Viskositetsegenskaper ved hydroksypropylmetylcellulose (HPMC) vandig løsning

Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC)er en mye brukt vannløselig polymer med en rekke bruksområder, spesielt innen legemidler, mat og kosmetiske produkter. Evnen til å danne tykke, gellignende løsninger når den blandes med vann gjør det til en allsidig ingrediens. Viskositeten til Kimacell®HPMC -løsninger spiller en avgjørende rolle i å bestemme deres ytelse i forskjellige formuleringer. Å forstå viskositetsegenskapene til vandige HPMC -oppløsninger er avgjørende for å optimalisere bruken av bruken i forskjellige bransjer.

1. Introduksjon til hydroksypropylmetylcellulose (HPMC)

Hydroksypropylmetylcellulose er et semisyntetisk derivat av cellulose. Det produseres ved substitusjon av cellulose med hydroksypropylgrupper og metylgrupper. Forholdet mellom disse substitusjonene kan variere, noe som fører til forskjellige karakterer av HPMC med distinkte egenskaper, inkludert viskositet. Den typiske strukturen til HPMC består av en cellulosryggrad med hydroksypropyl- og metylgrupper festet til glukoseenhetene.

HPMC brukes i en rekke bransjer på grunn av dens biokompatibilitet, evne til å danne geler og enkel løselighet i vann. I vandige oppløsninger oppfører HPMC seg som en ikke-ionisk, vannløselig polymer som betydelig påvirker de reologiske egenskapene til løsningen, spesielt viskositet.

2. Viskositetsegenskaper ved HPMC -løsninger

Viskositeten til HPMC -løsninger påvirkes av flere faktorer, inkludert konsentrasjonen av HPMC, molekylvekten til polymeren, temperaturen og tilstedeværelsen av salter eller andre oppløsninger. Nedenfor er de primære faktorene som styrer viskositetsegenskapene til HPMC i vandige oppløsninger:

Konsentrasjon av HPMC: Viskositeten øker når konsentrasjonen av HPMC øker. Ved høyere konsentrasjoner interagerer HPMC -molekyler mer betydelig med hverandre, noe som fører til en høyere motstand mot strømning.

Molekylvekt av HPMC: Viskositeten til HPMC -løsninger er sterkt korrelert med molekylvekten til polymeren. HPMC -karakterer med høyere molekylvekt har en tendens til å produsere mer tyktflytende løsninger. Dette er fordi større polymermolekyler skaper mer betydelig strømning mot strøm på grunn av deres økte sammenfiltring og friksjon.

Temperatur: Viskositeten avtar typisk når temperaturen øker. Dette er fordi høyere temperaturer resulterer i reduksjon av intermolekylære krefter mellom HPMC -molekylene, og dermed reduserer deres evne til å motstå strømning.

Skjærhastighet: Viskositeten til HPMC-løsninger er skjærhastighetsavhengig, spesielt i ikke-Newtonian væsker, som er typisk for polymerløsninger. Ved lave skjærhastigheter viser HPMC -løsninger høy viskositet, mens ved høye skjærhastigheter avtar viskositeten på grunn av tynningsatferd.

Effekt av ionisk styrke: Tilstedeværelsen av elektrolytter (for eksempel salter) i løsningen kan endre viskositeten. Noen salter kan screene de frastøtende kreftene mellom polymerkjedene, noe som får dem til å aggregere og føre til en reduksjon i viskositet.

3. Viskositet kontra konsentrasjon: eksperimentelle observasjoner

En generell trend observert i eksperimenter er at viskositeten til HPMC vandige oppløsninger øker eksponentielt med økende polymerkonsentrasjon. Forholdet mellom viskositet og konsentrasjon kan beskrives ved følgende empiriske ligning, som ofte brukes til konsentrerte polymerløsninger:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Hvor:

η \ etaη er viskositeten

CCC er konsentrasjonen av HPMC

AAA og NNN er empiriske konstanter som er avhengige av den spesifikke typen HPMC og betingelsene for løsningen.

For lavere konsentrasjoner er forholdet lineært, men når konsentrasjonen øker, stiger viskositeten bratt, noe som gjenspeiler den økte interaksjonen mellom polymerkjeder.

4. Viskositet vs. molekylvekt

Molekylvekten til Kimacell®HPMC spiller en avgjørende rolle i dens viskositetsegenskaper. Høyere molekylvekt HPMC -polymerer har en tendens til å danne flere tyktflytende oppløsninger i lavere konsentrasjoner sammenlignet med lavere molekylvektkarakterer. Viskositeten til løsninger laget av HPMC med høy molekylvekt kan være opptil flere størrelsesordener høyere enn løsninger laget av HPMC med lavere molekylvekt.

For eksempel vil en løsning av HPMC med en molekylvekt på 100 000 DA utvise høyere viskositet enn en med en molekylvekt på 50 000 DA i samme konsentrasjon.

5. Temperatureffekt på viskositet

Temperatur har en betydelig effekt på viskositeten til HPMC -løsninger. Økningen i temperaturen fører til en reduksjon i løsningens viskositet. Dette skyldes først og fremst den termiske bevegelsen til polymerkjedene, noe som får dem til å bevege seg mer fritt, og reduserer deres motstand mot strømning. Effekten av temperatur på viskositet blir ofte kvantifisert ved bruk av en ligning av Arrhenius-typen:

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

Hvor:

η (t) \ eta (t) η (t) er viskositeten ved temperatur ttt

η0 \ ETA_0η0 er den pre-eksponentielle faktoren (viskositet ved uendelig temperatur)

Eae_aea er aktiveringsenergien

RRR er gassen konstant

TTT er den absolutte temperaturen

6. Reologisk oppførsel

Revologien til vandige HPMC-oppløsninger blir ofte beskrevet som ikke-Newtonsk, noe som betyr at viskositeten til løsningen ikke er konstant, men varierer med den påførte skjærhastigheten. Ved lave skjærhastigheter viser HPMC -løsninger en relativt høy viskositet på grunn av sammenfiltring av polymerkjeder. Når skjærhastigheten øker, synker imidlertid viskositeten - et fenomen kjent som skjærfortynning.

Denne skjærtenende oppførselen er typisk for mange polymerløsninger, inkludert HPMC. Skjærhastighetsavhengigheten av viskositet kan beskrives ved bruk av Power-Law-modellen:

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

Hvor:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ er skjærhastigheten

KKK er konsistensindeksen

NNN er strømningsatferdsindeksen (med n <1n <1n <1 for skjær tynning)

7. Viskositet av HPMC -løsninger: Sammendragstabell

Nedenfor er en tabell som oppsummerer viskositetsegenskapene til HPMC vandige oppløsninger under forskjellige forhold:

Viskositetsegenskapene tilHPMCVandige oppløsninger påvirkes av flere faktorer, inkludert konsentrasjon, molekylvekt, temperatur og skjærhastighet. HPMC er et svært allsidig materiale, og dets reologiske egenskaper kan skreddersys for spesifikke applikasjoner ved å justere disse parametrene. Å forstå disse faktorene muliggjør optimal bruk av Kimacell®HPMC i forskjellige bransjer, fra legemidler til mat og kosmetikk. Ved å manipulere forholdene under hvilke HPMC oppløses, kan produsentene oppnå de ønskede viskositets- og strømningsegenskapene for deres spesifikke behov.