Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) є важливим водорозчинним полімером, який широко використовується у фармацевтиці, харчових продуктах, покриттях, будівельних матеріалах та інших галузях. В’язкість розчину HPMC є ключовим фактором, що впливає на його ефективність і застосування, а температура має значний вплив на в’язкість водного розчину HPMC.
1. Характеристики в'язкості розчину ГПМЦ
HPMC — це полімерний матеріал із властивостями термооборотного розчинення. Коли HPMC розчиняється у воді, утворений водний розчин демонструє неньютонівські характеристики рідини, тобто в’язкість розчину змінюється зі змінами швидкості зсуву. За нормальної температури розчини HPMC зазвичай поводяться як псевдопластичні рідини, тобто вони мають вищу в’язкість при низьких швидкостях зсуву, і в’язкість зменшується зі збільшенням швидкості зсуву.
2. Вплив температури на в'язкість розчину ГПМЦ
Зміни температури мають два основні механізми впливу на в’язкість водних розчинів ГПМЦ: збільшення теплового руху молекулярних ланцюгів і зміни у взаємодії розчину.
(1) Тепловий рух молекулярних ланцюгів збільшується
Коли температура підвищується, тепловий рух молекулярного ланцюга HPMC збільшується, що спричиняє послаблення водневих зв’язків і ван-дер-ваальсових сил між молекулами та збільшення плинності розчину. В'язкість розчину зменшується завдяки зменшенню заплутування та фізичного зшивання між молекулярними ланцюгами. Таким чином, водні розчини HPMC виявляють меншу в'язкість при вищих температурах.
(2) Зміни у взаємодії розчину
Зміни температури можуть впливати на розчинність молекул HPMC у воді. HPMC — це полімер із властивостями термогелеутворення, і його розчинність у воді значно змінюється з температурою. При більш низьких температурах гідрофільні групи молекулярного ланцюга HPMC утворюють стабільні водневі зв’язки з молекулами води, завдяки чому зберігається хороша розчинність і висока в’язкість. Однак, коли температура підвищується до певного рівня, гідрофобна взаємодія між молекулярними ланцюгами HPMC посилюється, що призводить до утворення тривимірної сітчастої структури або гелеутворення в розчині, спричиняючи раптове збільшення в’язкості розчину за певних умов. Це явище називається феноменом «теплового гелю».
3. Експериментальне спостереження температури за в'язкістю розчину HPMC
Експериментальні дослідження показали, що в звичайному температурному діапазоні (наприклад, від 20 °C до 40 °C) в'язкість водних розчинів HPMC поступово зменшується з підвищенням температури. Це тому, що більш високі температури збільшують кінетичну енергію молекулярних ланцюгів і зменшують міжмолекулярні взаємодії, тим самим зменшуючи внутрішнє тертя розчину. Однак, коли температура продовжує зростати до точки термічного гелю ГПМЦ (зазвичай між 60°C і 90°C, залежно від ступеня заміщення та молекулярної маси ГПМЦ), в’язкість розчину раптово зростає. Виникнення цього явища пов'язане із взаємним переплітанням і агрегацією молекулярних ланцюгів ГПМЦ.
4. Зв’язок між температурою та структурними параметрами ГПМЦ
На в’язкість розчину HPMC впливає не лише температура, але й тісно пов’язана з його молекулярною структурою. Наприклад, ступінь заміщення (тобто вміст гідроксипропілових і метильних замісників) і молекулярна маса HPMC мають значний вплив на його поведінку термічного гелю. ГПМЦ з високим ступенем заміщення зберігає нижчу в'язкість у ширшому діапазоні температур завдяки своїм більш гідрофільним групам, тоді як ГПМЦ з низьким ступенем заміщення більш імовірно утворює термічні гелі. Крім того, розчини HPMC з більш високою молекулярною масою мають більшу ймовірність збільшення в’язкості при високих температурах.
5. Промислове та практичне застосування
У практичних застосуваннях відповідні різновиди HPMC необхідно вибирати відповідно до конкретних температурних умов. Наприклад, у високотемпературних середовищах необхідно вибирати HPMC з вищою термостійкістю, щоб уникнути термічного гелеутворення. За умов низьких температур необхідно враховувати розчинність і стабільність в’язкості HPMC.
Вплив температури на в'язкість водного розчину ГПМЦ має важливе практичне значення. У фармацевтичній галузі HPMC часто використовується як матеріал із пролонгованим вивільненням для фармацевтичних препаратів, і його характеристики в’язкості безпосередньо впливають на швидкість вивільнення ліків. У харчовій промисловості HPMC використовується для покращення текстури та стабільності продуктів, і температурну залежність в’язкості його розчину потрібно регулювати відповідно до температури обробки. У будівельних матеріалах HPMC використовується як загущувач і водоутримувальний агент, а його характеристики в’язкості впливають на характеристики конструкції та міцність матеріалу.
Вплив температури на в’язкість водного розчину ГПМЦ – це складний процес, що включає тепловий рух молекулярного ланцюга, взаємодію розчину та структурні властивості полімеру. Загалом, в’язкість водних розчинів ГПМЦ зазвичай зменшується з підвищенням температури, але в певних температурних діапазонах може відбуватися термогелеутворення. Розуміння цієї характеристики має важливе керівне значення для практичного застосування та оптимізації процесу HPMC.
Час публікації: 10 липня 2024 р