Karakteristikat e viskozitetit të zgjidhjes ujore hidroksipropil metilceluloze (HPMC)

Metilcelulozë hidroksipropil (HPMC)është një polimer i tretshëm në ujë i përdorur gjerësisht me një larmi aplikimesh, veçanërisht në farmaceutikë, ushqim dhe produkte kozmetike. Aftësia e saj për të formuar zgjidhje të trasha, të ngjashme me xhel, kur përzihen me ujë e bën atë një përbërës të gjithanshëm. Viskoziteti i zgjidhjeve Kimacell®HPMC luan një rol vendimtar në përcaktimin e performancës së tyre në formulime të ndryshme. Të kuptuarit e karakteristikave të viskozitetit të zgjidhjeve ujore të HPMC është thelbësore për optimizimin e përdorimit të tyre në industri të ndryshme.

1. Hyrje në metilcelulozë hidroksipropil (HPMC)

Metilceluloza hidroksipropil është një derivat gjysmë sintetik i celulozës. Prodhohet nga zëvendësimi i celulozës me grupe hidroksipropil dhe grupe metil. Raporti i këtyre zëvendësimeve mund të ndryshojë, duke çuar në shkallë të ndryshme të HPMC me karakteristika të dallueshme, përfshirë viskozitetin. Struktura tipike e HPMC përbëhet nga një shtyllë kurrizore celuloze me grupe hidroksipropil dhe metil të bashkangjitur në njësitë e glukozës.

HPMC përdoret në një larmi industri për shkak të biokompatibilitetit të tij, aftësisë për të formuar xhel dhe lehtësinë e tretshmërisë në ujë. Në zgjidhjet ujore, HPMC sillet si një polimer jo-jonik, i tretshëm në ujë që ndikon ndjeshëm në vetitë reologjike të zgjidhjes, veçanërisht viskozitetin.

2. Karakteristikat e viskozitetit të zgjidhjeve HPMC

Viskoziteti i zgjidhjeve HPMC ndikohet nga disa faktorë, duke përfshirë përqendrimin e HPMC, peshën molekulare të polimerit, temperaturës dhe pranisë së kripërave ose solucioneve të tjera. Më poshtë janë faktorët kryesorë që rregullojnë karakteristikat e viskozitetit të HPMC në zgjidhje ujore:

Përqendrimi i HPMC: Viskoziteti rritet ndërsa përqendrimi i HPMC rritet. Në përqendrime më të larta, molekulat HPMC ndërveprojnë më ndjeshëm me njëra -tjetrën, duke çuar në një rezistencë më të lartë ndaj rrjedhës.

Pesha molekulare e HPMC: Viskoziteti i zgjidhjeve HPMC është e lidhur fort me peshën molekulare të polimerit. Notat më të larta të peshës molekulare HPMC kanë tendencë të prodhojnë zgjidhje më viskoze. Kjo për shkak se molekulat më të mëdha polimer krijojnë rezistencë më të rëndësishme ndaj rrjedhës për shkak të mashtrimit dhe fërkimit të tyre të shtuar.

Temperaturë: Viskoziteti zakonisht zvogëlohet me rritjen e temperaturës. Kjo për shkak se temperaturat më të larta rezultojnë në uljen e forcave ndërmolekulare midis molekulave HPMC, duke zvogëluar kështu aftësinë e tyre për t'i rezistuar rrjedhës.

Normë e qethjes: Viskoziteti i zgjidhjeve të HPMC është i varur nga shkalla e qethjes, veçanërisht në lëngjet jo-NEWTONIAN, e cila është tipike për zgjidhjet polimer. Me ritme të ulëta të qethjes, zgjidhjet HPMC shfaqin viskozitet të lartë, ndërsa me ritme të larta të qethjes, viskoziteti zvogëlohet për shkak të sjelljes së rrallimit të qethjes.

Efekti i forcës jonike: Prania e elektroliteve (siç janë kripërat) në zgjidhje mund të ndryshojë viskozitetin. Disa kripëra mund të kontrollojnë forcat repulsive midis zinxhirëve polimer, duke i bërë ato të grumbullohen dhe të rezultojnë në një ulje të viskozitetit.

