ลักษณะความหนืดของสารละลาย hydroxypropyl methylcellulose (HPMC)

Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC)เป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้อย่างกว้างขวางซึ่งมีความหลากหลายของการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านเภสัชกรรมอาหารและผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง ความสามารถในการสร้างสารละลายที่มีความหนาเหมือนเจลเมื่อผสมกับน้ำทำให้เป็นส่วนผสมที่หลากหลาย ความหนืดของโซลูชั่นKimacell®HPMCมีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพในสูตรที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจลักษณะความหนืดของโซลูชันน้ำ HPMC เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ

1. เบื้องต้นเกี่ยวกับ Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC)

Hydroxypropyl methylcellulose เป็นอนุพันธ์กึ่งสังเคราะห์ของเซลลูโลส มันผลิตโดยการทดแทนเซลลูโลสกับกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลและกลุ่มเมทิล อัตราส่วนของการทดแทนเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปซึ่งนำไปสู่เกรด HPMC ที่แตกต่างกันโดยมีลักษณะที่แตกต่างกันรวมถึงความหนืด โครงสร้างทั่วไปของ HPMC ประกอบด้วยกระดูกสันหลังเซลลูโลสที่มีกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลและเมธิลที่ติดอยู่กับหน่วยกลูโคส

HPMC ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรมเนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพความสามารถในการสร้างเจลและความสะดวกในการละลายในน้ำ ในสารละลายที่เป็นน้ำ HPMC ทำงานเป็นพอลิเมอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิกที่ละลายน้ำได้ซึ่งมีผลต่อคุณสมบัติการไหลของสารละลายอย่างมีนัยสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งความหนืด

2. ลักษณะความหนืดของโซลูชั่น HPMC

ความหนืดของสารละลาย HPMC ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการรวมถึงความเข้มข้นของ HPMC น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์อุณหภูมิและการปรากฏตัวของเกลือหรือตัวละลายอื่น ๆ ด้านล่างนี้เป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมลักษณะความหนืดของ HPMC ในสารละลายน้ำ:

ความเข้มข้นของ HPMC: ความหนืดเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของ HPMC เพิ่มขึ้น ที่ความเข้มข้นสูงกว่าโมเลกุล HPMC จะมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นซึ่งนำไปสู่ความต้านทานต่อการไหลที่สูงขึ้น

น้ำหนักโมเลกุลของ HPMC: ความหนืดของสารละลาย HPMC มีความสัมพันธ์อย่างมากกับน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ เกรด HPMC น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะผลิตสารละลายที่มีความหนืดมากขึ้น นี่เป็นเพราะโมเลกุลพอลิเมอร์ขนาดใหญ่สร้างความต้านทานต่อการไหลอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นเนื่องจากการพัวพันและแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้น

อุณหภูมิ: ความหนืดมักจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะอุณหภูมิที่สูงขึ้นส่งผลให้การลดลงของแรงระหว่างโมเลกุลระหว่างโมเลกุล HPMC ซึ่งจะช่วยลดความสามารถในการต้านทานการไหล

อัตราการเฉือน: ความหนืดของสารละลาย HPMC ขึ้นอยู่กับอัตราแรงเฉือนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในของเหลวที่ไม่ใช่นิวตันซึ่งเป็นเรื่องปกติของการแก้ปัญหาพอลิเมอร์ ในอัตราการเฉือนต่ำโซลูชั่น HPMC มีความหนืดสูงในขณะที่อัตราการเฉือนสูงความหนืดจะลดลงเนื่องจากพฤติกรรมการทำให้ผอมบางเฉือน

ผลของความแข็งแรงของไอออนิก: การปรากฏตัวของอิเล็กโทรไลต์ (เช่นเกลือ) ในสารละลายสามารถเปลี่ยนความหนืดได้ เกลือบางตัวสามารถคัดกรองแรงที่น่ารังเกียจระหว่างโซ่พอลิเมอร์ทำให้พวกเขารวมและส่งผลให้ความหนืดลดลง

3. ความหนืดกับความเข้มข้น: การสังเกตการทดลอง

แนวโน้มทั่วไปที่สังเกตได้ในการทดลองคือความหนืดของสารละลายน้ำ HPMC เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของพอลิเมอร์ ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและความเข้มข้นสามารถอธิบายได้โดยสมการเชิงประจักษ์ต่อไปนี้ซึ่งมักใช้สำหรับการแก้ปัญหาพอลิเมอร์เข้มข้น:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

ที่ไหน:

