Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC) ir ūdens šķīstošs polimērs, ko parasti izmanto rūpniecībā, medicīnā un pārtikā. Viena no galvenajām HPMC funkcijām dažādos produktos ir pielāgot viskozitāti, kas tiek sasniegta, izmantojot savas molekulāro struktūru un mijiedarbību ar šķīdinātājiem (parasti ūdeni).
1. HPMC molekulārā struktūra un tā ietekme uz viskozitāti
HPMC sastāv no celulozes mugurkaula ar metoksi un hidroksipropila aizvietotājiem. Tās celulozes ķēdēm ir liels skaits hidroksilgrupu (-OH), kas var veidot ūdeņraža saites ar ūdens molekulām, tādējādi uzlabojot šķīduma viskozitāti. Arī hidroksipropila un metoksi aizvietotāji HPMC molekulā ietekmē arī tā afinitāti un šķīdību ar ūdeni. Ūdenī HPMC molekulārā ķēde var izvērsties un absorbēt lielu daudzumu ūdens, tādējādi palielinot šķīduma viskozitāti.
Dažādi HPMC veidi parādīs atšķirīgas viskozitātes īpašības, pateicoties to atšķirīgajai metoksi un hidroksipropiltera aizvietošanai. Vispārīgi runājot, HPMC ar augstāku hidroksipropila aizvietošanas pakāpi ir spēcīgāka viskozitātes palielināšanas spēja, savukārt HPMC ar augstu metoksi saturu atšķiras izšķīšanas ātrumā un temperatūrā. Tāpēc HPMC molekulārajai struktūrai ir tieša ietekme uz tā viskozitātes palielinošo efektu.
2. HPMC izšķīšanas īpašības un viskozitāte
HPMC ir laba šķīdība ūdenī, kas ļauj tam ievērojami palielināt viskozitāti ūdens šķīdumos. Ūdenī HPMC molekulārās ķēdes absorbē ūdeni un veido paplašinātu tīkla struktūru, kā rezultātā samazinās šķīduma plūstamība un viskozitātes palielināšanās. Šis izšķīdināšanas process ir soli pa solim, un temperatūra un pH to ievērojami ietekmē. Parasti HPMC ātrāk izšķīst zemā temperatūrā, bet tā viskozitāte palielinās, paaugstinoties temperatūrai. Tāpēc, jo augstāka izšķīšanas temperatūra noteiktā diapazonā, jo lielāka ir šķīduma viskozitāte.
HPMC šķīdība ir saistīta arī ar barotnes pH vērtību. Neitrālā vai vāji sārmainā diapazonā HPMC labāk izšķīst un palielina viskozitāti; Kaut arī spēcīgi skābi vai sārmaini apstākļos tiek kavēta HPMC šķīdība un viskozitāte. Tāpēc dažādos produktos HPMC viskozitātes pielāgošanas spējai jāņem vērā arī barotnes pH vērtība.
3. HPMC koncentrācijas ietekme uz viskozitāti
HPMC koncentrācija ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē viskozitāti. Palielinoties HPMC koncentrācijai, šķīdumā veidotais molekulārās ķēdes tīkls kļūst blīvāks un viskozitāte ievērojami palielinās. Zemā koncentrācijā mijiedarbība starp HPMC molekulārajām ķēdēm ir vāja, un šķīduma viskozitāte daudz nemaina. Tomēr, kad HPMC koncentrācija sasniedz noteiktu līmeni, šķērssavienojums un sapīšanās starp molekulārajām ķēdēm izraisīs viskozitātes eksponenciāli palielināšanos.
Eksperimenti parāda, ka tad, kad HPMC koncentrācija ir noteiktā diapazonā, tā viskozitāte palielinās tiešā proporcijā ar koncentrāciju. Tomēr, kad koncentrācija ir pārāk augsta, mainīsies šķīduma reoloģiskās īpašības, parādot pseidoplastiskumu vai tiksotropiju, un viskozitāte samazinās, palielinoties bīdes ātrumam. Tāpēc praktiskos lietojumos pievienotā HPMC daudzums ir pamatoti jākontrolē atbilstoši īpašām vajadzībām, lai sasniegtu ideālu viskozitāti.
