Viscositeitskenmerken van waterige oplossing voor hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)is een veel gebruikt in water oplosbaar polymeer met een verscheidenheid aan toepassingen, met name in farmaceutische producten, voedsel en cosmetische producten. Het vermogen om dikke, gelachtige oplossingen te vormen wanneer gemengd met water is het een veelzijdig ingrediënt. De viscositeit van Kimacell®HPMC -oplossingen speelt een cruciale rol bij het bepalen van hun prestaties in verschillende formuleringen. Inzicht in de viscositeitskenmerken van HPMC -waterige oplossingen is essentieel voor het optimaliseren van het gebruik van het gebruik in verschillende industrieën.

1. Inleiding tot hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)

Hydroxypropylmethylcellulose is een semi-synthetisch derivaat van cellulose. Het wordt geproduceerd door de vervanging van cellulose door hydroxypropylgroepen en methylgroepen. De verhouding van deze substituties kan variëren, wat leidt tot verschillende graden van HPMC met verschillende kenmerken, waaronder viscositeit. De typische structuur van HPMC bestaat uit een cellulose -ruggengraat met hydroxypropyl- en methylgroepen bevestigd aan de glucose -eenheden.

HPMC wordt in verschillende industrieën gebruikt vanwege de biocompatibiliteit, het vermogen om gels te vormen en het gemak van oplosbaarheid in water. In waterige oplossingen gedraagt ​​HPMC zich als een niet-ionisch, in water oplosbaar polymeer dat de reologische eigenschappen van de oplossing aanzienlijk beïnvloedt, met name viscositeit.

2. Viscositeitskenmerken van HPMC -oplossingen

De viscositeit van HPMC -oplossingen wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de concentratie van HPMC, het molecuulgewicht van het polymeer, de temperatuur en de aanwezigheid van zouten of andere opgeloste stoffen. Hieronder staan ​​de primaire factoren die de viscositeitskenmerken van HPMC bepalen in waterige oplossingen:

Concentratie van HPMC: De viscositeit neemt toe naarmate de concentratie van HPMC toeneemt. Bij hogere concentraties interageren HPMC -moleculen significanter met elkaar, wat leidt tot een hogere weerstand tegen stroming.

Molecuulgewicht van HPMC: De viscositeit van HPMC -oplossingen is sterk gecorreleerd met het molecuulgewicht van het polymeer. HPMC -cijfers met een hoger molecuulgewicht produceren meestal meer viskeuze oplossingen. Dit komt omdat grotere polymeermoleculen een grotere significante weerstand tegen stroming veroorzaken vanwege hun verhoogde verstrengeling en wrijving.

Temperatuur: Viscositeit neemt meestal af naarmate de temperatuur toeneemt. Dit komt omdat hogere temperaturen resulteren in de vermindering van intermoleculaire krachten tussen de HPMC -moleculen, waardoor hun vermogen om de stroom te weerstaan, wordt verminderd.

Afschuifrente: De viscositeit van HPMC-oplossingen is afschuifsnelheid-afhankelijk, met name in niet-Newtoniaanse vloeistoffen, die typerend zijn voor polymeeroplossingen. Bij lage afschuifsnelheden vertonen HPMC -oplossingen een hoge viscositeit, terwijl bij hoge afschuifsnelheden de viscositeit afneemt als gevolg van afschuifdunner wordend gedrag.

Effect van ionensterkte: De aanwezigheid van elektrolyten (zoals zouten) in de oplossing kan de viscositeit veranderen. Sommige zouten kunnen de afstotende krachten tussen de polymeerketens screenen, waardoor ze aggregeren en resulteren in een afname van viscositeit.

3. Viscositeit versus concentratie: experimentele waarnemingen

Een algemene trend waargenomen in experimenten is dat de viscositeit van HPMC -waterige oplossingen exponentieel toeneemt met toenemende polymeerconcentratie. De relatie tussen viscositeit en concentratie kan worden beschreven door de volgende empirische vergelijking, die vaak wordt gebruikt voor geconcentreerde polymeeroplossingen:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Waar:

η \ etaη is de viscositeit

CCC is de concentratie van HPMC

AAA en NNN zijn empirische constanten die afhankelijk zijn van het specifieke type HPMC en de voorwaarden van de oplossing.

