هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) مادة بوليمرية قابلة للذوبان في الماء، تُستخدم على نطاق واسع في مجالات البناء والأدوية والأغذية والمواد الكيميائية اليومية. تتميز بخصائص تكثيف واستحلاب وتكوين غشاء وغرواني واقي، بالإضافة إلى خصائص أخرى. في أنظمة المستحلبات، يُمكن لـ HPMC التحكم في لزوجة المستحلب بطرق متعددة.
1. البنية الجزيئية لـ HPMC
تتأثر لزوجة HPMC بشكل رئيسي بوزنها الجزيئي ودرجة استبدالها. كلما زاد الوزن الجزيئي، زادت لزوجة المحلول؛ وتؤثر درجة الاستبدال (أي درجة استبدال مجموعات الهيدروكسي بروبيل والميثوكسي) على خصائص ذوبان ولزوجة HPMC. وبشكل أكثر تحديدًا، كلما زادت درجة الاستبدال، زادت ذوبانية HPMC في الماء، وبالتالي تزداد اللزوجة. عادةً ما يوفر المصنعون منتجات HPMC بأوزان جزيئية ودرجات استبدال مختلفة لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.
2. استخدم التركيز
يُعد تركيز HPMC في المحلول المائي أحد العوامل الرئيسية المؤثرة على اللزوجة. وبشكل عام، كلما ارتفع تركيز HPMC، زادت لزوجة المحلول. ومع ذلك، قد تختلف لزوجة أنواع مختلفة من HPMC عند نفس التركيز بشكل كبير. لذلك، في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار تركيز مناسب لمحلول HPMC وفقًا لمتطلبات اللزوجة المحددة. على سبيل المثال، في تطبيقات البناء، عادةً ما يتم التحكم في تركيز HPMC بين 0.1% و1% لتوفير لزوجة عمل وأداء بناء مناسبين.
3. طريقة الذوبان
لعملية إذابة HPMC تأثيرٌ مهمٌّ أيضًا على اللزوجة النهائية. يسهل تشتت HPMC في الماء البارد، لكن معدل ذوبانه بطيء؛ إذ يذوب بسرعة في الماء الساخن، لكن من السهل تكتله. لتجنب التكتل، يمكن استخدام طريقة الإضافة التدريجية، أي إضافة HPMC تدريجيًا إلى الماء البارد لتشتيته، ثم تسخينه وتحريكه حتى يذوب تمامًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن خلط HPMC مسبقًا مع مساحيق جافة أخرى، ثم إضافته إلى الماء لإذابته، مما يُحسّن كفاءة الذوبان وثبات اللزوجة.
4. درجة الحرارة
تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على لزوجة محاليل HPMC. عمومًا، تنخفض لزوجة محاليل HPMC مع ارتفاع درجة الحرارة، لأن ارتفاع درجة الحرارة يُضعف الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات، مما يُسهّل انزلاق السلسلة الجزيئية لـ HPMC، وبالتالي يُقلل من لزوجة المحلول. لذلك، في التطبيقات التي تتطلب لزوجة عالية، تُستخدم محاليل HPMC غالبًا في درجات حرارة منخفضة. على سبيل المثال، في التطبيقات الصيدلانية، تُستخدم محاليل HPMC غالبًا في درجة حرارة الغرفة لضمان استقرار الدواء وفعاليته.
5. قيمة الرقم الهيدروجيني
تتأثر لزوجة محلول HPMC أيضًا بقيمة الرقم الهيدروجيني (pH). تتمتع HPMC بأعلى لزوجة في الظروف المتعادلة والضعيفة الحموضة، بينما تنخفض اللزوجة بشكل ملحوظ في الظروف الحمضية أو القلوية القوية. وذلك لأن قيم الرقم الهيدروجيني المتطرفة ستدمر البنية الجزيئية لـ HPMC وتضعف تأثيرها في التكثيف. لذلك، في التطبيقات العملية، يجب التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول والحفاظ عليها ضمن النطاق الثابت لـ HPMC (عادةً ما يكون الرقم الهيدروجيني 3-11) لضمان تأثيرها في التكثيف. على سبيل المثال، في تطبيقات الأغذية، غالبًا ما يُستخدم HPMC في الأطعمة الحمضية مثل الزبادي والعصائر، ويمكن الحصول على اللزوجة المثالية عن طريق ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني.
6. إضافات أخرى
في أنظمة المستحلبات، يمكن أيضًا تعديل لزوجة HPMC بإضافة مُكثِّفات أو مذيبات أخرى. على سبيل المثال، يمكن أن تزيد إضافة كمية مناسبة من الأملاح غير العضوية (مثل كلوريد الصوديوم) من لزوجة محلول HPMC؛ بينما يمكن أن تُخفِّض إضافة مذيبات عضوية مثل الإيثانول لزوجته. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدامه مع مُكثِّفات أخرى (مثل صمغ الزانثان والكاربومير، إلخ)، يمكن تحسين لزوجة المستحلب واستقراره بشكل ملحوظ. لذلك، عند تصميم التركيبة الفعلية، يمكن اختيار الإضافات المناسبة حسب الحاجة لتحسين لزوجة المستحلب وأدائه.
يمكن لـ HPMC تحقيق تحكم دقيق في لزوجة المستحلب من خلال بنيته الجزيئية، وتركيز استخدامه، وطريقة إذابته، ودرجة حرارته، وقيمة الرقم الهيدروجيني (pH)، والمواد المضافة. في التطبيقات العملية، يجب دراسة هذه العوامل بدقة لاختيار نوع HPMC المناسب وظروف استخدامه لتحقيق تأثير التكثيف الأمثل. من خلال التصميم العلمي للصيغة والتحكم في العمليات، يمكن لـ HPMC أن يلعب دورًا هامًا في مجالات البناء، والأدوية، والأغذية، والمواد الكيميائية اليومية، موفرًا أداءً ممتازًا وتجربة استخدام مميزة.
وقت النشر: ١٧ يوليو ٢٠٢٤