Хидроксипропил метилцелулоза (НРМС) е често използвано полимерно съединение, широко използвано в строителството, фармацевтичната, хранителната и други индустрии. Като водоразтворим полимер HPMC има отлични водозадържащи, филмообразуващи, сгъстяващи и емулгиращи свойства. Неговото задържане на вода е едно от важните му свойства в много приложения, особено в материали като цимент, хоросан и покрития в строителната индустрия, което може да забави изпарението на водата и да подобри строителните характеристики и качеството на крайния продукт. Задържането на вода от HPMC обаче е тясно свързано с температурните промени във външната среда и разбирането на тази връзка е от решаващо значение за приложението му в различни области.
1. Структура и задържане на вода на HPMC
HPMC се получава чрез химическа модификация на естествена целулоза, главно чрез въвеждане на хидроксипропил (-C3H7OH) и метил (-CH3) групи в целулозната верига, което му придава добра разтворимост и регулаторни свойства. Хидроксилните групи (-OH) в молекулите на HPMC могат да образуват водородни връзки с водни молекули. Следователно HPMC може да абсорбира вода и да се комбинира с вода, показвайки задържане на вода.
Задържането на вода се отнася до способността на дадено вещество да задържа вода. За HPMC това се проявява главно в способността му да поддържа водното съдържание в системата чрез хидратация, особено при висока температура или среда с висока влажност, което може ефективно да предотврати бързата загуба на вода и да поддържа омокряемостта на веществото. Тъй като хидратацията в молекулите на НРМС е тясно свързана с взаимодействието на неговата молекулярна структура, температурните промени ще повлияят пряко на капацитета за абсорбиране на вода и задържането на вода на НРМС.
2. Ефект на температурата върху задържането на вода на HPMC
Връзката между задържането на вода на HPMC и температурата може да се обсъди от два аспекта: единият е ефектът на температурата върху разтворимостта на HPMC, а другият е ефектът на температурата върху неговата молекулна структура и хидратация.
2.1 Влияние на температурата върху разтворимостта на HPMC
Разтворимостта на HPMC във вода е свързана с температурата. Обикновено разтворимостта на HPMC нараства с повишаване на температурата. Когато температурата се повиши, водните молекули получават повече топлинна енергия, което води до отслабване на взаимодействието между водните молекули, като по този начин насърчава разтварянето на HPMC. За HPMC повишаването на температурата може да улесни образуването на колоиден разтвор, като по този начин засили задържането на вода във водата.
Твърде високата температура обаче може да повиши вискозитета на HPMC разтвора, засягайки неговите реологични свойства и диспергируемост. Въпреки че този ефект е положителен за подобряване на разтворимостта, твърде високата температура може да промени стабилността на неговата молекулярна структура и да доведе до намаляване на задържането на вода.
2.2 Ефект на температурата върху молекулярната структура на HPMC
В молекулярната структура на HPMC водородните връзки се образуват главно с водни молекули чрез хидроксилни групи и тази водородна връзка е от решаващо значение за задържането на вода на HPMC. С повишаването на температурата, силата на водородната връзка може да се промени, което води до отслабване на свързващата сила между HPMC молекулата и водната молекула, като по този начин засяга нейното задържане на вода. По-конкретно, повишаването на температурата ще доведе до дисоциация на водородните връзки в молекулата на HPMC, като по този начин ще намали нейния капацитет за абсорбиране на вода и задържане на вода.
В допълнение, температурната чувствителност на HPMC също се отразява във фазовото поведение на неговия разтвор. HPMC с различни молекулни тегла и различни групи заместители има различна термична чувствителност. Най-общо казано, HPMC с ниско молекулно тегло е по-чувствителен към температура, докато HPMC с високо молекулно тегло показва по-стабилна производителност. Следователно, в практическите приложения е необходимо да се избере подходящ тип HPMC според специфичния температурен диапазон, за да се осигури задържане на вода при работната температура.
2.3 Влияние на температурата върху изпарението на водата
В среда с висока температура, задържането на вода от HPMC ще бъде повлияно от ускореното изпаряване на водата, причинено от повишаването на температурата. Когато външната температура е твърде висока, е по-вероятно водата в HPMC системата да се изпари. Въпреки че HPMC може да задържа вода до известна степен чрез своята молекулярна структура, прекалено високата температура може да накара системата да загуби вода по-бързо от капацитета за задържане на вода на HPMC. В този случай задържането на вода от НРМС се инхибира, особено при висока температура и суха среда.
За да се облекчи този проблем, някои проучвания показват, че добавянето на подходящи овлажнители или коригирането на други компоненти във формулата може да подобри ефекта на задържане на вода на HPMC в среда с висока температура. Например, чрез регулиране на модификатора на вискозитета във формулата или чрез избор на нисколетлив разтворител, задържането на вода на HPMC може да се подобри до известна степен, намалявайки ефекта от повишаването на температурата върху изпарението на водата.
3. Влияещи фактори
Ефектът на температурата върху задържането на вода на HPMC зависи не само от самата температура на околната среда, но и от молекулното тегло, степента на заместване, концентрацията на разтвора и други фактори на HPMC. Например:
Молекулно тегло:HPMC с по-високо молекулно тегло обикновено има по-силно задържане на вода, тъй като мрежовата структура, образувана от вериги с високо молекулно тегло в разтвора, може да абсорбира и задържа вода по-ефективно.
Степен на заместване: Степента на метилиране и хидроксипропилиране на HPMC ще повлияе на неговото взаимодействие с водните молекули, като по този начин ще повлияе на задържането на вода. Най-общо казано, по-висока степен на заместване може да подобри хидрофилността на HPMC, като по този начин подобри задържането на вода.
Концентрация на разтвора: Концентрацията на HPMC също влияе върху задържането на вода. По-високите концентрации на HPMC разтвори обикновено имат по-добър ефект на задържане на вода, тъй като високите концентрации на HPMC могат да задържат вода чрез по-силни междумолекулни взаимодействия.
Съществува сложна връзка между задържането на водаHPMCи температура. Повишената температура обикновено насърчава разтворимостта на НРМС и може да доведе до подобрено задържане на вода, но твърде високата температура ще разруши молекулярната структура на НРМС, ще намали способността му да се свързва с вода и по този начин ще повлияе на неговия ефект на задържане на вода. За да се постигне най-доброто задържане на вода при различни температурни условия, е необходимо да се избере подходящият тип HPMC според специфичните изисквания на приложението и разумно да се коригират условията за употреба. В допълнение, други компоненти във формулата и стратегиите за контрол на температурата също могат да подобрят задържането на вода на HPMC в среда с висока температура до известна степен.
Време на публикуване: 11 ноември 2024 г