Hidroksipropiletilceliuliozė (HPMC) yra dažniausiai naudojamas polimerų junginys, plačiai naudojamas statybose, farmacijos, maisto ir kitose pramonės šakose. Kaip vandenyje tirpus polimeras, HPMC turi puikų vandens sulaikymą, plėvelės formavimą, sustorėjimą ir emulsizuojančias savybes. Jo vandens sulaikymas yra viena iš svarbių jo savybių daugelyje programų, ypač tokiose medžiagose kaip cementas, skiedinys ir dangos statybų pramonėje, kurios gali atidėti vandens išgarinimą ir pagerinti galutinio produkto statybos efektyvumą ir kokybę. Tačiau HPMC vandens sulaikymas yra glaudžiai susijęs su temperatūros pokyčiais išorinėje aplinkoje, o supratimas, kad šis ryšys yra labai svarbus jo taikymui skirtingose srityse.
1. HPMC struktūra ir vandens sulaikymas
HPMC gaminamas cheminiu būdu modifikuojant natūralią celiuliozę, daugiausia įvedant hidroksipropil (-C3H7OH) ir metilo (-ch3) grupes į celiuliozės grandinę, kuri suteikia jai gerų tirpumo ir reguliavimo savybių. Hidroksilo grupės (-oh) HPMC molekulėse gali sudaryti vandenilio ryšius su vandens molekulėmis. Todėl HPMC gali absorbuoti vandenį ir derinti su vandeniu, parodydamas vandens sulaikymą.
Vandens sulaikymas reiškia medžiagos gebėjimą išlaikyti vandenį. HPMC jis daugiausia pasireiškia jo gebėjimu palaikyti vandens kiekį sistemoje per hidrataciją, ypač aukštos temperatūros ar aukštos drėgmės aplinkose, o tai gali veiksmingai užkirsti kelią greitam vandens praradimui ir išlaikyti medžiagos drėgnumą. Kadangi HPMC molekulių hidratacija yra glaudžiai susijusi su jo molekulinės struktūros sąveika, temperatūros pokyčiai tiesiogiai paveiks vandens absorbcijos pajėgumą ir HPMC vandens sulaikymą.
2. Temperatūros poveikis HPMC vandens sulaikymui
Ryšį tarp HPMC vandens sulaikymo ir temperatūros galima aptarti iš dviejų aspektų: vienas yra temperatūros poveikis HPMC tirpumui, o kitas yra temperatūros poveikis jo molekulinei struktūrai ir hidratacijai.
2.1 Temperatūros poveikis HPMC tirpumui
HPMC tirpumas vandenyje yra susijęs su temperatūra. Paprastai HPMC tirpumas didėja didėjant temperatūrai. Kylant temperatūrai, vandens molekulės įgauna daugiau šiluminės energijos, todėl susilpnėja vandens molekulių sąveika, taip skatinant tirpimą ištirpdami HPMC. Dėl HPMC temperatūros padidėjimas gali būti lengviau susidaryti koloidinį tirpalą ir taip sustiprinti vandens sulaikymą vandenyje.
Tačiau per aukšta temperatūra gali padidinti HPMC tirpalo klampumą, darant įtaką jo reologinėms savybėms ir dispergavimui. Nors šis poveikis yra teigiamas tirpumo pagerėjimui, per aukšta temperatūra gali pakeisti jo molekulinės struktūros stabilumą ir sumažinti vandens sulaikymo sumažėjimą.
2.2 Temperatūros poveikis HPMC molekulinei struktūrai
HPMC molekulinėje struktūroje vandenilio jungtys daugiausia susidaro su vandens molekulėmis per hidroksilo grupes, ir šis vandenilio ryšys yra labai svarbus HPMC vandens sulaikymui. Didėjant temperatūrai, vandenilio jungties stiprumas gali pasikeisti, todėl susilpnėja surišimo jėga tarp HPMC molekulės ir vandens molekulės, todėl paveiks jos vandens sulaikymą. Tiksliau, dėl padidėjusio temperatūros HPMC molekulės vandenilio jungtys išsiskirs ir taip sumažins jo vandens absorbciją ir vandens sulaikymo pajėgumą.
