Характеристики вязкости гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC) водный раствор

Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC)является широко используемым водорастворимым полимером с различными применениями, особенно в фармацевтических препаратах, продуктах питания и косметических продуктах. Его способность образовывать толстые гелевые растворы при смешивании с водой делает его универсальным ингредиентом. Вязкость решений Kimacell®HPMC играет решающую роль в определении их эффективности в различных составах. Понимание характеристик вязкости водных решений HPMC имеет важное значение для оптимизации их использования в различных отраслях.

1. Введение в гидроксипропилметилцеллюлозу (HPMC)

Гидроксипропиловая метилцеллюлоза является полусинтетической производной целлюлозы. Он продуцируется заменой целлюлозы гидроксипропильными группами и метильными группами. Соотношение этих замен может варьироваться, что приводит к различным классам HPMC с различными характеристиками, включая вязкость. Типичная структура HPMC состоит из целлюлозной основной цепи с гидроксипропил и метильными группами, прикрепленными к блокам глюкозы.

HPMC используется в различных отраслях промышленности из -за его биосовместимости, способности образовывать гели и простоту растворимости в воде. В водных растворах HPMC ведет себя как неионный, водорастворимый полимер, который значительно влияет на реологические свойства раствора, особенно вязкость.

2. Характеристики вязкости решений HPMC

На вязкость растворов HPMC влияет несколько факторов, включая концентрацию HPMC, молекулярную массу полимера, температуру и наличие солей или других растворенных веществ. Ниже приведены основные факторы, которые регулируют характеристики вязкости HPMC в водных решениях:

Концентрация HPMC: Вязкость увеличивается с увеличением концентрации HPMC. При более высоких концентрациях молекулы HPMC более значительно взаимодействуют друг с другом, что приводит к более высокой устойчивости к потоку.

Молекулярный вес HPMC: Вязкость растворов HPMC сильно коррелирует с молекулярной массой полимера. Более высокие молекулярные классы HPMC имеют тенденцию производить более вязкие растворы. Это связано с тем, что более крупные полимерные молекулы создают более значительную устойчивость к потоку из -за их увеличения запутывания и трения.

Температура: Вязкость обычно уменьшается по мере повышения температуры. Это связано с тем, что более высокие температуры приводят к снижению межмолекулярных сил между молекулами HPMC, что снижает их способность сопротивляться потоку.

Скорость сдвига: Вязкость растворов HPMC зависит от скорости сдвига, особенно в не-ньютоновских жидкостях, что типично для полимерных растворов. При низких скоростях сдвига растворы HPMC демонстрируют высокую вязкость, в то время как при высоких скоростях сдвига вязкость уменьшается из -за поведения истончения сдвига.

Влияние ионной силы: Присутствие электролитов (таких как соли) в растворе может изменить вязкость. Некоторые соли могут проверять отталкивающие силы между полимерными цепями, заставляя их агрегировать и привести к снижению вязкости.

3. Вязкость против концентрации: экспериментальные наблюдения

Общая тенденция, наблюдаемая в экспериментах, заключается в том, что вязкость водных растворов HPMC увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением концентрации полимеров. Связь между вязкостью и концентрацией может быть описана следующим эмпирическим уравнением, которое часто используется для концентрированных полимерных растворов:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Где:

η \ etaη - вязкость

CCC - концентрация HPMC

AAA и NNN являются эмпирическими постоянными, которые зависят от специфического типа HPMC и условий решения.

Для более низких концентраций взаимосвязь является линейной, но по мере увеличения концентрации вязкость круто возрастает, отражая повышенное взаимодействие между полимерными цепями.

4. Вязкость против молекулярной массы

Молекулярная масса Kimacell®HPMC играет решающую роль в его характеристиках вязкости. Полимеры HPMC с более высокой молекулярной массой, как правило, образуют более вязкие растворы в более низких концентрациях по сравнению с более низкими показателями молекулярной массы. Вязкость растворов, изготовленных из высокомолекулярного HPMC, может составлять на несколько порядков выше, чем у растворов, изготовленных из HPMC с более низким уровнем молекулярного веса.

Например, раствор HPMC с молекулярной массой 100 000 DA будет иметь более высокую вязкость, чем у молекулярной массы 50 000 да в той же концентрации.

5. Влияние температуры на вязкость

Температура оказывает значительное влияние на вязкость растворов HPMC. Повышение температуры приводит к снижению вязкости раствора. В первую очередь это связано с термическим движением полимерных цепей, что заставляет их двигаться более свободно, снижая их сопротивление потоку. Влияние температуры на вязкость часто определяется количественно с использованием уравнения типа Аррениуса:

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

Где:

η (t) \ eta (t) η (t) - вязкость при температуре TTT

η0 \ eta_0η0 является предварительным фактором (вязкость при бесконечной температуре)

EAE_AEA - это энергия активации

RRR - это постоянная газа

TTT - абсолютная температура

6. Реологическое поведение

Реология водных растворов HPMC часто описывается как не-ньютоновская, что означает, что вязкость раствора не является постоянной, но зависит от приложенной скорости сдвига. При низких скоростях сдвига растворы HPMC демонстрируют относительно высокую вязкость из -за запутывания полимерных цепей. Однако по мере увеличения скорости сдвига вязкость уменьшается - явление, известное как истончение сдвига.

Это поведение, разжигающее сдвиг, типично для многих полимерных растворов, включая HPMC. Зависимость от скорости сдвига от вязкости может быть описана с использованием модели мощности:

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

Где:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ - скорость сдвига

KKK является индексом согласованности

NNN - индекс поведения потока (с n <1n <1n <1 для истончения сдвига)

7. Вязкость решений HPMC: сводная таблица

Ниже приведена таблица, обобщающая характеристики вязкости водных растворов HPMC в различных условиях:

Характеристики вязкостиHPMCВодные растворы влияют на несколько факторов, включая концентрацию, молекулярную массу, температуру и скорость сдвига. HPMC - это очень универсальный материал, и его реологические свойства могут быть адаптированы для конкретных применений путем настройки этих параметров. Понимание этих факторов позволяет оптимально использовать Kimacell®HPMC в различных отраслях, от фармацевтических препаратов до пищи и косметики. Манипулируя условиями, при которых HPMC растворяется, производители могут достичь желаемой вязкости и свойств потока для их конкретных потребностей.