HPMC มีผลต่อความหนืดของผลิตภัณฑ์อย่างไร

Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) เป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการแพทย์และอาหาร หนึ่งในฟังก์ชั่นหลักของ HPMC ในผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันคือการปรับความหนืดซึ่งทำได้ผ่านโครงสร้างโมเลกุลของตัวเองและการมีปฏิสัมพันธ์กับตัวทำละลาย (โดยปกติแล้วน้ำ)

1. โครงสร้างโมเลกุลของ HPMC และผลกระทบต่อความหนืด
HPMC ประกอบด้วยกระดูกสันหลังเซลลูโลสที่มี methoxy และ hydroxypropyl substituents โซ่เซลลูโลสของมันมีกลุ่มไฮดรอกซิลจำนวนมาก (-OH) ซึ่งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำซึ่งจะช่วยเพิ่มความหนืดของสารละลาย substituents hydroxypropyl และ methoxy ในโมเลกุล HPMC ยังส่งผลกระทบต่อความสัมพันธ์และความสามารถในการละลายกับน้ำ ในน้ำโซ่โมเลกุล HPMC สามารถคลี่และดูดซับน้ำจำนวนมากซึ่งจะเป็นการเพิ่มความหนืดของสารละลาย

HPMC ประเภทต่าง ๆ จะแสดงลักษณะความหนืดที่แตกต่างกันเนื่องจากการทดแทน methoxy และ hydroxypropyl ในระดับที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว HPMC ที่มีระดับการทดแทน hydroxypropyl ในระดับที่สูงขึ้นมีความสามารถในการเพิ่มความหนืดมากขึ้นในขณะที่ HPMC ที่มีปริมาณ methoxy สูงแตกต่างกันในอัตราการละลายและความไวของอุณหภูมิ ดังนั้นโครงสร้างโมเลกุลของ HPMC จึงมีผลกระทบโดยตรงต่อผลกระทบความหนืดเพิ่มขึ้น

2. ลักษณะการละลายและความหนืดของ HPMC
HPMC มีความสามารถในการละลายน้ำที่ดีซึ่งช่วยให้สามารถเพิ่มความหนืดในสารละลายน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญ ในน้ำโซ่โมเลกุลของ HPMC ดูดซับน้ำและสร้างโครงสร้างเครือข่ายเพิ่มเติมส่งผลให้การไหลของสารละลายลดลงและเพิ่มความหนืด กระบวนการละลายนี้เป็นกระบวนการทีละขั้นตอนและอุณหภูมิและค่า pH มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อมัน โดยทั่วไป HPMC จะละลายเร็วขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ แต่ความหนืดของมันจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นยิ่งอุณหภูมิการละลายในช่วงที่กำหนดก็ยิ่งมีความหนืดของสารละลายมากขึ้นเท่านั้น

ความสามารถในการละลายของ HPMC นั้นเกี่ยวข้องกับค่า pH ของสื่อ ในช่วงที่เป็นกลางถึงอัลคาไลน์ที่อ่อนแอ HPMC ละลายได้ดีขึ้นและเพิ่มความหนืด ในขณะที่อยู่ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดหรือเป็นด่างที่แข็งแกร่งความสามารถในการละลายและความหนืดของ HPMC จะถูกยับยั้ง ดังนั้นในผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันความสามารถในการปรับความหนืดของ HPMC ยังจำเป็นต้องพิจารณาค่า pH ของสื่อ

3. ผลของความเข้มข้นของ HPMC ต่อความหนืด
ความเข้มข้นของ HPMC เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความหนืด เมื่อความเข้มข้นของ HPMC เพิ่มขึ้นเครือข่ายห่วงโซ่โมเลกุลที่เกิดขึ้นในสารละลายจะหนาแน่นขึ้นและความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ที่ความเข้มข้นต่ำการทำงานร่วมกันระหว่างโซ่โมเลกุล HPMC นั้นอ่อนแอและความหนืดของสารละลายไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก อย่างไรก็ตามเมื่อความเข้มข้นของ HPMC ถึงระดับหนึ่งการเชื่อมโยงข้ามและการพัวพันระหว่างโซ่โมเลกุลจะทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ

การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นของ HPMC อยู่ในช่วงที่กำหนดความหนืดของมันจะเพิ่มขึ้นในสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้น อย่างไรก็ตามเมื่อความเข้มข้นสูงเกินไปคุณสมบัติการไหลของสารละลายจะเปลี่ยนไปแสดง pseudoplasticity หรือ thixotropy และความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น ดังนั้นในการใช้งานจริงปริมาณของ HPMC ที่เพิ่มเข้ามาจำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างสมเหตุสมผลตามความต้องการเฉพาะเพื่อให้ได้ความหนืดในอุดมคติ

