Značilnosti viskoznosti vodne raztopine hidroksipropil metilceluloze (HPMC)

Hidroksipropil metilceluloza (HPMC)je široko uporabljen vodno topni polimer z različnimi aplikacijami, zlasti v farmacevtskih izdelkih, hrani in kozmetičnih izdelkih. Njegova sposobnost, da tvori debele, gel podobne raztopine, ko jih mešamo z vodo, je vsestranska sestavina. Viskoznost raztopin Kimacell®HPMC ima ključno vlogo pri določanju njihove učinkovitosti v različnih formulacijah. Razumevanje značilnosti viskoznosti vodnih rešitev HPMC je bistvenega pomena za optimizacijo njihove uporabe v različnih panogah.

1. Uvod v hidroksipropil metilceluloza (HPMC)

Hidroksipropil metilceluloza je polsintetični derivat celuloze. Nastaja z zamenjavo celuloze s hidroksipropilnimi skupinami in metilnimi skupinami. Razmerje med temi substitucijami se lahko razlikuje, kar vodi do različnih razredov HPMC z različnimi značilnostmi, vključno z viskoznostjo. Tipična struktura HPMC je sestavljena iz celulozne hrbtenice s hidroksipropilnimi in metilnimi skupinami, pritrjenimi na glukozne enote.

HPMC se uporablja v različnih panogah zaradi svoje biokompatibilnosti, sposobnosti oblikovanja gelov in enostavnosti topnosti v vodi. V vodnih raztopinah se HPMC obnaša kot neionski, vodotopni polimer, ki pomembno vpliva na reološke lastnosti raztopine, zlasti viskoznosti.

2. Značilnosti viskoznosti rešitev HPMC

Na viskoznost raztopin HPMC vpliva več dejavnikov, vključno s koncentracijo HPMC, molekulsko maso polimera, temperaturo in prisotnostjo soli ali drugih topil. Spodaj so glavni dejavniki, ki urejajo značilnosti viskoznosti HPMC v vodnih raztopinah:

Koncentracija HPMC: Viskoznost se poveča, ko se koncentracija HPMC poveča. Pri višjih koncentracijah molekule HPMC bolj medsebojno medsebojno delujejo, kar vodi do večje odpornosti na pretok.

Molekularna teža HPMC: Viskoznost raztopin HPMC je močno povezana z molekulsko maso polimera. Višja molekulska masa HPMC ocene ponavadi proizvajajo več viskoznih rešitev. To je zato, ker večje polimerne molekule ustvarjajo pomembnejšo odpornost na pretok zaradi povečane zapletenosti in trenja.

Temperatura: Viskoznost se običajno zmanjšuje, ko se temperatura zvišuje. To je zato, ker višje temperature povzročijo zmanjšanje medmolekularnih sil med molekulami HPMC in tako zmanjšajo njihovo sposobnost upiranja pretoku.

Strižna stopnja: Viskoznost raztopin HPMC je odvisna od striženja, zlasti v ne-newtonskih tekočinah, kar je značilno za polimerne raztopine. Pri nizkih stopnjah striženja imajo raztopine HPMC visoko viskoznost, medtem ko se pri visokih strižnih stopnjah viskoznost zmanjšuje zaradi vedenja striženja.

Vpliv ionske moči: Prisotnost elektrolitov (na primer soli) v raztopini lahko spremeni viskoznost. Nekatere soli lahko pregledajo odbojne sile med polimernimi verigami, zaradi česar se združijo in povzročijo zmanjšanje viskoznosti.

3. Viskoznost proti koncentraciji: eksperimentalna opazovanja

Splošni trend, ki ga opazimo pri poskusih, je, da se viskoznost vodnih raztopin HPMC s povečanjem koncentracije polimera eksponentno poveča. Razmerje med viskoznostjo in koncentracijo lahko opišemo z naslednjo empirično enačbo, ki se pogosto uporablja za koncentrirane polimerne raztopine:

η = ACN \ eta = AC^nη = ACN

Kje:

η \ etaη je viskoznost

CCC je koncentracija HPMC

AAA in NNN sta empirični konstanti, ki so odvisni od specifične vrste HPMC in pogojev raztopine.

Pri nižjih koncentracijah je razmerje linearno, a ko se koncentracija povečuje, se viskoznost strmo dvigne, kar odraža povečano interakcijo med polimernimi verigami.

4. Viskoznost proti molekulski masi

Molekularna teža Kimacell®HPMC ima ključno vlogo pri njegovih značilnostih viskoznosti. Polimeri HPMC z večjo molekulsko maso ponavadi tvorijo več viskoznih raztopin v nižjih koncentracijah v primerjavi z nižjo stopnjo molekulske mase. Viskoznost raztopin, narejenih iz HPMC z visoko molekularno maso, je lahko do več vrst večje od raztopin, narejenih iz HPMC z nižjo molekulsko maso.

Na primer, raztopina HPMC z molekulsko maso 100.000 DA bo pokazala večjo viskoznost kot ena z molekulsko maso 50.000 DA pri isti koncentraciji.

5. Temperaturni učinek na viskoznost

Temperatura pomembno vpliva na viskoznost raztopin HPMC. Povišanje temperature vodi do zmanjšanja viskoznosti raztopine. To je predvsem posledica toplotnega gibanja polimernih verig, zaradi česar se bolj prosto gibljejo, kar zmanjšuje njihovo odpornost na pretok. Učinek temperature na viskoznost je pogosto količinsko opredeljen z enačbo tipa Arrhenius:

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

Kje:

η (t) \ eta (t) η (t) je viskoznost pri temperaturi TTT

η0 \ eta_0η0 je predeksponentni dejavnik (viskoznost pri neskončni temperaturi)

Eae_aea je aktivacijska energija

RRR je konstanta plina

TTT je absolutna temperatura

6. Reološko vedenje

Reologija vodnih raztopin HPMC je pogosto opisana kot ne-newtonska, kar pomeni, da viskoznost raztopine ni konstantna, vendar se razlikuje glede na uporabljeno hitrost striženja. HPMC rešitve imajo pri nizkih stopnjah striženja razmeroma visoko viskoznost zaradi zapletenosti polimernih verig. Ker pa se hitrost striženja povečuje, se viskoznost zmanjšuje - pojav, znan kot redčenje striženja.

To vedenje s strižnim plinom je značilno za številne polimerne raztopine, vključno s HPMC. Odvisnost od strižne hitrosti viskoznosti je mogoče opisati z modelom moči:

η (γžnja

Kje:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ je hitrost striženja

KKK je indeks doslednosti

NNN je indeks vedenja pretoka (z n <1n <1n <1 za redčenje striženja)

7. Viskoznost rešitev HPMC: Povzetek tabele

Spodaj je tabela, ki povzema značilnosti viskoznosti vodnih raztopin HPMC pod različnimi pogoji:

Značilnosti viskoznostiHPMCNa vodne raztopine vpliva več dejavnikov, vključno s koncentracijo, molekulsko maso, temperaturo in hitrostjo striženja. HPMC je zelo vsestranski material, njegove reološke lastnosti pa lahko prilagodimo za posebne aplikacije s prilagajanjem teh parametrov. Razumevanje teh dejavnikov omogoča optimalno uporabo Kimacell®HPMC v različnih panogah, od farmacevtskih izdelkov do hrane in kozmetike. Z manipulacijo s pogoji, pod katerimi se HPMC raztopi, lahko proizvajalci dosežejo želeno viskoznost in pretočne lastnosti za svoje posebne potrebe.