Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) adalah sebatian polimer yang biasa digunakan, digunakan secara meluas dalam pembinaan, farmaseutikal, makanan dan industri lain. Sebagai polimer larut air, HPMC mempunyai sifat pengekalan air, pembentukan filem, pemekatan dan pengemulsi yang sangat baik. Pengekalan airnya adalah salah satu sifat pentingnya dalam banyak aplikasi, terutamanya dalam bahan seperti simen, mortar dan salutan dalam industri pembinaan, yang boleh melambatkan penyejatan air dan meningkatkan prestasi pembinaan dan kualiti produk akhir. Walau bagaimanapun, pengekalan air HPMC berkait rapat dengan perubahan suhu dalam persekitaran luaran, dan memahami hubungan ini adalah penting untuk aplikasinya dalam bidang yang berbeza.
1. Struktur dan pengekalan air HPMC
HPMC dibuat melalui pengubahsuaian kimia selulosa semula jadi, terutamanya dengan pengenalan kumpulan hidroksipropil (-C3H7OH) dan metil (-CH3) ke dalam rantai selulosa, yang memberikan sifat keterlarutan dan peraturan yang baik. Kumpulan hidroksil (-OH) dalam molekul HPMC boleh membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air. Oleh itu, HPMC boleh menyerap air dan bergabung dengan air, menunjukkan pengekalan air.
Pengekalan air merujuk kepada keupayaan bahan untuk mengekalkan air. Bagi HPMC, ia ditunjukkan terutamanya dalam keupayaannya untuk mengekalkan kandungan air dalam sistem melalui penghidratan, terutamanya dalam persekitaran suhu tinggi atau kelembapan tinggi, yang secara berkesan boleh menghalang kehilangan air yang cepat dan mengekalkan kebolehbasahan bahan tersebut. Oleh kerana penghidratan dalam molekul HPMC berkait rapat dengan interaksi struktur molekulnya, perubahan suhu secara langsung akan menjejaskan kapasiti penyerapan air dan pengekalan air HPMC.
2. Kesan suhu ke atas pengekalan air HPMC
Hubungan antara pengekalan air HPMC dan suhu boleh dibincangkan dari dua aspek: satu ialah kesan suhu pada keterlarutan HPMC, dan satu lagi ialah kesan suhu pada struktur molekul dan penghidratannya.
2.1 Kesan suhu ke atas keterlarutan HPMC
Keterlarutan HPMC dalam air adalah berkaitan dengan suhu. Secara amnya, keterlarutan HPMC meningkat dengan peningkatan suhu. Apabila suhu meningkat, molekul air mendapat lebih banyak tenaga haba, mengakibatkan interaksi antara molekul air menjadi lemah, seterusnya menggalakkan pembubaran HPMC. Bagi HPMC, peningkatan suhu mungkin memudahkan untuk membentuk larutan koloid, dengan itu meningkatkan pengekalan airnya di dalam air.
Walau bagaimanapun, suhu yang terlalu tinggi boleh meningkatkan kelikatan larutan HPMC, menjejaskan sifat reologi dan keterserakannya. Walaupun kesan ini positif untuk peningkatan keterlarutan, suhu yang terlalu tinggi boleh mengubah kestabilan struktur molekulnya dan membawa kepada penurunan pengekalan air.
2.2 Kesan suhu ke atas struktur molekul HPMC
Dalam struktur molekul HPMC, ikatan hidrogen terutamanya terbentuk dengan molekul air melalui kumpulan hidroksil, dan ikatan hidrogen ini penting untuk pengekalan air HPMC. Apabila suhu meningkat, kekuatan ikatan hidrogen mungkin berubah, mengakibatkan daya ikatan yang lemah antara molekul HPMC dan molekul air, sekali gus menjejaskan pengekalan airnya. Secara khusus, peningkatan suhu akan menyebabkan ikatan hidrogen dalam molekul HPMC tercerai, seterusnya mengurangkan penyerapan air dan kapasiti pengekalan airnya.
