ГПМЦ — полусинтетический полимер, полученный из целлюлозы. Благодаря своим превосходным загущающим, стабилизирующим и пленкообразующим свойствам он широко используется в медицине, пищевой, косметической и других отраслях промышленности. Изучение поведения его вязкости имеет решающее значение для оптимизации его характеристик в различных приложениях.
1. Измерение вязкости:
Ротационный вискозиметр: Ротационный вискозиметр измеряет крутящий момент, необходимый для вращения шпинделя с постоянной скоростью при погружении в образец. Изменяя геометрию и скорость вращения шпинделя, можно определить вязкость при различных скоростях сдвига. Этот метод позволяет охарактеризовать вязкость ГПМЦ в различных условиях.
Капиллярный вискозиметр: Капиллярный вискозиметр измеряет поток жидкости через капиллярную трубку под действием силы тяжести или давления. Раствор ГПМЦ пропускается через капиллярную трубку, а вязкость рассчитывается на основе скорости потока и перепада давления. Этот метод можно использовать для изучения вязкости ГПМЦ при более низких скоростях сдвига.
2. Реологические измерения:
Динамическая реометрия сдвига (DSR): DSR измеряет реакцию материала на динамическую деформацию сдвига. Образцы ГПМЦ подвергали колебательному напряжению сдвига и измеряли полученные деформации. Вязкоупругое поведение растворов ГПМЦ можно охарактеризовать путем анализа комплексной вязкости (η*), а также модуля упругости (G') и модуля потерь (G”).
Испытания на ползучесть и восстановление. Эти испытания включают в себя подвергание образцов HPMC постоянному напряжению или деформации в течение длительного периода времени (фаза ползучести), а затем мониторинг последующего восстановления после снятия напряжения или деформации. Поведение ползучести и восстановления дает представление о вязкоупругих свойствах ГПМЦ, включая его возможности деформации и восстановления.
3. Исследования концентрационной и температурной зависимости:
Сканирование концентрации: измерения вязкости проводятся в диапазоне концентраций HPMC для изучения взаимосвязи между вязкостью и концентрацией полимера. Это помогает понять эффективность загущения полимера и его поведение в зависимости от концентрации.
Сканирование температуры: измерения вязкости проводятся при различных температурах для изучения влияния температуры на вязкость ГПМЦ. Понимание температурной зависимости имеет решающее значение для приложений, в которых ГПМЦ испытывают изменения температуры, например, для фармацевтических составов.
4. Анализ молекулярной массы:
Эксклюзионная хроматография по размеру (SEC): SEC разделяет молекулы полимера в зависимости от их размера в растворе. Анализируя профиль элюирования, можно определить молекулярно-массовое распределение образца ГПМЦ. Понимание взаимосвязи между молекулярной массой и вязкостью имеет решающее значение для прогнозирования реологического поведения ГПМЦ.
5. Моделирование и симуляция:
Теоретические модели. Для описания поведения вязкости ГПМЦ в различных условиях сдвига можно использовать различные теоретические модели, такие как модель Карро-Ясуды, модель Кросса или модель степенного закона. Эти модели объединяют такие параметры, как скорость сдвига, концентрация и молекулярная масса, для точного прогнозирования вязкости.
Вычислительное моделирование. Вычислительное моделирование гидродинамики (CFD) дает представление о поведении потока решений HPMC в сложной геометрии. Численное решение основных уравнений потока жидкости позволяет с помощью CFD-моделирования предсказать распределение вязкости и характер течения в различных условиях.
6. Исследования in situ и in vitro:
Измерения на месте. Методы на месте включают изучение изменений вязкости в реальном времени в конкретной среде или применении. Например, в фармацевтических составах измерения in situ позволяют отслеживать изменения вязкости во время распада таблетки или местного применения геля.
Тестирование in vitro: тестирование in vitro имитирует физиологические условия для оценки вязкостных характеристик составов на основе ГПМЦ, предназначенных для перорального, глазного или местного применения. Эти тесты предоставляют ценную информацию о характеристиках и стабильности препарата в соответствующих биологических условиях.
7. Передовые технологии:
Микрореология: методы микрореологии, такие как динамическое рассеяние света (DLS) или микрореология отслеживания частиц (PTM), позволяют исследовать вязкоупругие свойства сложных жидкостей в микроскопическом масштабе. Эти методы могут дать представление о поведении ГПМЦ на молекулярном уровне, дополняя макроскопические реологические измерения.
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР): ЯМР-спектроскопию можно использовать для изучения молекулярной динамики и взаимодействий ГПМЦ в растворе. Контролируя химические сдвиги и время релаксации, ЯМР предоставляет ценную информацию о конформационных изменениях ГПМЦ и взаимодействиях полимер-растворитель, которые влияют на вязкость.
Изучение поведения вязкости ГПМЦ требует междисциплинарного подхода, включая экспериментальные методы, теоретическое моделирование и передовые аналитические методы. Используя комбинацию вискозиметрии, реометрии, молекулярного анализа, моделирования и передовых методов, исследователи могут получить полное представление о реологических свойствах ГПМЦ и оптимизировать его характеристики в различных приложениях.
Время публикации: 29 февраля 2024 г.