Hidroksipropilmetilcelulozes (HPMC) ūdens šķīduma viskozitātes raksturlielumi

Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC)ir plaši izmantots ūdenī šķīstošs polimērs ar dažādiem pielietojumiem, īpaši farmaceitiskos izstrādājumos, pārtikā un kosmētiskos izstrādājumos. Tā spēja veidot biezus, želejveida šķīdumiem, sajaucot ar ūdeni, tas padara to par daudzpusīgu sastāvdaļu. Kimacell®HPMC risinājumu viskozitātei ir izšķiroša loma, nosakot to sniegumu dažādos formulējumos. Lai optimizētu to izmantošanu dažādās nozarēs, ir svarīgi izprast HPMC ūdens šķīdumu viskozitātes īpašības.

1. Ievads ar hidroksipropilmetilcelulozi (HPMC)

Hidroksipropilmetilceluloze ir celulozes daļēji sintētisks atvasinājums. To ražo celulozes aizstāšana ar hidroksipropilgrupām un metilgrupām. Šo aizvietojumu attiecība var atšķirties, izraisot dažādas HPMC pakāpes ar atšķirīgām īpašībām, ieskaitot viskozitāti. HPMC tipiskā struktūra sastāv no celulozes mugurkaula ar hidroksipropilgrupu un metilgrupām, kas piestiprinātas pie glikozes vienībām.

HPMC tiek izmantots dažādās nozarēs, ņemot vērā tā bioloģisko savietojamību, spēju veidot želejas un vieglumu ūdenī. Ūdens šķīdumos HPMC uzvedas kā nejonisks, ūdenī šķīstošs polimērs, kas būtiski ietekmē šķīduma, īpaši viskozitātes, reoloģiskās īpašības.

2. HPMC risinājumu viskozitātes raksturojums

HPMC šķīdumu viskozitāti ietekmē vairāki faktori, ieskaitot HPMC koncentrāciju, polimēra molekulmasu, temperatūru un sāļu vai citu izšķīdušo vielu klātbūtni. Zemāk ir galvenie faktori, kas nosaka HPMC viskozitātes īpašības ūdens šķīdumos:

HPMC koncentrācija: Viskozitāte palielinās, palielinoties HPMC koncentrācijai. Augstākā koncentrācijā HPMC molekulas daudz nozīmīgāk mijiedarbojas viena ar otru, izraisot augstāku pretestību plūsmai.

HPMC molekulmasa: HPMC šķīdumu viskozitāte ir cieši saistīta ar polimēra molekulmasu. Augstāka molekulmasa HPMC pakāpes mēdz radīt viskozākus šķīdumus. Tas notiek tāpēc, ka lielākas polimēru molekulas rada nozīmīgāku pretestību plūsmai, pateicoties to palielināšanai un berzei.

Temperatūra: Viskozitāte parasti samazinās, paaugstinoties temperatūrai. Tas notiek tāpēc, ka augstāka temperatūra izraisa starpmolekulāro spēku samazināšanos starp HPMC molekulām, tādējādi samazinot to spēju pretoties plūsmai.

Bīdes ātrums: HPMC šķīdumu viskozitāte ir atkarīga no bīdes ātruma, īpaši ne-Ņūtona šķidrumos, kas ir raksturīgi polimēru risinājumiem. Pēc zemas bīdes ātruma HPMC šķīdumiem ir augsta viskozitāte, savukārt ar lielu bīdes ātrumu viskozitāte samazinās bīdes retināšanas uzvedības dēļ.

Jonu stiprības ietekme: Elektrolītu (piemēram, sāļu) klātbūtne šķīdumā var mainīt viskozitāti. Daži sāļi var pārmeklēt atgrūdošos spēkus starp polimēru ķēdēm, izraisot tos apkopotos un kā rezultātā samazinās viskozitāte.

3. Viskozitāte pret koncentrāciju: eksperimentālie novērojumi

Eksperimentu novērotā vispārējā tendence ir tāda, ka HPMC ūdens šķīdumu viskozitāte palielinās eksponenciāli, palielinoties polimēra koncentrācijai. Saistību starp viskozitāti un koncentrāciju var aprakstīt ar šādu empīrisko vienādojumu, ko bieži izmanto koncentrētiem polimēru šķīdumiem:

η = acn \ eta = ac^nη = ACN

Kur:

η \ etaη ir viskozitāte

CCC ir HPMC koncentrācija

AAA un NNN ir empīriskas konstantes, kas ir atkarīgas no īpaša HPMC veida un risinājuma apstākļiem.

Zemākai koncentrācijai attiecības ir lineāras, bet, palielinoties koncentrācijai, viskozitāte strauji palielinās, atspoguļojot palielinātu mijiedarbību starp polimēru ķēdēm.

4. Viskozitāte pret molekulmasu

Kimacell®HPMC molekulmasai ir izšķiroša loma viskozitātes īpašībās. Lielāka molekulmasa HPMC polimēri mēdz veidot viskozākus šķīdumus zemākā koncentrācijā, salīdzinot ar zemāku molekulmasas pakāpi. Šķīdumu viskozitāte, kas izgatavota no augstas molekulmasas HPMC, var būt līdz vairākām pakāpēm augstāka nekā šķīdumiem, kas izgatavoti no zemākas molekulmasas HPMC.

Piemēram, HPMC šķīdumam ar molekulmasu 100 000 Da būs augstāka viskozitāte nekā vienai ar molekulmasu 50 000 da tādā pašā koncentrācijā.

5. Temperatūras ietekme uz viskozitāti

Temperatūra būtiski ietekmē HPMC šķīdumu viskozitāti. Temperatūras paaugstināšanās noved pie šķīduma viskozitātes samazināšanās. Tas galvenokārt ir saistīts ar polimēru ķēžu siltuma kustību, kas liek viņiem brīvāk pārvietoties, samazinot to pretestību plūsmai. Temperatūras ietekme uz viskozitāti bieži tiek kvantitatīvi noteikta, izmantojot arrhenius tipa vienādojumu:

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

Kur:

η (t) \ eta (t) η (t) ir viskozitāte temperatūrā TTT

η0 \ ETA_0η0 ir pirms eksponenciālais faktors (viskozitāte bezgalīgā temperatūrā)

Eae_aea ir aktivizācijas enerģija

RRR ir gāzes konstante

TTT ir absolūtā temperatūra

6. Reoloģiskā izturēšanās

HPMC ūdens šķīdumu reoloģija bieži tiek raksturota kā ne-Ņūtona, kas nozīmē, ka šķīduma viskozitāte nav nemainīga, bet mainās atkarībā no pielietotās bīdes ātruma. Ar zemu bīdes ātrumu HPMC risinājumiem ir salīdzinoši augsta viskozitāte, pateicoties polimēru ķēžu sapināšanai. Tomēr, palielinoties bīdes ātrumam, viskozitāte samazinās - parādība, kas pazīstama kā bīdes retināšana.

Šī bīdes plāna izturēšanās ir raksturīga daudziem polimēru risinājumiem, ieskaitot HPMC. Viskozitātes bīdes ātruma atkarību var aprakstīt, izmantojot jaudas likuma modeli:

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

Kur:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ ir bīdes ātrums

KKK ir konsekvences indekss

NNN ir plūsmas uzvedības indekss (ar n <1n <1n <1 bīdes retināšanai)

7. HPMC risinājumu viskozitāte: kopsavilkuma tabula

Zemāk ir tabula, kurā apkopoti HPMC ūdens šķīdumu viskozitātes raksturlielumi dažādos apstākļos:

Viskozitātes īpašībasHPMCŪdens šķīdumus ietekmē vairāki faktori, ieskaitot koncentrāciju, molekulmasu, temperatūru un bīdes ātrumu. HPMC ir ļoti daudzpusīgs materiāls, un tā reoloģiskās īpašības var pielāgot īpašiem pielietojumiem, pielāgojot šos parametrus. Izpratne par šiem faktoriem ļauj optimāli izmantot Kimacell®HPMC dažādās nozarēs, sākot no farmācijas līdz pārtikai un kosmētikai. Manipulējot ar apstākļiem, kādos HPMC tiek izšķīdināts, ražotāji var sasniegt vēlamo viskozitāti un plūsmas īpašības viņu īpašajām vajadzībām.