4. Molekulmasas ietekme uz viskozitāti
HPMC molekulmasa ir arī svarīgs faktors, lai noteiktu tā viskozitāti. Parasti, jo lielāka ir HPMC molekulmasa, jo lielāka ir tā šķīduma viskozitāte. Tas notiek tāpēc, ka HPMC ar lielu molekulmasu var veidot garākas molekulārās ķēdes un sarežģītākas tīkla struktūras, tādējādi kavējot šķīduma plūstamību un palielinot viskozitāti. Tāpēc HPMC ar dažādu molekulmasu var izmantot, lai pielāgotu dažādu produktu viskozitātes prasības.
Dažos lietojumos, izvēloties augstāku molekulmasu HPMC, var ievērojami uzlabot produkta konsistenci, piemēram, būvmateriālu biezinātāju; Lai arī citos lietojumos, piemēram, farmaceitiskajā laukā, var būt jāizvēlas zemas molekulmasas HPMC, lai pielāgotu zāļu izdalīšanās ātrumu vai uzlabotu garšu.
5. Temperatūras ietekme uz HPMC šķīduma viskozitāti
HPMC viskozitāte ievērojami mainās ar temperatūru. Vispārīgi runājot, HPMC šķīduma viskozitāte samazinās augstākā temperatūrā. Tas notiek tāpēc, ka augsta temperatūra iznīcina ūdeņraža saites starp HPMC molekulām un samazina molekulāro ķēžu sapīšanās pakāpi, tādējādi samazinot šķīduma viskozitāti. Tomēr dažos īpašos gadījumos HPMC viskozitāte var palielināties noteiktā temperatūras diapazonā, kas ir cieši saistīts ar tā molekulāro struktūru un šķīduma vidi.
Zemā temperatūrā HPMC šķīduma viskozitāte ir augsta, un molekulāro ķēžu kustība ir ierobežota. Šis īpašums ļauj to labi darboties lietojumprogrammās, kur ir jāpalielina produkta viskozitāte zemā temperatūrā.
6. Bīdes ātruma ietekme uz HPMC viskozitāti
HPMC risinājumiem parasti ir bīdes retināšanas īpašības, tas ir, viskozitāte samazinās, palielinoties bīdes ātrumam. Pēc zema bīdes ātruma HPMC molekulārās ķēdes tīkla struktūra ir samērā pilnīga, kas kavē šķīduma plūstamību, tādējādi uzrādot augstāku viskozitāti. Tomēr ar lielu bīdes ātrumu tiek iznīcināta molekulāro ķēžu sapīšana un savstarpēja saistīšana, un viskozitāte samazinās. Šis īpašums tiek plaši izmantots tādās nozarēs kā celtniecības materiāli, krāsas un pārklājumi, un tas var uzlabot produktu darbību būvniecības laikā.
7. Ārējo piedevu ietekme
Daudzās lietojumprogrammās HPMC bieži izmanto kopā ar citām piedevām. Dažādi piedevu veidi, piemēram, sāļi, virsmaktīvās vielas un citi polimēri, ietekmēs HPMC viskozitāti. Piemēram, dažas sāls piedevas var samazināt HPMC šķīdumu viskozitāti, jo sāls joni traucē mijiedarbību starp HPMC molekulārajām ķēdēm un iznīcināt izveidoto ūdeņraža saites tīklu. Daži sabiezētāji var strādāt sinerģiski ar HPMC, lai palielinātu šķīduma vispārējo viskozitāti.
Kā plaši izmantots biezinātājs, HPMC ietekme uz produkta viskozitāti galvenokārt tiek sasniegta, izmantojot tās molekulārās struktūras, koncentrācijas, molekulmasas, šķīdības īpašību un ārējo faktoru, piemēram, temperatūras, bīdes ātruma un piedevu, kombinēto iedarbību. Pamatoti pielāgojot šos HPMC parametrus, var sasniegt precīzu produkta viskozitātes kontroli, lai apmierinātu dažādu lietojumprogrammu jomu vajadzības.
Pasta laiks: Feb-17-2025