קשר בין שמירת מים לטמפרטורה של HPMC

1. מבנה ושמירת מים של HPMC

HPMC מיוצר על ידי שינוי כימי של תאית טבעית, בעיקר על ידי הצגת קבוצות הידרוקסיפרופיל (-C3H7OH) ומתיל (-CH3) לשרשרת התאית, המעניקה לה תכונות מסיסות ווויסות טובות. קבוצות ההידרוקסיל (-OH) במולקולות HPMC יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים. לכן HPMC יכול לספוג מים ולשלב עם מים, ומראה שמירת מים.

 

שמירת מים מתייחסת ליכולתו של חומר לשמור על מים. עבור HPMC, הוא בא לידי ביטוי בעיקר ביכולתו לשמור על תכולת המים במערכת באמצעות הידרציה, במיוחד בסביבות טמפרטורה או לחות גבוהה, שיכולות למנוע ביעילות אובדן מהיר של מים ולשמור על רטיבות החומר. מכיוון שההידרציה במולקולות HPMC קשורה קשר הדוק לאינטראקציה של המבנה המולקולרי שלה, שינויי הטמפרטורה ישפיעו ישירות על יכולת ספיגת המים ועל שמירת המים של HPMC.

 

2. השפעת הטמפרטורה על שמירת מים של HPMC

ניתן לדון במערכת היחסים בין שמירת המים של HPMC לטמפרטורה משני היבטים: האחד הוא השפעת הטמפרטורה על המסיסות של HPMC, והשני הוא השפעת הטמפרטורה על המבנה המולקולרי והידרציה שלו.

 

2.1 השפעת הטמפרטורה על מסיסות HPMC

המסיסות של HPMC במים קשורה לטמפרטורה. באופן כללי, המסיסות של HPMC עולה עם עליית הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה עולה, מולקולות מים זוכות לאנרגיה תרמית יותר, וכתוצאה מכך היחלשות האינטראקציה בין מולקולות מים, ובכך מקדמת את הפירוק של HPMCו עבור HPMC, עליית הטמפרטורה עשויה להקל על יצירת פיתרון קולואידי, ובכך לשפר את שמירת המים שלה במים.

 

עם זאת, טמפרטורה גבוהה מדי עשויה להגביר את הצמיגות של תמיסת HPMC, ולהשפיע על תכונותיו הריאולוגיות ועל פיזורו. למרות שהשפעה זו חיובית לשיפור המסיסות, טמפרטורה גבוהה מדי עשויה לשנות את היציבות של המבנה המולקולרי שלה ולהוביל לירידה בשמירת המים.

 

2.2 השפעת הטמפרטורה על המבנה המולקולרי של HPMC

במבנה המולקולרי של HPMC, קשרי מימן נוצרים בעיקר עם מולקולות מים דרך קבוצות הידרוקסיל, וקשר מימן זה הוא קריטי לשמירת המים של HPMC. ככל שהטמפרטורה עולה, חוזק הקשר המימן עשוי להשתנות, וכתוצאה מכך היחלשות כוח הכריכה בין מולקולת HPMC למולקולת המים, ובכך להשפיע על שמירת המים שלה. באופן ספציפי, עליית הטמפרטורה תגרום לניתוק קשרי המימן במולקולת HPMC, ובכך להפחית את ספיגת המים ויכולת שמירת המים שלה.

 

בנוסף, הרגישות לטמפרטורה של HPMC באה לידי ביטוי גם בהתנהגות הפאזה של הפיתרון שלה. ל- HPMC עם משקולות מולקולריות שונות וקבוצות תחליפים שונות יש רגישויות תרמיות שונות. באופן כללי, HPMC במשקל מולקולרי נמוך רגיש יותר לטמפרטורה, ואילו HPMC במשקל מולקולרי גבוה מציג ביצועים יציבים יותר. לפיכך, ביישומים מעשיים, יש צורך לבחור את סוג HPMC המתאים בהתאם לטווח הטמפרטורות הספציפי כדי להבטיח את שמירת המים שלו בטמפרטורת העבודה.

 

2.3 השפעת הטמפרטורה על אידוי המים

בסביבת הטמפרטורה הגבוהה, שמירת המים של HPMC תושפע מאידוי המים המואץ הנגרם כתוצאה מעליית הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה החיצונית גבוהה מדי, המים במערכת HPMC נוטים יותר להתאדות. למרות ש- HPMC יכול לשמור על מים במידה מסוימת באמצעות המבנה המולקולרי שלהם, טמפרטורה גבוהה מדי עלולה לגרום למערכת לאבד מים מהר יותר מאשר יכולת שמירת המים של HPMC. במקרה זה, שמירת המים של HPMC מעוכבת, במיוחד בסביבה טמפרטורה גבוהה וסביבה יבשה.

 

כדי להקל על בעיה זו, מחקרים מסוימים הראו כי הוספת חומרי הומטנט מתאימים או התאמת רכיבים אחרים בנוסחה יכולה לשפר את השפעת שמירת המים של HPMC בסביבה בטמפרטורה גבוהה. לדוגמה, על ידי התאמת שינוי צמיגות בנוסחה או בחירת ממס נדיף נמוך, ניתן לשפר במידה מסוימת את שמירת המים של HPMC, מה שמפחית את השפעת עליית הטמפרטורה על אידוי המים.