Характеристики в'язкості гідроксипропіл метилцелюлози (HPMC) водного розчину

Гідроксипропіл метилцелюлоза (HPMC)є широко використовуваним водорозчинним полімером з різноманітними застосуваннями, особливо у фармацевтичних препаратах, продуктах харчування та косметичних продуктів. Його здатність утворювати густі, гелеподібні розчини при змішуванні з водою робить його універсальним інгредієнтом. В'язкість рішень Kimacell®HPMC відіграє вирішальну роль у визначенні їх ефективності в різних рецептурах. Розуміння характеристик в'язкості водних розчинів HPMC є важливим для оптимізації їх використання в різних галузях.

1. Вступ до гідроксипропіл метилцелюлози (HPMC)

Гідроксипропіл метилцелюлоза-це напівсинтетична похідна целюлози. Він виробляється за допомогою заміщення целюлози гідроксипропілами та метильними групами. Співвідношення цих замін може змінюватися, що призводить до різних сортів HPMC з чіткими характеристиками, включаючи в'язкість. Типова структура HPMC складається з целюлозної основи з гідроксипропілами та метильними групами, прикріпленими до одиниць глюкози.

HPMC використовується в різних галузях промисловості завдяки своїй біосумісності, здатності утворювати гелі та простоту розчинності у воді. У водних розчинах HPMC поводиться як неіонний, водорозчинний полімер, який суттєво впливає на реологічні властивості розчину, зокрема в'язкість.

2. Характеристики в'язкості розчинів HPMC

На в'язкість розчинів HPMC впливає кілька факторів, включаючи концентрацію HPMC, молекулярну масу полімеру, температуру та наявність солей або інших розчинних розчин. Нижче наведені основні фактори, які регулюють характеристики в'язкості HPMC у водних розчинах:

Концентрація HPMC: В'язкість збільшується зі збільшенням концентрації HPMC. При більш високих концентраціях молекули HPMC значно взаємодіють між собою, що призводить до більшої стійкості до потоку.

Молекулярна маса HPMC: В'язкість розчинів HPMC сильно корелює з молекулярною масою полімеру. Вища молекулярна маса HPMC, як правило, виробляє більше в'язких розчинів. Це пояснюється тим, що більші полімерні молекули створюють більш значну стійкість до потоку через їх збільшення заплутування та тертя.

Температура: В'язкість зазвичай зменшується зі збільшенням температури. Це пояснюється тим, що більш високі температури призводять до зниження міжмолекулярних сил між молекулами HPMC, тим самим знижуючи їх здатність протистояти потоку.

Швидкість зсуву: В'язкість розчинів HPMC залежить від швидкості зсуву, особливо у ненаутонівських рідин, що є типовим для полімерних розчинів. При низьких швидкостях зсуву розчини HPMC демонструють високу в'язкість, тоді як при високих швидкостях зсуву в'язкість зменшується через поведінку зсуву.

Вплив іонної сили: Наявність електролітів (таких як солі) у розчині може змінити в'язкість. Деякі солі можуть перевіряти відштовхувальні сили між полімерними ланцюгами, внаслідок чого вони агрегують і призводять до зменшення в'язкості.

3. В'язкість проти концентрації: експериментальні спостереження

Загальна тенденція, що спостерігається в експериментах, полягає в тому, що в'язкість водних розчинів HPMC збільшується експоненціально зі збільшенням концентрації полімеру. Зв'язок між в'язкістю та концентрацією може бути описаний наступним емпіричним рівнянням, яке часто використовується для концентрованих полімерних розчинів:

η = acn \ eta = ac^nη = acn

Де:

η \ etaη - в'язкість

CCC - концентрація HPMC

AAA та NNN - це емпіричні константи, які залежать від специфічного типу HPMC та умов розчину.

Для менших концентрацій взаємозв'язок є лінійним, але в міру збільшення концентрації в'язкість круто зростає, що відображає збільшення взаємодії між полімерними ланцюгами.

4. В'язкість проти молекулярної маси

Молекулярна маса Kimacell®HPMC відіграє вирішальну роль у його характеристиках в'язкості. Вища молекулярна маса HPMC Полімери, як правило, утворюють більше в'язких розчинів у нижчих концентраціях порівняно з нижчими оцінками молекулярної маси. В'язкість розчинів, виготовлених з високомолекулярної HPMC, може бути на кілька порядків вище, ніж у розчинів, виготовлених з HPMC з нижньою молекулярною вагою.

Наприклад, розчин HPMC з молекулярною масою 100 000 DA виявлятиме більшу в'язкість, ніж один з молекулярною масою 50 000 DA в тій же концентрації.

5. Температурний вплив на в'язкість

Температура суттєво впливає на в'язкість розчинів HPMC. Збільшення температури призводить до зменшення в'язкості розчину. Це насамперед пов'язане з тепловим рухом полімерних ланцюгів, що призводить до того, що вони вільніше рухаються, зменшуючи їх стійкість до потоку. Вплив температури на в'язкість часто кількісно визначається за допомогою рівняння типу Арренія:

η (t) = η0eeAt

Де:

η (t) \ eta (t) η (t) - в'язкість при температурі ttt

η0 \ eta_0η0-це попередній експоненціальний фактор (в'язкість при нескінченній температурі)

EAE_AEA - енергія активації

RRR - це константа газу

TTT - абсолютна температура

6. Реологічна поведінка

Реологія водних розчинів HPMC часто описується як ненотонська, тобто в'язкість розчину не є постійною, але залежить від застосованої швидкості зсуву. При низьких швидкостях зсуву розчини HPMC демонструють відносно високу в'язкість через заплутування полімерних ланцюгів. Однак у міру збільшення швидкості зсуву зменшується в'язкість - явище, відоме як стоншення зсуву.

Ця поведінка зсуву є типовою для багатьох полімерних рішень, включаючи HPMC. Залежність від зсуву в'язкості може бути описана за допомогою моделі влади:

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

Де:

γ˙ \ dot {\ gamma} γ˙ - швидкість зсуву

KKK - індекс послідовності

nnn - індекс поведінки потоку (з n <1n <1n <1 для витончення зсуву)

7. В'язкість рішень HPMC: підсумкова таблиця

Нижче наведено таблицю, що підсумовує характеристики в'язкості водних розчинів HPMC в різних умовах:

Характеристики в'язкостіHPMCВодні розчини впливають на кілька факторів, включаючи концентрацію, молекулярну вагу, температуру та швидкість зсуву. HPMC - це дуже універсальний матеріал, і його реологічні властивості можуть бути розроблені для конкретних застосувань, коригуючи ці параметри. Розуміння цих факторів дозволяє оптимальне використання Kimacell®HPMC в різних галузях, від фармацевтичних препаратів до їжі та косметики. Маніпулюючи умовами, за яких HPMC розчиняється, виробники можуть досягти бажаних властивостей в'язкості та потоку для своїх конкретних потреб.