Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je vodotesný polymér bežne používaný v priemysle, medicíne a potravinách. Jednou z hlavných funkcií HPMC v rôznych produktoch je prispôsobenie viskozity, ktorá sa dosahuje vlastnou molekulárnou štruktúrou a interakciou s rozpúšťadlami (zvyčajne vodou).
1. Molekulárna štruktúra HPMC a jej účinok na viskozitu
HPMC pozostáva z chrbtice celulózy s metoxy a hydroxypropylové substituenty. Jeho celulózové reťazce nesú veľké množstvo hydroxylových skupín (-OH), ktoré môžu tvoriť vodíkové väzby s molekulami vody, čím zvyšujú viskozitu roztoku. Hydroxypropyl a metoxy substituenty v molekule HPMC tiež ovplyvňujú jeho afinitu a rozpustnosť s vodou. Vo vode môže molekulárny reťazec HPMC rozvíjať a absorbovať veľké množstvo vody, čím sa zvyšuje viskozita roztoku.
Rôzne typy HPMC vykazujú rôzne charakteristiky viskozity v dôsledku ich rôznych stupňov metoxy a hydroxypropylovej substitúcie. Všeobecne povedané, HPMC s vyšším stupňom hydroxypropylovej substitúcie má silnejšiu schopnosť zvyšujúcu viskozitu, zatiaľ čo HPMC s vysokým obsahom metoxy sa líši v rýchlosti rozpúšťania a citlivosti na teplotu. Preto má molekulárna štruktúra HPMC priamy vplyv na jeho účinok zvyšujúci viskozitu.
2. Charakteristiky rozpúšťania a viskozita HPMC
HPMC má dobrú rozpustnosť vo vode, čo jej umožňuje výrazne zvýšiť viskozitu vo vodných roztokoch. Vo vode molekulárne reťazce HPMC absorbujú vodu a tvoria rozšírenú štruktúru siete, čo vedie k zníženiu plynulosti roztoku a zvýšeniu viskozity. Tento proces rozpustenia je krok za krokom a teplota a pH majú na ňu významný vplyv. Všeobecne sa HPMC rozpúšťa rýchlejšie pri nízkych teplotách, ale jej viskozita sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Čím vyššia je teplota rozpustenia v určitom rozsahu, tým väčšia je viskozita roztoku.
Rozpustnosť HPMC súvisí aj s hodnotou pH média. V neutrálnom až slabo alkalickom rozsahu sa HPMC rozpúšťa lepšie a zvyšuje viskozitu; Zatiaľ čo za silných kyslých alebo alkalických podmienok sú rozpustnosť a viskozita HPMC inhibované. Preto v rôznych produktoch musí schopnosť úpravy viskozity HPMC zohľadniť hodnotu pH média.
3. Účinok koncentrácie HPMC na viskozitu
Koncentrácia HPMC je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich viskozitu. Keď sa koncentrácia HPMC zvyšuje, sieť molekulárneho reťazca vytvorená v roztoku sa stáva hustejšou a viskozita sa výrazne zvyšuje. Pri nízkych koncentráciách je interakcia medzi molekulárnymi reťazcami HPMC slabá a viskozita roztoku sa príliš nemení. Keď však koncentrácia HPMC dosiahne určitú úroveň, zosieťovanie a zapletenie medzi molekulárnymi reťazcami spôsobia exponenciálne zvýšenie viskozity.
Experimenty ukazujú, že keď je koncentrácia HPMC v určitom rozsahu, jeho viskozita sa zvýši priamy úmer k koncentrácii. Ak je však koncentrácia príliš vysoká, reologické vlastnosti roztoku sa zmenia, vykazujú pseudoplasticitu alebo tixotropiu a viskozita klesá so zvýšením šmykovej rýchlosti. Preto v praktických aplikáciách musí byť množstvo pridaných HPMC primerane kontrolované podľa konkrétnych potrieb, aby sa dosiahla ideálna viskozita.
