Hydroksypropylmetylcellulose (HPMC) er et viktig celluloseeterderivat som har blitt mye brukt i mange industrielle felt på grunn av dets unike fysiske og kjemiske egenskaper. Viskositetsegenskapene er en av de viktigste egenskapene til HPMC, som direkte påvirker ytelsen i ulike applikasjoner.
1. Grunnleggende egenskaper ved HPMC
HPMC er en ikke-ionisk celluloseeter oppnådd ved å erstatte deler av hydroksylgruppene (–OH) i cellulosemolekylet med metoksygrupper (–OCH3) og hydroksypropylgrupper (–OCH2CH(OH)CH3). Den har god løselighet i vann og noen organiske løsningsmidler, og danner transparente kolloidale løsninger. Viskositeten til HPMC bestemmes hovedsakelig av dens molekylvekt, substitusjonsgrad (DS, Substitusjonsgrad) og substituentfordeling.
2. Bestemmelse av viskositeten til HPMC
Viskositeten til HPMC-løsninger måles vanligvis ved hjelp av et rotasjonsviskosimeter eller et kapillærviskosimeter. Ved måling må det tas hensyn til konsentrasjonen, temperaturen og skjærhastigheten til løsningen, da disse faktorene kan påvirke viskositetsverdien betydelig.
Løsningskonsentrasjon: Viskositeten til HPMC øker med økningen i løsningskonsentrasjonen. Når konsentrasjonen av HPMC-løsning er lavere, er interaksjonen mellom molekylene svakere og viskositeten lavere. Når konsentrasjonen øker, øker sammenfiltringen og interaksjonen mellom molekyler, noe som forårsaker en betydelig økning i viskositeten.
Temperatur: Viskositeten til HPMC-løsninger er svært følsom for temperatur. Generelt, når temperaturen øker, vil viskositeten til HPMC-løsningen reduseres. Dette skyldes økt temperatur som fører til økt molekylær bevegelse og svekkede intermolekylære interaksjoner. Det skal bemerkes at HPMC med ulik grad av substitusjon og molekylvekt har ulik temperaturfølsomhet.
Skjærhastighet: HPMC-løsninger viser pseudoplastisk (skjærfortynnende) oppførsel, dvs. viskositeten er høyere ved lave skjærhastigheter og avtar ved høye skjærhastigheter. Denne oppførselen skyldes skjærkrefter som justerer molekylkjeder langs skjærretningen, og dermed reduserer sammenfiltringer og interaksjoner mellom molekyler.
3. Faktorer som påvirker HPMC-viskositeten
Molekylvekt: Molekylvekten til HPMC er en av nøkkelfaktorene som bestemmer viskositeten. Generelt sett, jo større molekylvekt, jo høyere er viskositeten til løsningen. Dette er fordi HPMC-molekyler med høy molekylvekt er mer sannsynlig å danne sammenfiltrede nettverk, og dermed øke den interne friksjonen til løsningen.
Substitusjonsgrad og substituentfordeling: Antallet og fordelingen av metoksy- og hydroksypropylsubstituenter i HPMC påvirker også viskositeten. Generelt, jo høyere grad av metoksysubstitusjon (DS), jo lavere er viskositeten til HPMC, fordi innføring av metoksysubstituenter vil redusere hydrogenbindingskraften mellom molekyler. Innføringen av hydroksypropylsubstituenter vil øke intermolekylære interaksjoner, og dermed øke viskositeten. I tillegg bidrar den jevne fordelingen av substituenter til å danne et stabilt løsningssystem og øke viskositeten til løsningen.
pH-verdi av løsningen: Selv om HPMC er en ikke-ionisk polymer og dens viskositet ikke er følsom for endringer i pH-verdien til løsningen, kan ekstreme pH-verdier (svært sure eller svært alkaliske) forårsake nedbrytning av molekylstrukturen til HPMC, og dermed påvirke viskositeten.
4. Bruksområder for HPMC
På grunn av sine utmerkede viskositetsegenskaper, er HPMC mye brukt på mange felt:
Byggematerialer: I byggematerialer brukes HPMC som fortykningsmiddel og vannholdende middel for å forbedre konstruksjonsytelsen og øke motstanden mot sprekker.
Farmasøytisk industri: I den farmasøytiske industrien brukes HPMC som bindemiddel for tabletter, filmdannende middel for kapsler og bærer for medikamenter med forsinket frigivelse.
Næringsmiddelindustri: HPMC brukes som fortykningsmiddel og stabilisator i næringsmiddelindustrien for produksjon av iskrem, gelé og meieriprodukter.
Daglige kjemiske produkter: I daglige kjemiske produkter brukes HPMC som fortykningsmiddel og stabilisator for produksjon av sjampo, dusjsåpe, tannkrem m.m.
Viskositetsegenskapene til HPMC er grunnlaget for dens utmerkede ytelse i ulike bruksområder. Ved å kontrollere molekylvekten, substitusjonsgraden og løsningsforholdene til HPMC, kan dens viskositet justeres for å møte ulike bruksbehov. I fremtiden vil dyptgående forskning på forholdet mellom HPMC molekylstruktur og viskositet bidra til å utvikle HPMC-produkter med bedre ytelse og ytterligere utvide bruksområder.
Innleggstid: 20. juli-2024