Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) važan je derivat celuloznog etera koji se široko koristi u mnogim industrijskim područjima zbog svojih jedinstvenih fizikalnih i kemijskih svojstava. Njegova svojstva viskoznosti jedna su od najvažnijih svojstava HPMC-a, koja izravno utječu na njegovu izvedbu u različitim primjenama.
1. Osnovna svojstva HPMC
HPMC je neionski celulozni eter dobiven zamjenom dijela hidroksilnih skupina (–OH) u molekuli celuloze s metoksi skupinama (–OCH3) i hidroksipropil skupinama (–OCH2CH(OH)CH3). Ima dobru topljivost u vodi i nekim organskim otapalima, stvarajući prozirne koloidne otopine. Viskoznost HPMC uglavnom je određena njegovom molekularnom težinom, stupnjem supstitucije (DS, stupanj supstitucije) i distribucijom supstituenata.
2. Određivanje viskoznosti HPMC
Viskoznost HPMC otopina obično se mjeri rotacijskim viskozimetrom ili kapilarnim viskozimetrom. Prilikom mjerenja potrebno je obratiti pozornost na koncentraciju, temperaturu i brzinu smicanja otopine jer ti čimbenici mogu značajno utjecati na vrijednost viskoznosti.
Koncentracija otopine: Viskoznost HPMC-a raste s povećanjem koncentracije otopine. Kada je koncentracija HPMC otopine niža, interakcija među molekulama je slabija i viskoznost je manja. Kako se koncentracija povećava, isprepletenost i interakcija između molekula se povećava, uzrokujući značajno povećanje viskoznosti.
Temperatura: Viskoznost HPMC otopina vrlo je osjetljiva na temperaturu. Općenito, kako temperatura raste, viskoznost HPMC otopine će se smanjiti. To je zbog povećane temperature koja dovodi do povećanog molekularnog gibanja i oslabljenih međumolekularnih interakcija. Treba napomenuti da HPMC s različitim stupnjevima supstitucije i molekularne težine imaju različitu osjetljivost na temperaturu.
Brzina smicanja: HPMC otopine pokazuju pseudoplastično ponašanje (smično stanjivanje), tj. viskoznost je viša pri niskim brzinama smicanja i smanjuje se pri visokim brzinama smicanja. Ovo ponašanje je posljedica sila smicanja koje poravnavaju molekularne lance duž smjera smicanja, čime se smanjuju zapetljanja i interakcije između molekula.
3. Čimbenici koji utječu na HPMC viskoznost
Molekulska težina: Molekulska težina HPMC-a jedan je od ključnih čimbenika koji određuju njegovu viskoznost. Općenito govoreći, što je veća molekularna težina, veća je viskoznost otopine. To je zato što je veća vjerojatnost da će HPMC molekule velike molekulske težine formirati isprepletene mreže, čime se povećava unutarnje trenje otopine.
Stupanj supstitucije i distribucija supstituenata: Broj i distribucija metoksi i hidroksipropil supstituenata u HPMC također utječu na njegovu viskoznost. Općenito, što je viši stupanj metoksi supstitucije (DS), niža je viskoznost HPMC-a, jer će uvođenje metoksi supstituenata smanjiti silu vodikove veze između molekula. Uvođenje hidroksipropilnih supstituenata će povećati međumolekulske interakcije, čime će se povećati viskoznost. Osim toga, ravnomjerna raspodjela supstituenata pomaže u stvaranju stabilnog sustava otopine i povećava viskoznost otopine.
pH vrijednost otopine: Iako je HPMC neionski polimer i njegova viskoznost nije osjetljiva na promjene u pH vrijednosti otopine, ekstremne pH vrijednosti (vrlo kisele ili vrlo alkalne) mogu uzrokovati degradaciju molekularne strukture HPMC-a, što utječe na viskoznost.
4. Područja primjene HPMC-a
Zbog izvrsnih karakteristika viskoznosti, HPMC se široko koristi u mnogim područjima:
Građevinski materijali: HPMC se u građevinskim materijalima koristi kao zgušnjivač i sredstvo za zadržavanje vode za poboljšanje izvedbe konstrukcije i povećanje otpornosti na pukotine.
Farmaceutska industrija: U farmaceutskoj industriji HPMC se koristi kao vezivo za tablete, sredstvo za stvaranje filma za kapsule i nosač za lijekove s produljenim otpuštanjem.
Prehrambena industrija: HPMC se koristi kao zgušnjivač i stabilizator u prehrambenoj industriji za proizvodnju sladoleda, želea i mliječnih proizvoda.
Dnevni kemijski proizvodi: U dnevnim kemijskim proizvodima HPMC se koristi kao zgušnjivač i stabilizator za proizvodnju šampona, gelova za tuširanje, pasta za zube itd.
Karakteristike viskoznosti HPMC-a temelj su njegovih izvrsnih performansi u raznim primjenama. Kontrolom molekularne težine, stupnja supstitucije i uvjeta otopine HPMC-a, njegova se viskoznost može prilagoditi različitim potrebama primjene. U budućnosti će dubinsko istraživanje o odnosu između HPMC molekularne strukture i viskoznosti pomoći u razvoju HPMC proizvoda s boljim performansama i daljnjem proširenju područja njihove primjene.
Vrijeme objave: 20. srpnja 2024