Карактеристики на вискозност на воден раствор на хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)

Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)е широко користен полимер растворлив во вода со најразлични апликации, особено во фармацевтски производи, храна и козметички производи. Неговата способност да формира дебели, гел-како раствори кога се меша со вода го прави разноврсна состојка. Вискозноста на решенијата Kimacell®HPMC игра клучна улога во одредувањето на нивните перформанси во различни формулации. Разбирањето на карактеристиките на вискозност на водните решенија на HPMC е од суштинско значење за оптимизирање на нивната употреба во разни индустрии.

1. Вовед во хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)

Хидроксипропил метилцелулоза е полу-синтетички дериват на целулоза. Се произведува со замена на целулоза со хидроксипропилни групи и метил групи. Соодносот на овие замени може да се разликува, што доведува до различни оценки на HPMC со различни карактеристики, вклучително и вискозност. Типичната структура на HPMC се состои од целулозен 'рбет со хидроксипропил и метил групи прикачени на единиците на гликоза.

HPMC се користи во најразлични индустрии заради неговата биокомпатибилност, можност за формирање гелови и леснотија на растворливост во вода. Во водните раствори, HPMC се однесува како нејонски, растворлив во вода полимер што значително влијае на реолошките својства на растворот, особено вискозноста.

2. Карактеристики на вискозност на решенија за HPMC

Вискозноста на растворите на HPMC е под влијание на неколку фактори, вклучително и концентрацијата на HPMC, молекуларната тежина на полимерот, температурата и присуството на соли или други раствори. Подолу се прикажани примарните фактори кои ги регулираат карактеристиките на вискозноста на HPMC во водни раствори:

Концентрација на HPMC: Вискозноста се зголемува со зголемувањето на концентрацијата на HPMC. При повисоки концентрации, молекулите на HPMC значително комуницираат едни со други, што доведува до поголема отпорност на проток.

Молекуларна тежина на HPMC: Вискозноста на растворите на HPMC е силно поврзана со молекуларната тежина на полимерот. Поголемата молекуларна тежина HPMC оценките имаат тенденција да произведат повеќе вискозни решенија. Ова е затоа што поголемите полимерни молекули создаваат позначајна отпорност на проток заради зголеменото заплетканост и триење.

Температура: Вискозноста обично се намалува со зголемувањето на температурата. Ова е затоа што повисоките температури резултираат во намалување на меѓумолекуларните сили помеѓу молекулите на HPMC, со што се намалува нивната способност да се спротивстават на протокот.

Стапка на стрижење: Вискозноста на HPMC решенијата е зависна од стапката на стрижење, особено во не-tonутонски течности, што е типично за полимерни решенија. Со ниски стапки на смолкнување, растворите на HPMC покажуваат висок вискозност, додека со високи стапки на смолкнување, вискозноста се намалува како резултат на однесувањето на опаѓање на смолкнување.

Ефект на јонска јачина: Присуството на електролити (како што се соли) во растворот може да го промени вискозноста. Некои соли можат да ги прикажат одбивните сили помеѓу полимерните ланци, предизвикувајќи ги да се соберат и да резултира во намалување на вискозноста.

3. Вискозност наспроти концентрација: Експериментални набудувања

Општ тренд забележан во експериментите е дека вискозноста на водните раствори на HPMC се зголемува експоненцијално со зголемување на концентрацијата на полимер. Односот помеѓу вискозноста и концентрацијата може да се опише со следната емпириска равенка, која често се користи за концентрирани полимерни раствори:

η = ACN \ ETA = AC^Nη = ACN

Каде:

η \ etaη е вискозноста

CCC е концентрација на HPMC

ААА и ННН се емпириски константи кои зависат од специфичниот тип на HPMC и условите на растворот.

За пониски концентрации, врската е линеарна, но како што се зголемува концентрацијата, вискозноста се зголемува стрмно, како одраз на зголемената интеракција помеѓу полимерните ланци.

4. Вискозност наспроти молекуларна тежина

Молекуларната тежина на Kimacell®HPMC игра клучна улога во неговите карактеристики на вискозност. Полимерите со поголема молекуларна тежина HPMC имаат тенденција да формираат повеќе вискозни раствори при пониски концентрации во споредба со пониските оценки на молекуларна тежина. Вискозноста на решенијата направени од HPMC со висока молекуларна тежина може да биде до неколку нарачки со големина повисока од онаа на растворите направени од HPMC со пониска молекуларна тежина.

На пример, растворот на HPMC со молекуларна тежина од 100,000 DA ќе покаже поголема вискозитет од оној со молекуларна тежина од 50,000 DA во иста концентрација.

5. Температурен ефект врз вискозноста

Температурата има значителен ефект врз вискозноста на решенијата HPMC. Зголемувањето на температурата доведува до намалување на вискозноста на растворот. Ова првенствено се должи на термичкото движење на полимерните ланци, што предизвикува тие слободно да се движат, намалувајќи го нивниот отпор кон проток. Ефектот на температурата врз вискозноста често се квантифицира со употреба на равенка од типот Arrhenius:

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

Каде:

η (t) \ eta (t) η (t) е вискозност на температура ttt

η0 \ ETA_0η0 е пред-експоненцијален фактор (вискозност на бесконечна температура)

EAE_AEA е енергија за активирање

RRR е константа на гас

TTT е апсолутна температура

6. Реолошко однесување

Реологијата на водните раствори на HPMC често се опишува како не-tonуттон, што значи дека вискозноста на растворот не е константна, но варира со применетата стапка на смолкнување. Со ниски стапки на смолкнување, HPMC растворите покажуваат релативно висок вискозност како резултат на испреплетеноста на полимерните ланци. Како и да е, како што се зголемува стапката на смолкнување, вискозноста се намалува - феномен познат како опаѓање на смолкнување.

Ова однесување на смолкнување е типично за многу полимерни решенија, вклучително и HPMC. Зависноста од стапката на смолкнување на вискозноста може да се опише со употреба на модел на закон за напојување:

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

Каде:

γ˙ \ dot {\ гама} γ˙ е стапката на стрижење

KKK е индекс на конзистентност

nnn е индекс на однесување на проток (со n <1n <1n <1 за опаѓање на смолкнување)

7. Вискозност на HPMC решенија: Резиме табела

Подолу е табела што ги сумира карактеристиките на вискозноста на водните раствори на HPMC под различни услови:

Карактеристиките на вискозноста наHPMCВодните раствори се под влијание на неколку фактори, вклучувајќи концентрација, молекуларна тежина, температура и стапка на смолкнување. HPMC е многу разноврсен материјал, а неговите реолошки својства можат да бидат прилагодени за специфични апликации со прилагодување на овие параметри. Разбирањето на овие фактори овозможува оптимална употреба на Kimacell®HPMC во разни индустрии, од фармацевтски производи до храна и козметика. Со манипулирање со условите под кои се раствора HPMC, производителите можат да го постигнат посакуваниот вискозност и својства на проток за нивните специфични потреби.