العلاقة بين احتباس الماء ودرجة حرارة HPMC

1. هيكل واحتباس الماء في HPMC

يتم تصنيع HPMC عن طريق التعديل الكيميائي للسليلوز الطبيعي، وذلك بشكل أساسي عن طريق إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل (-C3H7OH) والميثيل (-CH3) في سلسلة السليلوز، مما يمنحه خصائص جيدة للذوبان والتنظيم. يمكن لمجموعات الهيدروكسيل (-OH) الموجودة في جزيئات HPMC أن تشكل روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. ولذلك، HPMC يمكن أن تمتص الماء وتتحد مع الماء، مما يدل على احتباس الماء.

 

يشير احتباس الماء إلى قدرة المادة على الاحتفاظ بالمياه. بالنسبة لـ HPMC، يتجلى ذلك بشكل أساسي في قدرته على الحفاظ على محتوى الماء في النظام من خلال الترطيب، خاصة في بيئات درجة الحرارة العالية أو الرطوبة العالية، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال فقدان الماء السريع وتحافظ على قابلية بلل المادة. وبما أن الماء في جزيئات HPMC يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتفاعل تركيبها الجزيئي، فإن التغيرات في درجات الحرارة ستؤثر بشكل مباشر على قدرة امتصاص الماء واحتباس الماء في HPMC.

 

2. تأثير درجة الحرارة على احتباس الماء في HPMC

يمكن مناقشة العلاقة بين احتباس الماء في HPMC ودرجة الحرارة من جانبين: أحدهما هو تأثير درجة الحرارة على قابلية ذوبان HPMC، والآخر هو تأثير درجة الحرارة على التركيب الجزيئي والترطيب.

 

2.1 تأثير درجة الحرارة على ذوبان HPMC

ترتبط قابلية ذوبان HPMC في الماء بدرجة الحرارة. بشكل عام، تزداد قابلية ذوبان HPMC مع زيادة درجة الحرارة. عندما ترتفع درجة الحرارة، تكتسب جزيئات الماء المزيد من الطاقة الحرارية، مما يؤدي إلى إضعاف التفاعل بين جزيئات الماء، وبالتالي تعزيز تفكك HPMC. بالنسبة لـ HPMC، فإن الزيادة في درجة الحرارة قد تجعل من السهل تشكيل محلول غرواني، وبالتالي تعزيز احتباس الماء في الماء.

 

ومع ذلك، قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى زيادة لزوجة محلول HPMC، مما يؤثر على خصائصه الريولوجية وقابليته للتشتت. على الرغم من أن هذا التأثير إيجابي لتحسين القابلية للذوبان، إلا أن درجة الحرارة المرتفعة جدًا قد تغير من استقرار تركيبها الجزيئي وتؤدي إلى انخفاض في احتباس الماء.

 

2.2 تأثير درجة الحرارة على التركيب الجزيئي لـ HPMC

في التركيب الجزيئي لـ HPMC، تتشكل روابط الهيدروجين بشكل أساسي مع جزيئات الماء من خلال مجموعات الهيدروكسيل، وهذه الرابطة الهيدروجينية ضرورية للاحتفاظ بالماء في HPMC. مع ارتفاع درجة الحرارة، قد تتغير قوة الرابطة الهيدروجينية، مما يؤدي إلى إضعاف قوة الربط بين جزيء HPMC وجزيء الماء، مما يؤثر على احتباس الماء فيه. على وجه التحديد، فإن الزيادة في درجة الحرارة سوف تتسبب في تفكك الروابط الهيدروجينية في جزيء HPMC، مما يقلل من امتصاص الماء وقدرته على الاحتفاظ بالمياه.

 

بالإضافة إلى ذلك، تنعكس حساسية HPMC لدرجة الحرارة أيضًا في سلوك الطور لمحلولها. HPMC بأوزان جزيئية مختلفة ومجموعات بديلة مختلفة لها حساسيات حرارية مختلفة. بشكل عام، يعتبر HPMC ذو الوزن الجزيئي المنخفض أكثر حساسية لدرجة الحرارة، بينما يُظهر HPMC ذو الوزن الجزيئي العالي أداءً أكثر استقرارًا. لذلك، في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار نوع HPMC المناسب وفقًا لنطاق درجة الحرارة المحدد لضمان احتفاظه بالمياه عند درجة حرارة العمل.

 

2.3 تأثير درجة الحرارة على تبخر الماء

في بيئة درجة الحرارة المرتفعة، سوف يتأثر احتباس الماء في HPMC بتبخر الماء المتسارع الناتج عن الزيادة في درجة الحرارة. عندما تكون درجة الحرارة الخارجية مرتفعة جدًا، فمن المرجح أن يتبخر الماء الموجود في نظام HPMC. على الرغم من أن HPMC يمكنه الاحتفاظ بالمياه إلى حد ما من خلال بنيته الجزيئية، إلا أن درجة الحرارة المرتفعة بشكل مفرط قد تتسبب في فقدان النظام للمياه بشكل أسرع من قدرة HPMC على الاحتفاظ بالمياه. في هذه الحالة، يتم منع احتباس الماء في HPMC، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة والبيئة الجافة.

 

للتخفيف من هذه المشكلة، أظهرت بعض الدراسات أن إضافة المرطبات المناسبة أو تعديل المكونات الأخرى في الصيغة يمكن أن يحسن تأثير احتباس الماء لـ HPMC في بيئة ذات درجة حرارة عالية. على سبيل المثال، من خلال ضبط معدل اللزوجة في الصيغة أو اختيار مذيب منخفض التطاير، يمكن تحسين احتباس الماء في HPMC إلى حد ما، مما يقلل من تأثير زيادة درجة الحرارة على تبخر الماء.