Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) представляет собой важное производное эфира целлюлозы, которое широко используется во многих областях промышленности благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Его вязкостные свойства являются одними из наиболее важных свойств HPMC, напрямую влияющих на его производительность в различных приложениях.
1. Основные свойства ГПМЦ
ГПМЦ – неионный эфир целлюлозы, получаемый заменой части гидроксильных групп (–OH) в молекуле целлюлозы на метоксигруппы (–OCH3) и гидроксипропильные группы (–OCH2CH(OH)CH3). Он хорошо растворяется в воде и некоторых органических растворителях, образуя прозрачные коллоидные растворы. Вязкость ГПМЦ в основном определяется ее молекулярной массой, степенью замещения (DS, Степень замещения) и распределением заместителей.
2. Определение вязкости ГПМЦ.
Вязкость растворов ГПМЦ обычно измеряют с помощью ротационного вискозиметра или капиллярного вискозиметра. При измерении необходимо обращать внимание на концентрацию, температуру и скорость сдвига раствора, так как эти факторы могут существенно влиять на значение вязкости.
Концентрация раствора: Вязкость ГПМЦ увеличивается с увеличением концентрации раствора. Чем ниже концентрация раствора ГПМЦ, тем слабее взаимодействие между молекулами и ниже вязкость. По мере увеличения концентрации перепутывание и взаимодействие между молекулами увеличивается, что приводит к значительному увеличению вязкости.
Температура: Вязкость растворов ГПМЦ очень чувствительна к температуре. Обычно с повышением температуры вязкость раствора ГПМЦ снижается. Это связано с повышением температуры, приводящим к усилению молекулярного движения и ослаблению межмолекулярных взаимодействий. Следует отметить, что ГПМЦ с разной степенью замещения и молекулярной массой имеют разную чувствительность к температуре.
Скорость сдвига: растворы ГПМЦ демонстрируют псевдопластическое поведение (утончение при сдвиге), т.е. вязкость выше при низких скоростях сдвига и снижается при высоких скоростях сдвига. Такое поведение обусловлено силами сдвига, которые выравнивают молекулярные цепи вдоль направления сдвига, тем самым уменьшая запутывание и взаимодействие между молекулами.
3. Факторы, влияющие на вязкость ГПМЦ.
Молекулярная масса: Молекулярная масса ГПМЦ является одним из ключевых факторов, определяющих ее вязкость. Вообще говоря, чем больше молекулярная масса, тем выше вязкость раствора. Это связано с тем, что молекулы ГПМЦ с высокой молекулярной массой с большей вероятностью образуют запутанные сети, тем самым увеличивая внутреннее трение раствора.
Степень замещения и распределение заместителей. Количество и распределение метокси- и гидроксипропильных заместителей в ГПМЦ также влияют на его вязкость. Как правило, чем выше степень метоксизамещения (DS), тем ниже вязкость ГПМЦ, поскольку введение метоксизаместителей снижает силу водородных связей между молекулами. Введение гидроксипропильных заместителей усилит межмолекулярные взаимодействия, тем самым повысив вязкость. Кроме того, равномерное распределение заместителей способствует образованию устойчивой растворной системы и повышению вязкости раствора.
Значение pH раствора: Хотя HPMC является неионным полимером и его вязкость не чувствительна к изменениям значения pH раствора, экстремальные значения pH (очень кислые или очень щелочные) могут вызвать деградацию молекулярной структуры раствора. ГПМЦ, что влияет на вязкость.
4. Области применения HPMC
Благодаря отличным вязкостным характеристикам ГПМЦ широко используется во многих областях:
Строительные материалы: В строительных материалах ГПМЦ используется в качестве загустителя и водоудерживающего агента для улучшения строительных характеристик и повышения устойчивости к растрескиванию.
Фармацевтическая промышленность. В фармацевтической промышленности ГПМЦ используется в качестве связующего вещества для таблеток, пленкообразователя для капсул и носителя для лекарств с пролонгированным высвобождением.
Пищевая промышленность: ГПМЦ используется в качестве загустителя и стабилизатора в пищевой промышленности при производстве мороженого, желе и молочных продуктов.
Химические продукты повседневного использования: В химических продуктах повседневного использования ГПМЦ используется в качестве загустителя и стабилизатора для производства шампуней, гелей для душа, зубной пасты и т. д.
Вязкостные характеристики HPMC являются основой его превосходных характеристик в различных областях применения. Контролируя молекулярную массу, степень замещения и условия растворения ГПМЦ, его вязкость можно регулировать в соответствии с различными потребностями применения. В будущем углубленные исследования взаимосвязи между молекулярной структурой HPMC и вязкостью помогут разработать продукты HPMC с более высокими характеристиками и еще больше расширить области их применения.
Время публикации: 20 июля 2024 г.