Di samping itu, kepekaan suhu HPMC juga dicerminkan dalam tingkah laku fasa penyelesaiannya. HPMC dengan berat molekul yang berbeza dan kumpulan substituen yang berbeza mempunyai sensitiviti haba yang berbeza. Secara umumnya, HPMC berat molekul rendah lebih sensitif terhadap suhu, manakala HPMC berat molekul tinggi mempamerkan prestasi yang lebih stabil. Oleh itu, dalam aplikasi praktikal, adalah perlu untuk memilih jenis HPMC yang sesuai mengikut julat suhu tertentu untuk memastikan pengekalan airnya pada suhu kerja.
2.3 Kesan suhu ke atas penyejatan air
Dalam persekitaran suhu tinggi, pengekalan air HPMC akan terjejas oleh penyejatan air dipercepatkan yang disebabkan oleh peningkatan suhu. Apabila suhu luaran terlalu tinggi, air dalam sistem HPMC lebih berkemungkinan menyejat. Walaupun HPMC boleh mengekalkan air pada tahap tertentu melalui struktur molekulnya, suhu yang terlalu tinggi boleh menyebabkan sistem kehilangan air lebih cepat daripada kapasiti pengekalan air HPMC. Dalam kes ini, pengekalan air HPMC dihalang, terutamanya dalam suhu tinggi dan persekitaran kering.
Untuk mengurangkan masalah ini, beberapa kajian telah menunjukkan bahawa menambah humektan yang sesuai atau melaraskan komponen lain dalam formula boleh meningkatkan kesan pengekalan air HPMC dalam persekitaran suhu tinggi. Sebagai contoh, dengan melaraskan pengubah kelikatan dalam formula atau memilih pelarut meruap rendah, pengekalan air HPMC boleh dipertingkatkan ke tahap tertentu, mengurangkan kesan peningkatan suhu ke atas penyejatan air.
3. Faktor yang mempengaruhi
Kesan suhu pada pengekalan air HPMC bergantung bukan sahaja pada suhu ambien itu sendiri, tetapi juga pada berat molekul, tahap penggantian, kepekatan larutan dan faktor lain HPMC. Contohnya:
Berat molekul:HPMC dengan berat molekul yang lebih tinggi biasanya mempunyai pengekalan air yang lebih kuat, kerana struktur rangkaian yang dibentuk oleh rantaian berat molekul tinggi dalam larutan boleh menyerap dan mengekalkan air dengan lebih berkesan.
Darjah penggantian: Tahap metilasi dan hidroksipropilasi HPMC akan menjejaskan interaksinya dengan molekul air, sekali gus menjejaskan pengekalan air. Secara umumnya, tahap penggantian yang lebih tinggi boleh meningkatkan hidrofilik HPMC, dengan itu meningkatkan pengekalan airnya.
Kepekatan larutan: Kepekatan HPMC juga mempengaruhi pengekalan airnya. Kepekatan larutan HPMC yang lebih tinggi biasanya mempunyai kesan pengekalan air yang lebih baik, kerana kepekatan tinggi HPMC boleh mengekalkan air melalui interaksi antara molekul yang lebih kuat.
Terdapat hubungan yang kompleks antara pengekalan airHPMCdan suhu. Peningkatan suhu biasanya menggalakkan keterlarutan HPMC dan boleh membawa kepada pengekalan air yang lebih baik, tetapi suhu yang terlalu tinggi akan memusnahkan struktur molekul HPMC, mengurangkan keupayaannya untuk mengikat air, dan dengan itu menjejaskan kesan pengekalan airnya. Untuk mencapai prestasi pengekalan air yang terbaik di bawah keadaan suhu yang berbeza, adalah perlu untuk memilih jenis HPMC yang sesuai mengikut keperluan aplikasi tertentu dan melaraskan keadaan penggunaannya secara munasabah. Selain itu, komponen lain dalam formula dan strategi kawalan suhu juga boleh meningkatkan pengekalan air HPMC dalam persekitaran suhu tinggi pada tahap tertentu.
Masa siaran: Nov-11-2024