Хидроксипропил метилцелулоза (ХПМЦ) је важан полимер растворљив у води који се широко користи у фармацеутским производима, храни, премазима, грађевинским материјалима и другим пољима. Вискозност раствора ХПМЦ је кључни фактор који утиче на његове перформансе и примену, а температура има значајан утицај на вискозитет ХПМЦ воденог раствора.
1. Карактеристике вискозитета ХПМЦ раствора
ХПМЦ је полимерни материјал са термички реверзибилним својствима растварања. Када се ХПМЦ раствори у води, формирани водени раствор показује нењутновске карактеристике течности, односно, вискозитет раствора се мења са променама брзине смицања. На нормалној температури, ХПМЦ раствори се обично понашају као псеудопластичне течности, то јест, имају већи вискозитет при ниским брзинама смицања, а вискозност се смањује како се брзина смицања повећава.
2. Утицај температуре на вискозитет ХПМЦ раствора
Промене температуре имају два главна механизма утицаја на вискозитет ХПМЦ водених раствора: повећано топлотно кретање молекулских ланаца и промене у интеракцијама раствора.
(1) Термичко кретање молекулских ланаца се повећава
Када се температура повећа, топлотно кретање ХПМЦ молекулског ланца се повећава, што узрокује слабљење водоничних веза и ван дер Валсових сила између молекула и повећање флуидности раствора. Вискозност раствора се смањује због смањеног заплитања и физичког умрежавања између молекулских ланаца. Стога, ХПМЦ водени раствори показују нижи вискозитет на вишим температурама.
(2) Промене у интеракцији раствора
Промене температуре могу утицати на растворљивост ХПМЦ молекула у води. ХПМЦ је полимер са својствима термогелирања, а његова растворљивост у води се значајно мења са температуром. На нижим температурама, хидрофилне групе на ХПМЦ молекуларном ланцу формирају стабилне водоничне везе са молекулима воде, чиме се одржава добра растворљивост и висок вискозитет. Међутим, када температура порасте на одређени ниво, хидрофобна интеракција између ХПМЦ молекуларних ланаца се појачава, што доводи до формирања тродимензионалне мрежне структуре или гелирања у раствору, узрокујући нагло повећање вискозитета раствора под одређеним условима. Овај феномен се зове. То је феномен „термалног гела“.
3. Експериментално посматрање температуре на вискозитет ХПМЦ раствора
Експерименталне студије су показале да унутар уобичајеног температурног опсега (нпр. 20°Ц до 40°Ц), вискозност водених раствора ХПМЦ постепено опада са повећањем температуре. То је зато што више температуре повећавају кинетичку енергију молекулских ланаца и смањују међумолекулске интеракције, чиме се смањује унутрашње трење раствора. Међутим, када температура настави да расте до тачке термичког гела ХПМЦ (обично између 60°Ц и 90°Ц, у зависности од степена супституције и молекулске тежине ХПМЦ), вискозитет раствора се нагло повећава. Појава овог феномена повезана је са међусобним преплитањем и агрегацијом ХПМЦ молекуларних ланаца.
4. Однос између температуре и ХПМЦ структурних параметара
На вискозност раствора ХПМЦ не утиче само температура, већ је и уско повезана са његовом молекуларном структуром. На пример, степен супституције (тј. садржај хидроксипропилних и метил супституената) и молекулска тежина ХПМЦ имају значајан утицај на његово понашање термичког гела. ХПМЦ са високим степеном супституције одржава нижи вискозитет у ширем температурном опсегу због својих хидрофилнијих група, док ХПМЦ са ниским степеном супституције вероватније формира термалне гелове. Поред тога, већа је вероватноћа да ће ХПМЦ раствори са већом молекулском тежином повећати вискозитет на високим температурама.
5. Индустријска и практична разматрања примене
У практичним применама, потребно је одабрати одговарајуће ХПМЦ сорте у складу са специфичним температурним условима. На пример, у окружењима са високом температуром, ХПМЦ са вишом температурном отпорношћу треба да се изабере како би се избегло термичко гелирање. У условима ниске температуре, потребно је узети у обзир растворљивост и стабилност вискозитета ХПМЦ.
Утицај температуре на вискозитет ХПМЦ воденог раствора има важан практични значај. У фармацеутској области, ХПМЦ се често користи као материјал са продуженим ослобађањем за фармацеутске препарате, а његове карактеристике вискозитета директно утичу на брзину ослобађања лека. У прехрамбеној индустрији, ХПМЦ се користи за побољшање текстуре и стабилности производа, а температурну зависност вискозности његовог раствора потребно је прилагодити према температури обраде. У грађевинским материјалима, ХПМЦ се користи као згушњивач и средство за задржавање воде, а његове карактеристике вискозности утичу на перформансе конструкције и чврстоћу материјала.
Утицај температуре на вискозитет ХПМЦ воденог раствора је сложен процес који укључује термичко кретање молекулског ланца, интеракцију раствора и структурна својства полимера. Све у свему, вискозност ХПМЦ водених раствора генерално опада са повећањем температуре, али у одређеним температурним опсегима може доћи до термичке гелације. Разумевање ове карактеристике има важан водећи значај за практичну примену и оптимизацију процеса ХПМЦ.
Време поста: Јул-10-2024