4. ผลของน้ำหนักโมเลกุลต่อความหนืด
น้ำหนักโมเลกุลของ HPMC ก็เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความหนืด โดยทั่วไปยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของ HPMC มีขนาดใหญ่เท่าใดความหนืดของสารละลายก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นี่เป็นเพราะ HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถสร้างโซ่โมเลกุลที่ยาวขึ้นและโครงสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งจะเป็นการขัดขวางการไหลของสารละลายและเพิ่มความหนืด ดังนั้น HPMC ที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่แตกต่างกันสามารถใช้ในการปรับความต้องการความหนืดของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน

ในบางแอปพลิเคชันการเลือก HPMC น้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงความสอดคล้องของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นเครื่องข้นในวัสดุก่อสร้าง ในขณะที่ใช้งานอื่น ๆ เช่นสนามยาอาจต้องเลือก HPMC น้ำหนักโมเลกุลต่ำเพื่อปรับอัตราการปลดปล่อยของยาหรือปรับปรุงรสชาติ

5. ผลของอุณหภูมิต่อความหนืดของสารละลาย HPMC
ความหนืดของ HPMC เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญกับอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้วความหนืดของสารละลาย HPMC จะลดลงที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น นี่เป็นเพราะอุณหภูมิสูงทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล HPMC และลดระดับการพัวพันของโซ่โมเลกุลซึ่งจะช่วยลดความหนืดของสารละลาย อย่างไรก็ตามในบางกรณีความหนืดของ HPMC อาจเพิ่มขึ้นภายในช่วงอุณหภูมิที่แน่นอนซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างโมเลกุลและสภาพแวดล้อมการแก้ปัญหา

ที่อุณหภูมิต่ำความหนืดของสารละลาย HPMC นั้นสูงและการเคลื่อนไหวของโซ่โมเลกุลถูก จำกัด คุณสมบัตินี้ทำให้สามารถทำงานได้ดีในการใช้งานที่ความหนืดของผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิต่ำจะต้องเพิ่มขึ้น

6. ผลของอัตราการเฉือนต่อความหนืดของ HPMC
โซลูชัน HPMC มักจะแสดงลักษณะการทำให้ผอมบางของแรงเฉือนนั่นคือความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น ในอัตราการเฉือนต่ำโครงสร้างเครือข่ายของห่วงโซ่โมเลกุล HPMC ค่อนข้างสมบูรณ์ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อความลื่นไหลของสารละลายดังนั้นจึงแสดงความหนืดที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตามในอัตราการเฉือนสูงความพัวพันและการเชื่อมโยงข้ามของโซ่โมเลกุลจะถูกทำลายและความหนืดลดลง สถานที่ให้บริการนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเช่นวัสดุก่อสร้างสีและการเคลือบและสามารถปรับปรุงการปฏิบัติงานของผลิตภัณฑ์ในระหว่างการก่อสร้าง

7. ผลของสารเติมแต่งภายนอก
ในหลายแอปพลิเคชัน HPMC มักจะใช้ร่วมกับสารเติมแต่งอื่น ๆ สารเติมแต่งประเภทต่าง ๆ เช่นเกลือสารลดแรงตึงผิวและโพลีเมอร์อื่น ๆ จะส่งผลกระทบต่อความหนืดของ HPMC ตัวอย่างเช่นสารเติมแต่งเกลือบางชนิดสามารถลดความหนืดของสารละลาย HPMC ได้เนื่องจากไอออนเกลือรบกวนการทำงานร่วมกันระหว่างโซ่โมเลกุล HPMC และทำลายเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้น เครื่องข้นบางตัวสามารถทำงานร่วมกับ HPMC เพื่อเพิ่มความหนืดโดยรวมของการแก้ปัญหา

ในฐานะที่เป็นความข้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายผลกระทบของ HPMC ต่อความหนืดของผลิตภัณฑ์นั้นส่วนใหญ่ได้รับจากผลรวมของโครงสร้างโมเลกุลความเข้มข้นน้ำหนักโมเลกุลลักษณะการละลายและปัจจัยภายนอกเช่นอุณหภูมิอัตราการเฉือนและสารเติมแต่ง ด้วยการปรับพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างสมเหตุสมผลของ HPMC การควบคุมความหนืดของผลิตภัณฑ์อย่างแม่นยำสามารถทำได้เพื่อตอบสนองความต้องการของฟิลด์แอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน