Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je derivát celulózy, ktorý sa bežne používa v oblastiach stavebných materiálov, farmaceutických výrobkov, potravín a kozmetiky. Viskozita HPMC je jedným z jej kľúčových ukazovateľov výkonnosti, pretože priamo ovplyvňuje plynulosť, vlastnosti poťahovania, gélové vlastnosti a ďalšie charakteristiky materiálu. Pochopenie faktorov ovplyvňujúcich viskozitu HPMC je preto rozhodujúce pre jeho aplikáciu a návrh produktu v rôznych oblastiach.
1. Účinok molekulovej hmotnosti
Molekulová hmotnosť HPMC má významný vplyv na viskozitu. Čím väčšia je molekulová hmotnosť, tým vyššia je viskozita roztoku. Dôvodom je, že HPMC s veľkou molekulovou hmotnosťou tvorí v roztoku komplexnejšiu štruktúru molekulárneho reťazca, ktorá zvyšuje vnútorné trenie roztoku a vedie k zvýšeniu viskozity. Zároveň veľká molekulová hmotnosť tiež spôsobí silnejšie reologické zmeny v roztoku počas procesu prietoku, čo je veľmi dôležité pre reguláciu výkonu povlakov, lepidiel a iných aplikácií. Experimentálne aj teoretické štúdie ukázali, že viskozita a molekulová hmotnosť HPMC zhruba vykazujú mocenský vzťah, to znamená, že viskozita sa so zvyšovaním molekulovej hmotnosti lineárne nezvyšuje.
2. Vplyv stupňa nahradenia
Stupeň substitúcie hydroxypropylových (-ch3chohch2-) a metyl (-ch3) skupín v HPMC je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim jeho rozpustnosť a viskozitu. Stupeň substitúcie sa týka podielu hydroxylových skupín (-OH) na molekulárnom reťazci HPMC substituovaného hydroxypropyl a metylovými skupinami. Keď sa zvýši stupeň substitúcie hydroxypropylových skupín, interakcia medzi molekulárnymi reťazcami HPMC sa oslabí a molekulárne reťazce sa ľahšie rozšírili vo vodnom roztoku, čím sa zvýši viskozita roztoku; Zatiaľ čo zvýšenie metylových skupín bude mať tendenciu zvyšovať hydrofóbnosť roztoku, čo bude mať za následok zníženie rozpustnosti, čím ovplyvňuje viskozitu. Všeobecne platí, že HPMC s vysokým stupňom substitúcie má vysokú rozpustnosť a viskozitu a môže spĺňať potreby viskozity rôznych polí.
3. Účinok koncentrácie roztoku
Viskozita roztoku HPMC úzko súvisí s jeho koncentráciou. Keď sa koncentrácia roztoku zvyšuje, interakcia medzi molekulami sa výrazne zvyšuje, čo spôsobuje prudké zvýšenie viskozity roztoku. Pri nižších koncentráciách existujú molekuly HPMC vo forme jednotlivých reťazcov a viskozita sa mení pomerne hladko; Keď koncentrácia dosiahne určitú kritickú hodnotu, molekuly HPMC sa navzájom zamotávajú a interagujú, čím sa vytvorí sieťová štruktúra, čo spôsobí rýchle zvýšenie viskozity. Okrem toho zvýšenie koncentrácie roztoku tiež spôsobí, že HPMC vykazuje zhrubnutie šmyku, to znamená, že viskozita sa zvýši pri pôsobení veľkej šmykovej sily.
4. Vplyv typu rozpúšťadla
Typ rozpúšťadla má tiež dôležitý vplyv na rozpustnosť a viskozitu HPMC. HPMC sa môže rozpustiť vo vode a niektorých organických rozpúšťadlách (ako je metanol, etanol, acetón), ale rôzne rozpúšťadlá majú odlišnú rozpustnosť a dispergovateľnosť. Vo vode HPMC zvyčajne existuje vo vyššej forme viskozity, zatiaľ čo v organických rozpúšťadlách vykazuje nižšiu viskozitu. Polarita rozpúšťadla má väčší vplyv na viskozitu HPMC. Rozpúšťadlá s vyššou polaritou (napríklad voda) zvýšia hydratáciu molekúl HPMC, čím sa zvýši viskozita roztoku. Nepolárne rozpúšťadlá nemôžu úplne rozpustiť HPMC, čo spôsobuje, že roztok vykazuje nižšiu viskozitu alebo neúplné rozpustenie. Výber a pomer zmesí rozpúšťadiel navyše významne ovplyvní výkon viskozity HPMC.