Be to, HPMC jautrumas temperatūrai taip pat atsispindi jo tirpalo fazėje. HPMC su skirtingais molekuliniais svoriais ir skirtingomis pakaitinėmis grupėmis turi skirtingą šiluminį jautrumą. Paprastai tariant, maža molekulinė masė HPMC yra jautresnė temperatūrai, o didelė molekulinė masė HPMC pasižymi stabilesniu našumu. Todėl praktiškai pritaikant reikia pasirinkti tinkamą HPMC tipą pagal konkretų temperatūros diapazoną, kad būtų užtikrintas jo vandens sulaikymas darbinės temperatūroje.
2.3 Temperatūros poveikis vandens garinimui
Aukštos temperatūros aplinkoje HPMC sulaikymas paveiks pagreitintą vandens išgarinimą, kurį sukelia temperatūros padidėjimas. Kai išorinė temperatūra yra per aukšta, HPMC sistemos vanduo yra labiau linkęs išgaruoti. Nors HPMC tam tikru mastu gali sulaikyti vandenį per savo molekulinę struktūrą, per didelė temperatūra gali sukelti sistemą prarasti vandenį greičiau nei HPMC vandens sulaikymo pajėgumas. Tokiu atveju slopinamas HPMC vandens sulaikymas, ypač aukštoje temperatūroje ir sausoje aplinkoje.
Norėdami išspręsti šią problemą, kai kurie tyrimai parodė, kad pridedant tinkamus drėgnus ar pakoreguojant kitus komponentus formulėje, HPMC vandens sulaikymo poveikis gali pagerinti aukštos temperatūros aplinkoje. Pavyzdžiui, sureguliavus klampumo modifikatorių formulėje arba pasirinkdami žemai trunkantį tirpiklį, HPMC vandens susilaikymą galima pagerinti tam tikru mastu, sumažinant temperatūros padidėjimo poveikį vandens garinimui.
3. Įtakos veiksniai
Temperatūros poveikis HPMC vandens sulaikymui priklauso ne tik nuo pačios aplinkos temperatūros, bet ir nuo molekulinės masės, pakaitalų laipsnio, tirpalo koncentracijos ir kitų HPMC veiksnių. Pavyzdžiui:
Molekulinė svoris:HPMC Didesnė molekulinė masė paprastai turi stipresnį vandens sulaikymą, nes tinklo struktūra, kurią tirpale susidaro didelės molekulinės masės grandinės, gali efektyviau absorbuoti ir išlaikyti vandenį.
Pakaitalo laipsnis: HPMC metilinimo laipsnis ir hidroksipropilacijos laipsnis turės įtakos jo sąveikai su vandens molekulėmis ir taip paveiks vandens sulaikymą. Paprastai tariant, aukštesnis pakeitimo laipsnis gali padidinti HPMC hidrofiliškumą, taip pagerindamas jo vandens susilaikymą.
Sprendimo koncentracija: HPMC koncentracija taip pat turi įtakos jo vandens sulaikymui. Didesnė HPMC tirpalų koncentracija paprastai turi geresnį vandens sulaikymo poveikį, nes didelė HPMC koncentracija gali išlaikyti vandenį per stipresnę tarpmolekulinę sąveiką.
Tarp vandens sulaikymo yra sudėtingas ryšysHPMCir temperatūra. Padidėjusi temperatūra paprastai skatina HPMC tirpumą ir gali pagerinti vandens sulaikymą, tačiau per aukšta temperatūra sunaikins HPMC molekulinę struktūrą, sumažins jo gebėjimą jungtis prie vandens ir taip paveiks jo vandens sulaikymo poveikį. Norint pasiekti geriausią vandens sulaikymo efektyvumą skirtingomis temperatūros sąlygomis, būtina pasirinkti atitinkamą HPMC tipą pagal konkrečius taikymo reikalavimus ir pagrįstai pakoreguoti jo naudojimo sąlygas. Be to, kiti formulės ir temperatūros kontrolės strategijų komponentai taip pat gali pagerinti HPMC vandens sulaikymą aukštos temperatūros aplinkoje tam tikru mastu.
Pašto laikas: 2012 m. Lapkričio 11 d