpalo trintį. Tačiau kai temperatūra toliau kyla iki HPMC terminio gelio taško (paprastai nuo 60 ° C iki 90 ° C, priklausomai nuo HPMC pakeitimo laipsnio ir molekulinės masės), tirpalo klampumas staiga padidėja. Šio reiškinio atsiradimas yra susijęs su abipusiu HPMC molekulinių grandinių įsipainiojimu ir agregacija.
4. Temperatūros ir HPMC struktūrinių parametrų ryšys
HPMC tirpalo klampumą veikia ne tik temperatūra, bet ir glaudžiai susijusi su jo molekuline struktūra. Pavyzdžiui, HPMC pakeitimo laipsnis (ty hidroksipropilo ir metilo pakaitalų kiekis) ir molekulinė masė turi didelę įtaką jo terminio gelio elgsenai. HPMC su dideliu pakeitimo laipsniu išlaiko mažesnį klampumą platesniame temperatūrų diapazone dėl hidrofiliškesnių grupių, o HPMC su mažu pakeitimo laipsniu labiau linkę sudaryti terminius gelius. Be to, didesnės molekulinės masės HPMC tirpalų klampumas aukštoje temperatūroje greičiausiai padidės.
5. Pramoninio ir praktinio taikymo svarstymai
Praktikoje, atsižvelgiant į konkrečias temperatūros sąlygas, reikia parinkti tinkamas HPMC veisles. Pavyzdžiui, esant aukštai temperatūrai, reikia pasirinkti HPMC, turinčius didesnį atsparumą temperatūrai, kad būtų išvengta terminės geliacijos. Žemos temperatūros sąlygomis reikia atsižvelgti į HPMC tirpumo ir klampos stabilumą.
Temperatūros įtaka HPMC vandeninio tirpalo klampumui turi svarbią praktinę reikšmę. Farmacijos srityje HPMC dažnai naudojamas kaip ilgalaikio atpalaidavimo medžiaga farmaciniams preparatams, o jo klampumo charakteristikos tiesiogiai veikia vaisto išsiskyrimo greitį. Maisto pramonėje HPMC naudojamas produktų tekstūrai ir stabilumui pagerinti, o jo tirpalo klampumo priklausomybę nuo temperatūros reikia reguliuoti pagal apdorojimo temperatūrą. Statybinėse medžiagose HPMC naudojamas kaip tirštiklis ir vandenį sulaikanti medžiaga, o jo klampumo charakteristikos turi įtakos konstrukcijos eksploatacinėms savybėms ir medžiagos stiprumui.
Temperatūros poveikis HPMC vandeninio tirpalo klampumui yra sudėtingas procesas, apimantis terminį molekulinės grandinės judėjimą, tirpalo sąveiką ir polimero struktūrines savybes. Apskritai HPMC vandeninių tirpalų klampumas paprastai mažėja didėjant temperatūrai, tačiau tam tikruose temperatūros intervaluose gali atsirasti terminis geliavimas. Šios charakteristikos supratimas turi svarbią orientacinę reikšmę praktiniam HPMC taikymui ir proceso optimizavimui.
Paskelbimo laikas: 2024-07-10