Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) er et vigtigt celluloseetherderivat, der er blevet meget brugt i mange industrielle områder på grund af dets unikke fysiske og kemiske egenskaber. Dets viskositetsegenskaber er en af de vigtigste egenskaber ved HPMC, som direkte påvirker dets ydeevne i forskellige applikationer.
1. Grundlæggende egenskaber ved HPMC
HPMC er en ikke-ionisk celluloseether opnået ved at erstatte en del af hydroxylgrupperne (–OH) i cellulosemolekylet med methoxygrupper (–OCH3) og hydroxypropylgrupper (–OCH2CH(OH)CH3). Det har god opløselighed i vand og nogle organiske opløsningsmidler, der danner transparente kolloide opløsninger. Viskositeten af HPMC bestemmes hovedsageligt af dets molekylvægt, substitutionsgrad (DS, Substitutionsgrad) og substituentfordeling.
2. Bestemmelse af viskositet af HPMC
Viskositeten af HPMC-opløsninger måles normalt ved hjælp af et rotationsviskosimeter eller et kapillarviskosimeter. Ved måling skal man være opmærksom på opløsningens koncentration, temperatur og forskydningshastighed, da disse faktorer kan påvirke viskositetsværdien væsentligt.
Opløsningskoncentration: Viskositeten af HPMC stiger med stigningen i opløsningskoncentrationen. Når koncentrationen af HPMC-opløsning er lavere, er interaktionen mellem molekyler svagere, og viskositeten er lavere. Når koncentrationen stiger, øges sammenfiltringen og interaktionen mellem molekyler, hvilket forårsager en signifikant stigning i viskositeten.
Temperatur: Viskositeten af HPMC-opløsninger er meget følsom over for temperatur. Generelt, når temperaturen stiger, vil viskositeten af HPMC-opløsningen falde. Dette skyldes øget temperatur, der fører til øget molekylær bevægelse og svækkede intermolekylære interaktioner. Det skal bemærkes, at HPMC med forskellige grader af substitution og molekylvægt har forskellig følsomhed over for temperatur.
Forskydningshastighed: HPMC-opløsninger udviser pseudoplastisk (forskydningsudtynding) adfærd, dvs. viskositeten er højere ved lave forskydningshastigheder og falder ved høje forskydningshastigheder. Denne adfærd skyldes forskydningskræfter, der justerer molekylære kæder langs forskydningsretningen, og derved reducerer sammenfiltringer og interaktioner mellem molekyler.
3. Faktorer, der påvirker HPMC-viskositeten
Molekylvægt: Molekylvægten af HPMC er en af nøglefaktorerne, der bestemmer dens viskositet. Generelt gælder det, at jo større molekylvægten er, jo højere er viskositeten af opløsningen. Dette skyldes, at HPMC-molekyler med høj molekylvægt er mere tilbøjelige til at danne sammenfiltrede netværk og derved øge den interne friktion af opløsningen.
Substitutionsgrad og substituentfordeling: Antallet og fordelingen af methoxy- og hydroxypropylsubstituenter i HPMC påvirker også dets viskositet. Generelt gælder det, at jo højere grad af methoxysubstitution (DS), jo lavere er viskositeten af HPMC, fordi indførelsen af methoxysubstituenter vil reducere hydrogenbindingskraften mellem molekyler. Indførelsen af hydroxypropylsubstituenter vil øge intermolekylære interaktioner og derved øge viskositeten. Derudover hjælper den ensartede fordeling af substituenter til at danne et stabilt opløsningssystem og øge opløsningens viskositet.
pH-værdi af opløsningen: Selvom HPMC er en ikke-ionisk polymer, og dens viskositet ikke er følsom over for ændringer i opløsningens pH-værdi, kan ekstreme pH-værdier (meget sure eller meget alkaliske) forårsage nedbrydning af molekylstrukturen af opløsningen. HPMC, hvilket påvirker viskositeten.
4. Anvendelsesområder for HPMC
På grund af dets fremragende viskositetsegenskaber er HPMC meget udbredt på mange områder:
Byggematerialer: I byggematerialer bruges HPMC som fortykningsmiddel og vandtilbageholdende middel for at forbedre konstruktionens ydeevne og øge modstanden mod revner.
Farmaceutisk industri: I den farmaceutiske industri bruges HPMC som bindemiddel til tabletter, filmdannende middel til kapsler og bærestof til medicin med langvarig frigivelse.
Fødevareindustrien: HPMC bruges som fortykningsmiddel og stabilisator i fødevareindustrien til fremstilling af is, gelé og mejeriprodukter.
Daglige kemiske produkter: I daglige kemiske produkter anvendes HPMC som fortykningsmiddel og stabilisator til fremstilling af shampoo, shower gel, tandpasta mv.
Viskositetsegenskaberne for HPMC er grundlaget for dets fremragende ydeevne i forskellige applikationer. Ved at kontrollere molekylvægten, substitutionsgraden og opløsningsbetingelserne for HPMC kan dets viskositet justeres for at imødekomme forskellige anvendelsesbehov. I fremtiden vil dybdegående forskning i forholdet mellem HPMC-molekylstruktur og viskositet hjælpe med at udvikle HPMC-produkter med bedre ydeevne og yderligere udvide dets anvendelsesområder.
Indlægstid: 20-jul-2024