Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je prírodný polymérny materiál bežne používaný v potravinách, medicíne, kozmetike a iných oblastiach. Jeho viskozita je dôležitým ukazovateľom ovplyvňujúcim jeho výkon, ktorý zvyčajne úzko súvisí s faktormi, ako je molekulová hmotnosť HPMC, koncentrácia roztoku, typ rozpúšťadla a teplota.
1. Molekulová hmotnosť
Molekulová hmotnosť HPMC je jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich jeho viskozitu. Všeobecne povedané, čím väčšia je molekulová hmotnosť, tým dlhší je molekulárny reťazec HPMC, tým horšia je plynulosť a čím vyššia viskozita. Je to preto, že štruktúra makromolekulárneho reťazca poskytuje viac intermolekulárnych interakcií, čo vedie k silnejším obmedzeniam plynulosti roztoku. Preto pri rovnakej koncentrácii vykazujú roztoky HPMC s väčšími molekulárnymi hmotnosťami vyššie viskozity.
Zvýšenie molekulovej hmotnosti tiež ovplyvňuje viskoelastické vlastnosti roztoku. Roztoky HPMC s vyššími molekulárnymi hmotnosťami vykazujú silnejšiu viskoelasticitu pri nižších šmykových rýchlostiach, zatiaľ čo pri vyšších šmykových rýchlostiach sa môžu správať ako newtonovské tekutiny. Vďaka tomu má HPMC zložitejšie reologické správanie v rôznych scenároch používania.
2. Koncentrácia roztoku
Koncentrácia roztoku má významný vplyv na viskozitu HPMC. Keď sa koncentrácia HPMC zvyšuje, zvyšuje sa interakcia medzi molekulami v roztoku, čo vedie k zvýšenej odolnosti proti prietoku, a tým zvýšenou viskozitou. Všeobecne povedané, koncentrácia HPMC vykazuje nelineárny rast v určitom rozsahu, to znamená rýchlosť, akou sa viskozita zvyšuje s koncentráciou postupne klesá.
Najmä v roztokoch s vysokou koncentráciou je interakcia medzi molekulárnymi reťazcami silnejšia a môžu sa vyskytnúť sieťové štruktúry alebo žellácia, čo ďalej zvýši viskozitu roztoku. Preto v priemyselných aplikáciách, aby sa dosiahla ideálna kontrola viskozity, je často potrebné upraviť koncentráciu HPMC.
3. Typ rozpúšťadla
Rozpustnosť a viskozita HPMC súvisia aj s použitým typom rozpúšťadla. HPMC zvyčajne používa vodu ako rozpúšťadlo, ale za určitých špecifických podmienok je možné použiť aj iné rozpúšťadlá, ako je etanol a acetón. Voda ako polárne rozpúšťadlo môže v molekulách HPMC silne interagovať s hydroxylovými a metylovými skupinami v molekulách HPMC, aby podporila jeho rozpustenie.
Polarita rozpúšťadla, teplota a interakcia medzi molekulami rozpúšťadla a HPMC ovplyvnia rozpustnosť a viskozitu HPMC. Napríklad, keď sa použije rozpúšťadlo s nízkou polaritou, rozpustnosť HPMC klesá, čo vedie k nižšej viskozite roztoku.
4. Teplota
Vplyv teploty na viskozitu HPMC je tiež veľmi významný. Všeobecne sa viskozita roztoku HPMC znižuje so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že keď sa teplota zvyšuje, molekulárny tepelný pohyb sa zvyšuje, čo vedie k oslabeniu interakčnej sily medzi molekulami, čím sa znižuje viskozita.
V určitých teplotných rozsahoch vykazujú reologické vlastnosti roztoku HPMC zjavnejšie správanie newtonovských tekutín, to znamená, že viskozita nie je ovplyvnená iba šmykovou rýchlosťou, ale tiež významne ovplyvnená zmenami teploty. Preto je v praktických aplikáciách regulovanie zmien teploty jedným z účinných prostriedkov na úpravu viskozity HPMC.
5. Strih rýchlosť
Viskozita roztoku HPMC nie je ovplyvnená iba statickými faktormi, ale aj šmykovou rýchlosťou. HPMC je nenewtonská tekutina a jej viskozita sa mení so zmenou šmykovej rýchlosti. Všeobecne povedané, roztok HPMC vykazuje vyššiu viskozitu pri nízkych šmykových rýchlostiach, zatiaľ čo viskozita významne klesá pri vysokých šmykových rýchlostiach. Tento jav sa nazýva riedenie šmyku.
Účinok šmykovej rýchlosti na viskozitu roztoku HPMC zvyčajne súvisí s tokovým správaním molekulárnych reťazcov. Pri nižších šmykových rýchlostiach majú molekulárne reťazce tendenciu zaplietať sa spolu, čo vedie k vyššej viskozite; Pri vyšších šmykových rýchlostiach je interakcia medzi molekulárnymi reťazcami prerušená a viskozita je relatívne nízka.
6. Hodnota pH
Viskozita HPMC súvisí aj s hodnotou pH roztoku. Molekuly HPMC obsahujú nastaviteľné hydroxypropylové a metylové skupiny a stav náboja týchto skupín je ovplyvnený pH. V určitých rozsahoch pH môžu molekuly HPMC ionizovať alebo formovať gély, čím sa menia viskozitu roztoku.
Všeobecne sa v kyslom alebo alkalickom prostredí môže zmeniť štruktúra HPMC, ktorá ovplyvňuje jej interakciu s molekulami rozpúšťadla a zase ovplyvňuje viskozitu. Pri rôznych hodnotách pH sa môže stabilita a reológia riešení HPMC meniť, takže osobitná pozornosť by sa mala venovať kontrole pH počas používania.
7. Vplyv prísad
Okrem vyššie uvedených faktorov môžu určité prísady, ako sú soli a povrchovo aktívne látky, ovplyvniť aj viskozitu HPMC. Pridanie solí môže často meniť iónovú pevnosť roztoku, čím ovplyvňuje rozpustnosť a viskozitu molekúl HPMC. Povrchovo aktívne látky môžu zmeniť molekulárnu štruktúru HPMC zmenou interakcie medzi molekulami, čím sa zmení viskozita.
Viskozita HPMC je ovplyvnená mnohými faktormi vrátane molekulovej hmotnosti, koncentrácie roztoku, typu rozpúšťadla, teploty, strihovej rýchlosti, hodnoty pH a prísad. Na kontrolu charakteristík viskozity HPMC je potrebné tieto faktory primerane upraviť podľa skutočných požiadaviek na aplikáciu. Pochopením týchto ovplyvňujúcich faktorov možno výkon HPMC optimalizovať v rôznych scenároch výroby a používania, aby sa zabezpečila jeho stabilita a efektívnosť v rôznych aplikáciách.
Čas príspevku: 15. február-2025