تأثير محتوى الهيدروكسي بروبيل على درجة حرارة هلام HPMC

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هو بوليمر قابل للذوبان في الماء شائع الاستخدام، ويستخدم على نطاق واسع في الأدوية ومستحضرات التجميل والمواد الغذائية والمجالات الصناعية، وخاصة في تحضير المواد الهلامية. خصائصه الفيزيائية وسلوك الذوبان لها تأثير كبير على الفعالية في التطبيقات المختلفة. تعد درجة حرارة هلام HPMC إحدى خصائصه الفيزيائية الرئيسية، والتي تؤثر بشكل مباشر على أدائه في الاستعدادات المختلفة، مثل الإطلاق المتحكم فيه، وتكوين الفيلم، والاستقرار، وما إلى ذلك.

1. هيكل وخصائص HPMC

HPMC عبارة عن بوليمر قابل للذوبان في الماء يتم الحصول عليه عن طريق إدخال بديلين، هيدروكسي بروبيل وميثيل، في الهيكل الجزيئي السليلوز. يحتوي تركيبه الجزيئي على نوعين من البدائل: هيدروكسي بروبيل (-CH2CHOHCH3) وميثيل (-CH3). سيكون لعوامل مثل محتوى الهيدروكسي بروبيل المختلف ودرجة المثيلة ودرجة البلمرة تأثيرًا مهمًا على قابلية الذوبان وسلوك التبلور والخواص الميكانيكية لـ HPMC.

في المحاليل المائية، يشكل AnxinCel®HPMC محاليل غروانية مستقرة عن طريق تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء والتفاعل مع هيكلها القائم على السليلوز. عندما تتغير البيئة الخارجية (مثل درجة الحرارة، والقوة الأيونية، وما إلى ذلك)، فإن التفاعل بين جزيئات HPMC سيتغير، مما يؤدي إلى تكوين هلام.

2. التعريف والعوامل المؤثرة في درجة حرارة التبلور

تشير درجة حرارة الجيلاتين (درجة حرارة الجيلاتين، T_gel) إلى درجة الحرارة التي يبدأ عندها محلول HPMC بالانتقال من السائل إلى الصلب عندما ترتفع درجة حرارة المحلول إلى مستوى معين. عند درجة الحرارة هذه، سيتم تقييد حركة السلاسل الجزيئية HPMC، مما يشكل بنية شبكة ثلاثية الأبعاد، مما يؤدي إلى مادة تشبه الهلام.

تتأثر درجة حرارة تكوين HPMC بعدة عوامل، أحد أهم العوامل هو محتوى الهيدروكسي بروبيل. بالإضافة إلى محتوى الهيدروكسي بروبيل، تشمل العوامل الأخرى التي تؤثر على درجة حرارة الجل الوزن الجزيئي، وتركيز المحلول، وقيمة الرقم الهيدروجيني، ونوع المذيب، والقوة الأيونية، وما إلى ذلك.

3. تأثير محتوى الهيدروكسي بروبيل على درجة حرارة هلام HPMC

3.1 تؤدي الزيادة في محتوى الهيدروكسي بروبيل إلى زيادة درجة حرارة الهلام

ترتبط درجة حرارة هلام HPMC ارتباطًا وثيقًا بدرجة استبدال الهيدروكسي بروبيل في جزيئه. مع زيادة محتوى الهيدروكسي بروبيل، يزداد عدد البدائل المحبة للماء في السلسلة الجزيئية HPMC، مما يؤدي إلى تعزيز التفاعل بين الجزيء والماء. يؤدي هذا التفاعل إلى تمدد السلاسل الجزيئية بشكل أكبر، مما يقلل من قوة التفاعل بين السلاسل الجزيئية. ضمن نطاق تركيز معين، تساعد زيادة محتوى الهيدروكسي بروبيل على تعزيز درجة الترطيب وتعزيز الترتيب المتبادل للسلاسل الجزيئية، بحيث يمكن تشكيل بنية الشبكة عند درجة حرارة أعلى. لذلك، عادة ما تزداد درجة حرارة التبلور مع ارتفاع الهيدروكسي بروبيل مع زيادة المحتوى.