3. Viskoziteti kundrejt përqendrimit: Vëzhgime eksperimentale

Një prirje e përgjithshme e vërejtur në eksperimente është se viskoziteti i zgjidhjeve ujore HPMC rritet në mënyrë eksponenciale me rritjen e përqendrimit të polimerit. Marrëdhënia midis viskozitetit dhe përqendrimit mund të përshkruhet nga ekuacioni i mëposhtëm empirik, i cili shpesh përdoret për zgjidhje polimer të përqendruara:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Ku:

η \ etaη është viskoziteti

CCC është përqendrimi i HPMC

AAA dhe NNN janë konstante empirike që varen nga lloji specifik i HPMC dhe kushtet e zgjidhjes.

Për përqendrimet më të ulëta, marrëdhënia është lineare, por ndërsa përqendrimi rritet, viskoziteti rritet në mënyrë të pjerrët, duke reflektuar ndërveprimin e shtuar midis zinxhirëve polimer.

4. Viskoziteti vs pesha molekulare

Pesha molekulare e Kimacell®HPMC luan një rol vendimtar në karakteristikat e tij të viskozitetit. Polimeret me peshë më të lartë molekulare HPMC kanë tendencë të formojnë zgjidhje më viskoze në përqendrime më të ulëta në krahasim me notat më të ulëta të peshës molekulare. Viskoziteti i zgjidhjeve të bëra nga HPMC me peshë të lartë molekulare mund të jetë deri në disa urdhëra me madhësi më të lartë se ajo e zgjidhjeve të bëra nga HPMC me peshë të ulët molekulare.

Për shembull, një zgjidhje e HPMC me një peshë molekulare prej 100,000 DA do të shfaqë viskozitet më të lartë se një me peshë molekulare prej 50,000 DA në të njëjtën përqendrim.

5. Efekti i temperaturës në viskozitet

Temperatura ka një efekt të rëndësishëm në viskozitetin e zgjidhjeve HPMC. Rritja e temperaturës çon në një ulje të viskozitetit të zgjidhjes. Kjo është kryesisht për shkak të lëvizjes termike të zinxhirëve polimer, gjë që bën që ata të lëvizin më lirshëm, duke zvogëluar rezistencën e tyre ndaj rrjedhës. Efekti i temperaturës në viskozitet shpesh përcaktohet duke përdorur një ekuacion të tipit Arrhenius:

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

Ku:

η (t) \ eta (t) η (t) është viskoziteti në temperaturën ttt

η0 \ ETA_0η0 është faktori para-eksponencial (viskoziteti në temperaturë të pafundme)

EAE_AEA është energjia e aktivizimit

RRR është konstante e gazit

TTT është temperatura absolute

6. Sjellje reologjike

Rheologjia e zgjidhjeve ujore të HPMC shpesh përshkruhet si jo-Newtonian, që do të thotë viskoziteti i zgjidhjes nuk është konstant, por ndryshon me shkallën e qethjes së aplikuar. Me ritme të ulëta të qethjes, zgjidhjet HPMC shfaqin një viskozitet relativisht të lartë për shkak të mashtrimit të zinxhirëve polimer. Sidoqoftë, me rritjen e shkallës së qethjes, viskoziteti zvogëlohet - një fenomen i njohur si rrallimi i qethjes.

Kjo sjellje e hollimit të qethjes është tipike për shumë zgjidhje polimer, përfshirë HPMC. Vartësia e shkallës së qethjes së viskozitetit mund të përshkruhet duke përdorur modelin e ligjit të energjisë:

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

Ku:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ është shkalla e qethjes

KKK është indeksi i qëndrueshmërisë

nnn është indeksi i sjelljes së rrjedhës (me n <1n <1n <1 për rrallimin e qethjes)

7. Viskoziteti i zgjidhjeve HPMC: Tabela Përmbledhje

Më poshtë është një tabelë që përmbledh karakteristikat e viskozitetit të zgjidhjeve ujore të HPMC në kushte të ndryshme:

Karakteristikat e viskozitetit tëHPMCZgjidhjet ujore ndikohen nga disa faktorë, përfshirë përqendrimin, peshën molekulare, temperaturën dhe shkallën e qethjes. HPMC është një material shumë i gjithanshëm, dhe vetitë e tij reologjike mund të përshtaten për aplikime specifike duke rregulluar këto parametra. Të kuptuarit e këtyre faktorëve lejon përdorimin optimal të Kimacell®HPMC në industri të ndryshme, nga farmaceutikë deri tek ushqimi dhe kozmetika. Duke manipuluar kushtet në të cilat shpërndahet HPMC, prodhuesit mund të arrijnë viskozitetin e dëshiruar dhe vetitë e rrjedhës për nevojat e tyre specifike.