Voor lagere concentraties is de relatie lineair, maar naarmate de concentratie toeneemt, stijgt de viscositeit steil, hetgeen de verhoogde interactie tussen polymeerketens weerspiegelt.

4. Viscositeit versus molecuulgewicht

Het molecuulgewicht van Kimacell®HPMC speelt een cruciale rol in de viscositeitskenmerken. HPMC -polymeren met een hoger molecuulgewicht hebben de neiging om meer viskeuze oplossingen te vormen bij lagere concentraties in vergelijking met lagere molecuulgewichtsgraden. De viscositeit van oplossingen gemaakt van HPMC met een hoog molecuulgewicht kan tot meerdere orden van grootte hoger zijn dan die van oplossingen gemaakt van HPMC met een lager molecuulgewicht.

Een oplossing van HPMC met een molecuulgewicht van 100.000 Da zal bijvoorbeeld een hogere viscositeit vertonen dan een met een molecuulgewicht van 50.000 Da bij dezelfde concentratie.

5. Temperatuureffect op viscositeit

Temperatuur heeft een significant effect op de viscositeit van HPMC -oplossingen. De temperatuurstijging leidt tot een vermindering van de viscositeit van de oplossing. Dit is voornamelijk te wijten aan de thermische beweging van de polymeerketens, waardoor ze vrijer bewegen, waardoor hun weerstand tegen stroom wordt verminderd. Het effect van temperatuur op viscositeit wordt vaak gekwantificeerd met behulp van een vergelijking van het Arrhenius-type:

η (t) = η0eart \ eta (t) = \ eta_0 e^{\ frac {e_a} {rt}} aling (t) = η0 ertea

Waar:

η (t) \ eta (t) η (t) is de viscositeit bij temperatuur TTT

η0 \ eta_0η0 is de pre-exponentiële factor (viscositeit bij oneindige temperatuur)

EAE_AEA is de activeringsenergie

RRR is de gasconstante

TTT is de absolute temperatuur

6. Reologisch gedrag

De reologie van HPMC-waterige oplossingen wordt vaak beschreven als niet-Newtoniaans, wat betekent dat de viscositeit van de oplossing niet constant is, maar varieert met de toegepaste afschuifsnelheid. Bij lage afschuifsnelheden vertonen HPMC -oplossingen een relatief hoge viscositeit vanwege de verstrengeling van polymeerketens. Naarmate de afschuifsnelheid toeneemt, neemt de viscositeit af - een fenomeen dat bekend staat als afschuifverdunning.

Dit afschuifverdunnende gedrag is typerend voor veel polymeeroplossingen, waaronder HPMC. De afschuifsnelheidsafhankelijkheid van viscositeit kan worden beschreven met behulp van het power-law-model:

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

Waar:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ is de afschuifsnelheid

KKK is de consistentie -index

nnn is de stroomgedragsindex (met n <1n <1n <1 voor afschuifdunning)

7. Viscositeit van HPMC -oplossingen: Samenvatting Tabel

Hieronder is een tabel die de viscositeitskenmerken van HPMC waterige oplossingen onder verschillende omstandigheden samenvat:

De viscositeitskenmerken vanHPMCWaterige oplossingen worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder concentratie, molecuulgewicht, temperatuur en afschuifsnelheid. HPMC is een zeer veelzijdig materiaal en de reologische eigenschappen ervan kunnen worden aangepast voor specifieke toepassingen door deze parameters aan te passen. Inzicht in deze factoren zorgt voor het optimale gebruik van Kimacell®HPMC in verschillende industrieën, van farmaceutische producten tot voedsel en cosmetica. Door de omstandigheden te manipuleren waaronder HPMC is opgelost, kunnen fabrikanten de gewenste viscositeit en stroomeigenschappen bereiken voor hun specifieke behoeften.