La hidroxipropil metilcel·lulosa (HPMC) és un material de polímer natural que s’utilitza habitualment en aliments, medicaments, cosmètics i altres camps. La seva viscositat és un indicador important que afecta el seu rendiment, que sol estar estretament relacionat amb factors com el pes molecular de HPMC, concentració de solució, tipus de dissolvent i temperatura.
1. Pes molecular
El pes molecular de HPMC és un dels factors més crítics que afecten la seva viscositat. En general, com més gran sigui el pes molecular, més llarga és la cadena molecular de HPMC, pitjor és la fluïdesa i més gran és la viscositat. Això es deu al fet que l’estructura de la cadena macromolecular proporciona interaccions més intermoleculars, donant lloc a restriccions més fortes a la fluïdesa de la solució. Per tant, a la mateixa concentració, les solucions HPMC amb pesos moleculars més grans solen presentar viscositats més elevades.
L’augment del pes molecular també afecta les propietats viscoelàstiques de la solució. Les solucions de HPMC amb pesos moleculars més alts presenten viscoelàstics més forts a taxes de cisalla més baixes, mentre que a taxes de cisalla més elevades es poden comportar com els líquids newtonians. Això fa que HPMC tingui conductes reològiques més complexes en diferents escenaris d’ús.
2. Concentració de solució
La concentració de la solució té un efecte significatiu en la viscositat de HPMC. A mesura que la concentració de HPMC augmenta, la interacció entre les molècules de la solució augmenta, donant lloc a una major resistència al flux i, per tant, augment de la viscositat. En general, la concentració de HPMC mostra un creixement no lineal dins d’un rang determinat, és a dir, la velocitat a la qual la viscositat augmenta amb la concentració s’alenteix gradualment.
Sobretot en solucions d’alta concentració, la interacció entre les cadenes moleculars és més forta i es poden produir estructures de xarxa o gelació, cosa que augmentarà encara més la viscositat de la solució. Per tant, en aplicacions industrials, per aconseguir un control ideal de viscositat, sovint és necessari ajustar la concentració de HPMC.
3. Tipus de dissolvent
La solubilitat i la viscositat de HPMC també estan relacionades amb el tipus de dissolvent utilitzat. HPMC sol utilitzar l’aigua com a dissolvent, però en determinades condicions específiques, també es poden utilitzar altres dissolvents com l’etanol i l’acetona. L’aigua, com a dissolvent polar, pot interactuar fortament amb els grups hidroxil i metil a les molècules HPMC per promoure la seva dissolució.
La polaritat del dissolvent, la temperatura i la interacció entre el dissolvent i les molècules HPMC afectaran la solubilitat i la viscositat de HPMC. Per exemple, quan s’utilitza un dissolvent de baixa polaritat, la solubilitat de l’HPMC disminueix, donant lloc a una menor viscositat de la solució.
4. Temperatura
L’efecte de la temperatura sobre la viscositat de l’HPMC també és molt significatiu. Generalment, la viscositat de la solució HPMC disminueix amb la temperatura creixent. Això es deu al fet que quan la temperatura augmenta, el moviment tèrmic molecular augmenta, donant lloc a un debilitament de la força d’interacció entre molècules, reduint així la viscositat.
En determinats intervals de temperatura, les propietats reològiques de la solució HPMC mostren un comportament de fluids no newtonià més evident, és a dir, la viscositat no només es veu afectada per la velocitat de cisalla, sinó que també afecta significativament pels canvis de temperatura. Per tant, en aplicacions pràctiques, controlar els canvis de temperatura és un dels mitjans efectius per ajustar la viscositat de HPMC.
5. Tarifa de cisalla
La viscositat de la solució HPMC no només està afectada per factors estàtics, sinó també per la taxa de cisalla. HPMC és un fluid no newtonià i la seva viscositat canvia amb el canvi de velocitat de cisalla. En general, la solució HPMC mostra una viscositat més elevada a baixes taxes de cisalla, mentre que la viscositat disminueix significativament a taxes de cisalla elevades. Aquest fenomen s’anomena aprimament de cisalla.
L’efecte de la velocitat de cisalla sobre la viscositat de la solució HPMC sol estar relacionat amb el comportament de flux de les cadenes moleculars. A les taxes de cisalla més baixes, les cadenes moleculars solen enredar -se, donant lloc a una viscositat més elevada; A taxes de cisalla més altes, la interacció entre les cadenes moleculars es trenca i la viscositat és relativament baixa.
6. Valor de pH
La viscositat de HPMC també està relacionada amb el valor de pH de la solució. Les molècules HPMC contenen grups hidroxipropil i metil regulables, i l'estat de càrrega d'aquests grups està afectat per pH. En determinats intervals de pH, les molècules HPMC poden ionitzar o formar gels, canviant així la viscositat de la solució.
Generalment, en ambients àcids o alcalins, l'estructura de l'HPMC pot canviar, afectant la seva interacció amb molècules de dissolvent i, al seu torn, afectant la viscositat. A diferents valors de pH, l'estabilitat i la reologia de les solucions HPMC també poden variar, de manera que s'ha de prestar una atenció especial al control de pH durant l'ús.
7. Efecte dels additius
A més dels factors anteriors, certs additius com ara sals i tensioactius també poden afectar la viscositat de HPMC. L’addició de sals sovint pot canviar la força iònica de la solució, afectant així la solubilitat i la viscositat de les molècules HPMC. Els tensioactius poden canviar l'estructura molecular de HPMC canviant la interacció entre molècules, canviant així la seva viscositat.
La viscositat de HPMC es veu afectada per molts factors, incloent pes molecular, concentració de solució, tipus de dissolvent, temperatura, velocitat de cisalla, valor de pH i additius. Per tal de controlar les característiques de viscositat de l’HPMC, s’han d’ajustar raonablement aquests factors segons els requisits d’aplicació reals. En comprendre aquests factors influents, el rendiment de HPMC es pot optimitzar en diferents escenaris de producció i ús per assegurar la seva estabilitat i efectivitat en diverses aplicacions.
Posada Posada: 15-2025 de febrer