η \ etaηเป็นความหนืด

CCC คือความเข้มข้นของ HPMC

AAA และ NNN เป็นค่าคงที่เชิงประจักษ์ที่ขึ้นอยู่กับประเภทเฉพาะของ HPMC และเงื่อนไขของการแก้ปัญหา

สำหรับความเข้มข้นที่ต่ำกว่าความสัมพันธ์เป็นเส้นตรง แต่เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างมากซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการมีปฏิสัมพันธ์ที่เพิ่มขึ้นระหว่างโซ่พอลิเมอร์

4. ความหนืดกับน้ำหนักโมเลกุล

น้ำหนักโมเลกุลของKimacell®HPMCมีบทบาทสำคัญในลักษณะความหนืด พอลิเมอร์ HPMC น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะสร้างสารละลายที่มีความหนืดมากขึ้นที่ความเข้มข้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเกรดน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่า ความหนืดของสารละลายที่ทำจาก HPMC น้ำหนักโมเลกุลสูงสามารถขึ้นไปได้ถึงหลายคำสั่งของขนาดที่สูงกว่าการแก้ปัญหาที่ทำจาก HPMC น้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่า

ตัวอย่างเช่นการแก้ปัญหาของ HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 100,000 Da จะแสดงความหนืดสูงกว่าหนึ่งที่มีน้ำหนักโมเลกุล 50,000 Da ที่ความเข้มข้นเดียวกัน

5. ผลกระทบอุณหภูมิต่อความหนืด

อุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความหนืดของสารละลาย HPMC การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมินำไปสู่การลดลงของความหนืดของสารละลาย นี่เป็นสาเหตุหลักมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโซ่พอลิเมอร์ซึ่งทำให้พวกเขาเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระมากขึ้นลดความต้านทานต่อการไหล ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความหนืดมักจะวัดปริมาณโดยใช้สมการประเภท Arrhenius:

η (t) = η0eeArt \ eta (t) = \ eta_0 e^{\ frac {e_a} {rt}} η (t) = η0 ertea

ที่ไหน:

η (t) \ eta (t) η (t) คือความหนืดที่อุณหภูมิ TTT

η0 \ eta_0η0เป็นปัจจัยก่อนการขยาย (ความหนืดที่อุณหภูมิที่ไม่มีที่สิ้นสุด)

EAE_AEA เป็นพลังงานกระตุ้น

RRR คือค่าคงที่ก๊าซ

TTT เป็นอุณหภูมิสัมบูรณ์

6. พฤติกรรมการไหล

การไหลของสารละลายน้ำ HPMC มักจะอธิบายว่าไม่ใช่นิวตันซึ่งหมายถึงความหนืดของการแก้ปัญหาไม่คงที่ แต่แตกต่างกันไปตามอัตราแรงเฉือนที่ใช้ ในอัตราการเฉือนต่ำโซลูชั่น HPMC มีความหนืดค่อนข้างสูงเนื่องจากการพัวพันของโซ่พอลิเมอร์ อย่างไรก็ตามเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้นความหนืดจะลดลง - ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการทำให้ผอมบางเฉือน

พฤติกรรมการตัดเฉือนนี้เป็นเรื่องปกติของการแก้ปัญหาพอลิเมอร์จำนวนมากรวมถึง HPMC การพึ่งพาอัตราแรงเฉือนของความหนืดสามารถอธิบายได้โดยใช้โมเดลกฎหมายพลังงาน:

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

ที่ไหน:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙คืออัตราแรงเฉือน

KKK เป็นดัชนีความสอดคล้อง

NNN คือดัชนีพฤติกรรมการไหล (ด้วย n <1n <1n <1 สำหรับการทำให้ผอมบาง)

7. ความหนืดของโซลูชั่น HPMC: ตารางสรุป

ด้านล่างนี้เป็นตารางที่สรุปลักษณะความหนืดของสารละลายน้ำ HPMC ภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ :

ลักษณะความหนืดของHPMCสารละลายน้ำได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการรวมถึงความเข้มข้นน้ำหนักโมเลกุลอุณหภูมิและอัตราการเฉือน HPMC เป็นวัสดุที่หลากหลายสูงและคุณสมบัติการไหลของมันสามารถปรับแต่งสำหรับการใช้งานเฉพาะโดยการปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ การทำความเข้าใจกับปัจจัยเหล่านี้ช่วยให้การใช้งานKimacell®HPMCในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ดีที่สุดตั้งแต่ยาไปจนถึงอาหารและเครื่องสำอาง โดยการจัดการกับเงื่อนไขที่ HPMC ถูกละลายผู้ผลิตสามารถบรรลุความหนืดและคุณสมบัติการไหลที่ต้องการสำหรับความต้องการเฉพาะของพวกเขา