4. Vplyv molekulovej hmotnosti na viskozitu
Molekulová hmotnosť HPMC je tiež dôležitým faktorom pri určovaní jeho viskozity. Všeobecne platí, že čím väčšia je molekulová hmotnosť HPMC, tým vyššia je viskozita jeho roztoku. Dôvodom je skutočnosť, že HPMC s veľkou molekulovou hmotnosťou môže tvoriť dlhšie molekulárne reťazce a zložitejšie sieťové štruktúry, čím bráni plynulosti roztoku a zvyšuje viskozitu. Preto sa HPMC s rôznymi molekulárnymi hmotnosťami môže použiť na úpravu požiadaviek na viskozitu rôznych produktov.
V niektorých aplikáciách môže výber HPMC s vyššou molekulovou hmotnosťou významne zlepšiť konzistenciu produktu, napríklad zahusťovadlo v stavebných materiáloch; Zatiaľ čo v iných aplikáciách, ako je napríklad farmaceutické pole, bude možno potrebné zvoliť HPMC s nízkou molekulovou hmotnosťou HPMC, aby sa upravila rýchlosť uvoľňovania liečiva alebo zlepšila chuť.
5. Vplyv teploty na viskozitu roztoku HPMC
Viskozita HPMC sa významne mení s teplotou. Všeobecne povedané, viskozita roztoku HPMC klesá pri vyšších teplotách. Je to preto, že vysoká teplota ničí vodíkové väzby medzi molekulami HPMC a znižuje stupeň zapletenia molekulárnych reťazcov, čím znižuje viskozitu roztoku. V niektorých osobitných prípadoch sa však viskozita HPMC môže zvýšiť v určitom teplotnom rozsahu, ktorý úzko súvisí s jeho molekulárnou štruktúrou a prostredím roztoku.
Pri nízkych teplotách je viskozita roztoku HPMC vysoká a pohyb molekulárnych reťazcov je obmedzený. Táto vlastnosť ju robí dobre v aplikáciách, kde je potrebné zvýšiť viskozita produktu pri nízkych teplotách.
6. Vplyv šmykovej rýchlosti na viskozitu HPMC
Roztoky HPMC zvyčajne vykazujú charakteristiky riedenia šmyku, to znamená, že viskozita klesá so zvyšujúcou sa šmykovou rýchlosťou. Pri nízkych šmykových rýchlostiach je sieťová štruktúra molekulárneho reťazca HPMC relatívne úplná, čo brzdí plynulosť roztoku, čím vykazuje vyššiu viskozitu. Pri vysokých šmykových rýchlostiach sa však zničí zapletenie a zosieťovanie molekulárnych reťazcov a viskozita sa znižuje. Táto nehnuteľnosť sa široko používa v odvetviach, ako sú stavebné materiály, farby a povlaky, a môže zlepšiť prevádzku výrobkov počas výstavby.
7. Vplyv vonkajších prísad
V mnohých aplikáciách sa HPMC často používa spolu s inými prísadami. Rôzne typy prísad, ako sú soli, povrchovo aktívne látky a iné polyméry, ovplyvnia viskozitu HPMC. Napríklad niektoré prídavky soli môžu znížiť viskozitu roztokov HPMC, pretože soľné ióny interferujú s interakciou medzi molekulárnymi reťazcami HPMC a zničia vytvorenú sieť vodíkovej väzby. Niektoré zahusťovače môžu synergicky pracovať s HPMC, aby sa zvýšila celková viskozita roztoku.
Ako široko používaný zahusťovadlo sa HPMC účinku na viskozita produktu dosahuje hlavne prostredníctvom kombinovaných účinkov jeho molekulárnej štruktúry, koncentrácie, molekulovej hmotnosti, charakteristík rozpustnosti a vonkajších faktorov, ako sú teplota, šmyková rýchlosť a prísady. Primeranou úpravou týchto parametrov HPMC je možné dosiahnuť presnú kontrolu viskozity produktu, aby vyhovovalo potrebám rôznych polí aplikácie.
Čas príspevku: február-17-2025