يميل HPMC الذي يحتوي على محتوى هيدروكسي بروبيل أعلى (مثل HPMC K15M) إلى إظهار درجة حرارة هلام أعلى بنفس التركيز من AnxinCel®HPMC مع محتوى هيدروكسي بروبيل أقل (مثل HPMC K4M). وذلك لأن المحتوى العالي من الهيدروكسي بروبيل يجعل من الصعب على الجزيئات التفاعل وتشكيل شبكات عند درجات حرارة منخفضة، مما يتطلب درجات حرارة أعلى للتغلب على هذا الترطيب وتعزيز التفاعلات بين الجزيئات لتشكيل بنية شبكة ثلاثية الأبعاد. .

3.2 العلاقة بين محتوى الهيدروكسي بروبيل وتركيز المحلول

يعد تركيز المحلول أيضًا عاملاً مهمًا يؤثر على درجة حرارة هلام HPMC. في محاليل HPMC عالية التركيز، تكون التفاعلات بين الجزيئات أقوى، لذلك قد تكون درجة حرارة الجيل أعلى حتى لو كان محتوى الهيدروكسي بروبيل أقل. عند التركيزات المنخفضة، يكون التفاعل بين جزيئات HPMC ضعيفًا، ومن المرجح أن يتماسك المحلول عند درجات حرارة منخفضة.

عندما يزيد محتوى الهيدروكسي بروبيل، على الرغم من زيادة محبة الماء، لا تزال هناك حاجة إلى درجة حرارة أعلى لتكوين مادة هلامية. خاصة في ظل ظروف التركيز المنخفض، تزيد درجة حرارة الجيل بشكل ملحوظ. وذلك لأن HPMC الذي يحتوي على نسبة عالية من الهيدروكسي بروبيل يكون أكثر صعوبة في تحفيز التفاعلات بين السلاسل الجزيئية من خلال التغيرات في درجات الحرارة، وتتطلب عملية الجيل طاقة حرارية إضافية للتغلب على تأثير الماء.

3.3 تأثير محتوى الهيدروكسي بروبيل على عملية التبلور

ضمن نطاق معين من محتوى الهيدروكسي بروبيل، يهيمن على عملية التبلور التفاعل بين الماء والسلاسل الجزيئية. عندما يكون محتوى الهيدروكسي بروبيل في جزيء HPMC منخفضًا، يكون الترطيب ضعيفًا، ويكون التفاعل بين الجزيئات قويًا، ويمكن أن تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى تعزيز تكوين الجل. عندما يكون محتوى الهيدروكسي بروبيل أعلى، يتم تعزيز الترطيب بشكل كبير، ويصبح التفاعل بين السلاسل الجزيئية أضعف، وتزداد درجة حرارة الجيل.

قد يؤدي ارتفاع محتوى الهيدروكسي بروبيل أيضًا إلى زيادة في لزوجة محلول HPMC، وهو تغيير يؤدي أحيانًا إلى زيادة درجة حرارة بداية التبلور.

محتوى الهيدروكسي بروبيل له تأثير كبير على درجة حرارة الجيلHPMC. مع زيادة محتوى الهيدروكسي بروبيل، تزداد محبة الماء لـ HPMC ويضعف التفاعل بين السلاسل الجزيئية، لذلك تزيد درجة حرارة تكوينه الجيلي عادةً. ويمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال آلية التفاعل بين الماء والسلاسل الجزيئية. من خلال ضبط محتوى الهيدروكسي بروبيل في HPMC، يمكن تحقيق التحكم الدقيق في درجة حرارة الجيلاتين، وبالتالي تحسين أداء HPMC في التطبيقات الصيدلانية والغذائية وغيرها من التطبيقات الصناعية.