5. Vplyv teploty
Teplota je jedným z hlavných environmentálnych faktorov ovplyvňujúcich viskozitu HPMC. Všeobecne platí, že viskozita HPMC sa so zvyšovaním teploty znižuje. Je to preto, že vysoká teplota zničí vodíkové väzby a ďalšie interakcie medzi molekulárnymi reťazcami HPMC, čím sa molekulárne reťazce ľahšie skĺznú, čím sa zníži viskozita roztoku. Pri určitých vysokých teplotách môže HPMC dokonca podstúpiť gélizáciu za vzniku stabilnej štruktúry gélovej siete. Táto tepelná nehnuteľnosť Gelling sa široko používa v stavebných materiáloch a potravinovom priemysle, pretože poskytuje primeranú viskozitu a štrukturálnu podporu. Okrem toho má teplota rôzne účinky na viskozitu HPMC s rôznymi molekulárnymi hmotnosťami a stupňami substitúcie. Všeobecne platí, že HPMC s veľkými molekulárnymi hmotnosťami a vysokými stupňami substitúcie sú citlivejšie na zmeny teploty.
6. Účinok hodnoty pH
Aj keď je HPMC neutrálnym polymérom a vo všeobecnosti je necitlivý na zmeny pH, jeho viskozita môže byť stále ovplyvnená za extrémnych podmienok pH (napríklad v silnom kyslom alebo alkalickom prostredí). Je to preto, že silné kyslé alebo alkalické prostredie zničí molekulárnu štruktúru HPMC a zníži jej stabilitu, čo vedie k zníženiu viskozity. Pre niektoré aplikácie, ako sú farmaceutické prípravky a potravinové prísady, je kontrola pH obzvlášť dôležitá na zabezpečenie toho, aby viskozita HPMC zostala stabilná v príslušnom rozsahu.
7. Účinok iónovej sily
Iónová sila v roztoku tiež ovplyvňuje správanie viskozity HPMC. Prostredie s vysokou iónovou pevnosťou bude chrániť náboje na molekulárnych reťazcoch HPMC, čím sa zníži elektrostatický odpor medzi molekulárnymi reťazcami, čím sa molekuly ľahšie priblížia, čím sa zníži viskozita. Všeobecne platí, že pri príprave vodných roztokov HPMC by sa mala koncentrácia iónov kontrolovať, aby sa zabezpečila stabilná viskozita, ktorá je obzvlášť dôležitá vo farmaceutických a kozmetických formuláciách.
Viskozita HPMC je ovplyvnená mnohými faktormi vrátane molekulovej hmotnosti, stupňa substitúcie, koncentrácie roztoku, typu rozpúšťadla, teploty, hodnoty pH a iónovej sily. Molekulová hmotnosť a stupeň substitúcie určujú hlavne charakteristiky vnútornej viskozity HPMC, zatiaľ čo vonkajšie podmienky, ako je koncentrácia roztoku, typ rozpúšťadla a teplota, ovplyvňujú jeho výkon viskozity počas aplikácie. V praktických aplikáciách je potrebné vybrať vhodné typy HPMC a kontrolné podmienky podľa konkrétnych potrieb, aby sa dosiahol ideálny výkon viskozity. Interakcia týchto faktorov určuje výkonnosť a uplatniteľné oblasti HPMC, ktoré poskytujú teoretickú podporu pre jej širokú aplikáciu v stavebníctve, farmaceutických, potravinách a iných odvetviach.
Čas príspevku: 15. február-2025