هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) إيثر سليلوز غير أيوني قابل للذوبان في الماء، يُستخدم على نطاق واسع في صناعات البناء والطب والأغذية ومستحضرات التجميل والصناعات الكيميائية. تُعدّ خصائص اللزوجة لمحلوله المائي العامل الرئيسي المؤثر على أداء تطبيقاته.
1. الخصائص الأساسية لـ HPMC
AnxinCel®HPMC هو مشتق من السليلوز، يُصنّع بإضافة مجموعات هيدروكسي بروبيل وميثيل إلى السلسلة الجزيئية للسليلوز. يتميز بذوبان جيد في الماء ولزوجة عالية نسبيًا، ويُستخدم غالبًا لتحضير محاليل مائية ذات خصائص ريولوجية محددة. هذه الخصائص تجعل HPMC يُستخدم على نطاق واسع في الطلاءات، والمواد اللاصقة، والأدوية طويلة المفعول، والمضافات الغذائية، وغيرها من الصناعات.
2. خصائص اللزوجة للمحلول المائي HPMC
تتأثر خصائص اللزوجة للمحلول المائي HPMC بعوامل متعددة، بما في ذلك التركيز ودرجة الحرارة ومعدل القص وقيمة الرقم الهيدروجيني والبنية الجزيئية.
تأثير التركيز على اللزوجة
تزداد لزوجة محلول HPMC المائي بزيادة التركيز. عندما يكون تركيز HPMC منخفضًا، يكون المحلول المائي رقيقًا ولزوجته منخفضة؛ ومع زيادة التركيز، يزداد التفاعل بين الجزيئات، وتزداد لزوجة المحلول المائي بشكل ملحوظ. عادةً، ترتبط لزوجة محلول HPMC ارتباطًا أسيًا بتركيزه، ولكنها تميل إلى الاستقرار عند تركيز معين، مما يُظهر خصائص لزوجة المحلول.
تأثير درجة الحرارة على اللزوجة
تُعد درجة الحرارة عاملاً هاماً يؤثر على لزوجة محلول AnxinCel®HPMC المائي. فمع ارتفاع درجة الحرارة، تضعف الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الكارهة للماء في جزيئات HPMC، مما يؤدي إلى انخفاض قوة الارتباط بين الجزيئات، وبالتالي انخفاض لزوجة المحلول المائي. وبشكل عام، تنخفض لزوجة محلول HPMC المائي بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة، وخاصةً في نطاقات درجات الحرارة الأعلى. هذه الخاصية تُحسّن قدرة HPMC على تنظيم درجة الحرارة في بعض تطبيقات التحكم في درجة الحرارة.
تأثير معدل القص على اللزوجة
يُظهر محلول HPMC المائي خصائصَ مائع نيوتنية نموذجية عند معدلات قص منخفضة، أي أن اللزوجة مستقرة نسبيًا؛ ومع ذلك، عند معدلات قص عالية، تنخفض لزوجة محلول HPMC بشكل ملحوظ، مما يشير إلى امتلاكه لخصائص تخفيف القص. تتميز جزيئات HPMC بخصائص ريولوجية معينة. عند معدلات قص منخفضة، تكون السلاسل الجزيئية أكثر التواءً، مما يُشكل مقاومة هيكلية أعلى، والتي تتجلى في زيادة اللزوجة؛ أما عند معدلات قص عالية، فتميل السلاسل الجزيئية إلى التمدد، وتزداد السيولة، وتنخفض اللزوجة.
تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على اللزوجة
عادةً ما تحافظ محاليل HPMC المائية على لزوجة مستقرة نسبيًا في ظل ظروف قلوية تتراوح بين المتعادلة والضعيفة. في بيئة حمضية قوية أو قاعدة قوية، قد تخضع جزيئات HPMC لتفاعلات بروتونية أو نزع بروتونية، مما يؤدي إلى تغيرات في درجة محبة الماء وكرهه، بالإضافة إلى التفاعلات بين الجزيئات، مما يؤثر على لزوجة المحلول المائي. في الظروف العادية، يكون لتغيرات الرقم الهيدروجيني تأثير ضئيل على لزوجة محاليل HPMC، ولكن في ظروف الرقم الهيدروجيني المتطرفة، قد يكون تغير اللزوجة أكثر وضوحًا.
