Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) є важливою похідною ефіру целюлози, яка широко використовується в багатьох галузях промисловості завдяки своїм унікальним фізичним і хімічним властивостям. Його властивості в'язкості є одними з найважливіших властивостей HPMC, які безпосередньо впливають на його продуктивність у різних сферах застосування.
1. Основні властивості ГПМЦ
HPMC — це неіонний ефір целюлози, отриманий шляхом заміни частини гідроксильних груп (–OH) у молекулі целюлози метоксигрупами (–OCH3) і гідроксипропіловими групами (–OCH2CH(OH)CH3). Добре розчиняється у воді та деяких органічних розчинниках, утворюючи прозорі колоїдні розчини. В'язкість HPMC в основному визначається її молекулярною масою, ступенем заміщення (DS, Degree of Substitution) і розподілом замісників.
2. Визначення в'язкості ГПМЦ
В'язкість розчинів HPMC зазвичай вимірюють за допомогою ротаційного віскозиметра або капілярного віскозиметра. Під час вимірювання необхідно звернути увагу на концентрацію, температуру та швидкість зсуву розчину, оскільки ці фактори можуть значно вплинути на значення в'язкості.
Концентрація розчину: в’язкість HPMC зростає зі збільшенням концентрації розчину. Коли концентрація розчину HPMC нижча, взаємодія між молекулами слабшає, а в’язкість нижча. Зі збільшенням концентрації збільшується зв’язування та взаємодія між молекулами, що спричиняє значне збільшення в’язкості.
Температура: в'язкість розчинів HPMC дуже чутлива до температури. Як правило, із підвищенням температури в’язкість розчину HPMC зменшується. Це пов’язано з підвищенням температури, що призводить до збільшення молекулярного руху та послаблення міжмолекулярних взаємодій. Слід зазначити, що ГПМЦ з різним ступенем заміщення і молекулярною масою мають різну чутливість до температури.
Швидкість зсуву: розчини HPMC демонструють псевдопластичну (розрідження при зсуві) поведінку, тобто в’язкість вища при низьких швидкостях зсуву та знижується при високих швидкостях зсуву. Така поведінка зумовлена силами зсуву, які вирівнюють молекулярні ланцюги вздовж напрямку зсуву, тим самим зменшуючи заплутування та взаємодію між молекулами.
3. Фактори, що впливають на в'язкість HPMC
Молекулярна маса: Молекулярна маса HPMC є одним із ключових факторів, що визначають її в'язкість. Взагалі кажучи, чим більша молекулярна маса, тим вища в’язкість розчину. Це пов’язано з тим, що молекули HPMC з високою молекулярною масою більш імовірно утворюють заплутані мережі, тим самим збільшуючи внутрішнє тертя розчину.
Ступінь заміщення та розподіл замісників: кількість та розподіл метокси та гідроксипропілових замісників у HPMC також впливають на його в'язкість. Як правило, чим вищий ступінь метоксизаміщення (DS), тим нижча в'язкість HPMC, оскільки введення метоксизамісників зменшить силу водневого зв'язку між молекулами. Введення гідроксипропілових замісників збільшить міжмолекулярні взаємодії, тим самим збільшуючи в'язкість. Крім того, рівномірний розподіл замісників сприяє утворенню стабільної розчинної системи та підвищенню в'язкості розчину.
Значення рН розчину: хоча HPMC є неіонним полімером і його в'язкість не чутлива до змін значення рН розчину, екстремальні значення рН (дуже кислі або дуже лужні) можуть спричинити деградацію молекулярної структури розчину. HPMC, таким чином впливаючи на в'язкість.
4. Області застосування HPMC
Завдяки чудовим характеристикам в'язкості HPMC широко використовується в багатьох сферах:
Будівельні матеріали: у будівельних матеріалах HPMC використовується як загусник і водоутримуючий агент для покращення будівельних характеристик і підвищення стійкості до тріщин.
Фармацевтична промисловість: у фармацевтичній промисловості HPMC використовується як сполучна речовина для таблеток, плівкоутворювач для капсул і носій для препаратів із уповільненим вивільненням.
Харчова промисловість: HPMC використовується як загусник і стабілізатор в харчовій промисловості для виробництва морозива, желе і молочних продуктів.
Щоденні хімічні продукти: у щоденних хімічних продуктах HPMC використовується як загусник і стабілізатор для виробництва шампуню, гелю для душу, зубної пасти тощо.
Характеристики в'язкості HPMC є основою для його відмінних характеристик у різних сферах застосування. Контролюючи молекулярну масу, ступінь заміщення та умови розчинення HPMC, його в’язкість можна регулювати відповідно до потреб різних застосувань. У майбутньому поглиблені дослідження взаємозв’язку між молекулярною структурою HPMC і в’язкістю допоможуть розробити продукти HPMC з кращими характеристиками та розширити сфери їх застосування.
Час публікації: 20 липня 2024 р