تأثير البنية الجزيئية على اللزوجة
ترتبط خصائص اللزوجة لـ HPMC ارتباطًا وثيقًا ببنيتها الجزيئية. تؤثر درجة استبدال مجموعتي الهيدروكسي بروبيل والميثيل في الجزيء تأثيرًا كبيرًا على لزوجة المحلول المائي. كلما زادت درجة استبدال المجموعة، زادت محبة HPMC للماء، وارتفعت لزوجة المحلول. بالإضافة إلى ذلك، يُعد الوزن الجزيئي لـ HPMC عاملًا رئيسيًا يؤثر على لزوجته. كلما زاد الوزن الجزيئي، زادت طول السلسلة الجزيئية، وزاد التفاعل بين الجزيئات، مما يؤدي إلى زيادة لزوجة المحلول المائي.
3. أهمية خصائص اللزوجة للمحلول المائي HPMC في التطبيق
تعتبر خصائص اللزوجة لمحلول HPMC المائي ذات أهمية بالغة لتطبيقاته في مجالات مختلفة.
مجال البناء: يُستخدم HPMC بكثرة في ملاط الأسمنت والمواد اللاصقة، وله وظائف التكثيف، والاحتفاظ بالرطوبة، وتحسين أداء البناء. تؤثر خصائص اللزوجة بشكل مباشر على قابلية تشغيل الملاط وقوة التصاقه. من خلال ضبط تركيز HPMC وبنيته الجزيئية، يمكن التحكم في الخواص الريولوجية للملاط، مما يُحسّن سهولة البناء.
صناعة الأدوية: يُستخدم محلول AnxinCel®HPMC المائي بكثرة في مستحضرات مثل عوامل الإطلاق المستمر للأدوية، وأغلفة الكبسولات، وقطرات العين. تؤثر خصائص اللزوجة على معدل إطلاق الأدوية، وتتحكم في عملية إطلاقها في الجسم. باختيار HPMC ذي الوزن الجزيئي المناسب ودرجة الاستبدال، يمكن تعديل خصائص إطلاق الأدوية لتحقيق تأثيرات علاجية دقيقة.
صناعة الأغذية: يُستخدم HPMC كمكثّف ومثبّت ومستحلب في تصنيع الأغذية. تؤثر خصائص اللزوجة في محلوله المائي على طعم الطعام وثباته. بتعديل نوع وكمية HPMC المستخدمة، يمكن التحكم بدقة في قوام الطعام.
صناعة مستحضرات التجميل: يُمكن لـ HPMC، كمُكثِّف ومُثبِّت في مستحضرات التجميل، أن يُحسِّن ملمس المنتج، ويمنحه سيولةً مناسبةً وملمسًا مُريحًا. خصائص اللزوجة تُؤثِّر بشكلٍ كبير على تجربة استخدام منتجات مثل الكريمات والجل والشامبو.
خصائص اللزوجةHPMC تتأثر المحاليل المائية بعوامل عديدة، مثل التركيز، ودرجة الحرارة، ومعدل القص، وقيمة الرقم الهيدروجيني، والبنية الجزيئية. ومن خلال تعديل هذه العوامل، يُمكن تحسين أداء تطبيقات HPMC لتلبية احتياجات مختلف الصناعات من حيث خصائصها الريولوجية. ولا يقتصر البحث المتعمق في خصائص اللزوجة لمحاليل HPMC المائية على فهم خصائصها الأساسية فحسب، بل يُوفر أيضًا إرشادات نظرية لتطبيقها في الإنتاج الفعلي.
وقت النشر: ١٦ يناير ٢٠٢٥