Хидроксипропил метилцелулоза (НРМС) е често използван водоразтворим полимер, широко използван във фармацевтиката, козметиката, храните и промишлеността, особено при приготвянето на гелове. Неговите физични свойства и поведение при разтваряне имат значително влияние върху ефективността при различни приложения. Температурата на желиране на HPMC гел е едно от неговите ключови физични свойства, което пряко влияе върху неговата ефективност в различни препарати, като контролирано освобождаване, образуване на филм, стабилност и др.
1. Структура и свойства на HPMC
HPMC е водоразтворим полимер, получен чрез въвеждане на два заместителя, хидроксипропил и метил, в молекулния скелет на целулозата. Молекулната му структура съдържа два вида заместители: хидроксипропил (-CH2CHOHCH3) и метил (-CH3). Фактори като различно съдържание на хидроксипропил, степен на метилиране и степен на полимеризация ще имат важно влияние върху разтворимостта, гелообразуването и механичните свойства на HPMC.
Във водни разтвори AnxinCel®HPMC образува стабилни колоидни разтвори чрез образуване на водородни връзки с водни молекули и взаимодействие със своя базиран на целулоза скелет. Когато външната среда (като температура, йонна сила и т.н.) се промени, взаимодействието между HPMC молекулите ще се промени, което ще доведе до желиране.
2. Определение и фактори, влияещи върху температурата на желиране
Температурата на желиране (Температура на желиране, T_gel) се отнася до температурата, при която HPMC разтворът започва да преминава от течно към твърдо състояние, когато температурата на разтвора се повиши до определено ниво. При тази температура движението на молекулните вериги HPMC ще бъде ограничено, образувайки триизмерна мрежеста структура, което води до гелоподобно вещество.
Температурата на желиране на HPMC се влияе от много фактори, един от най-важните фактори е съдържанието на хидроксипропил. В допълнение към съдържанието на хидроксипропил, други фактори, които влияят на температурата на гела, включват молекулно тегло, концентрация на разтвора, рН стойност, тип разтворител, йонна сила и др.
3. Ефект на съдържанието на хидроксипропил върху температурата на HPMC гел
3.1 Увеличаването на съдържанието на хидроксипропил води до повишаване на температурата на гела
Температурата на желиране на HPMC е тясно свързана със степента на хидроксипропилово заместване в неговата молекула. Тъй като съдържанието на хидроксипропил се увеличава, броят на хидрофилните заместители в НРМС молекулната верига се увеличава, което води до засилено взаимодействие между молекулата и водата. Това взаимодействие кара молекулярните вериги да се разтягат допълнително, като по този начин намалява силата на взаимодействието между молекулярните вериги. В рамките на определен диапазон на концентрация, увеличаването на съдържанието на хидроксипропил спомага за повишаване на степента на хидратация и насърчава взаимното подреждане на молекулните вериги, така че да може да се образува мрежова структура при по-висока температура. Следователно температурата на желиране обикновено се повишава с повишаването на хидроксипропила с увеличаване на съдържанието.
HPMC с по-високо съдържание на хидроксипропил (като HPMC K15M) има тенденция да показва по-висока температура на желиране при същата концентрация, отколкото AnxinCel®HPMC с по-ниско съдържание на хидроксипропил (като HPMC K4M). Това е така, защото по-високото съдържание на хидроксипропил прави по-трудно взаимодействието на молекулите и образуването на мрежи при по-ниски температури, което изисква по-високи температури за преодоляване на тази хидратация и насърчаване на междумолекулни взаимодействия за образуване на триизмерна мрежова структура. .
3.2 Връзка между съдържанието на хидроксипропил и концентрацията на разтвора
Концентрацията на разтвора също е важен фактор, влияещ върху температурата на желиране на HPMC. В HPMC разтвори с висока концентрация междумолекулните взаимодействия са по-силни, така че температурата на желиране може да бъде по-висока, дори ако съдържанието на хидроксипропил е по-ниско. При ниски концентрации взаимодействието между HPMC молекулите е слабо и е по-вероятно разтворът да се желира при по-ниски температури.
Когато съдържанието на хидроксипропил се увеличава, въпреки че хидрофилността се увеличава, все още е необходима по-висока температура за образуване на гел. Особено при условия на ниска концентрация, температурата на желиране се повишава значително. Това е така, защото HPMC с високо съдържание на хидроксипропил е по-трудно да предизвика взаимодействия между молекулните вериги чрез температурни промени и процесът на желиране изисква допълнителна топлинна енергия за преодоляване на ефекта на хидратация.
3.3 Ефект на съдържанието на хидроксипропил върху процеса на желиране
В рамките на определен диапазон от съдържание на хидроксипропил, процесът на желиране е доминиран от взаимодействието между хидратацията и молекулните вериги. Когато съдържанието на хидроксипропил в молекулата на HPMC е ниско, хидратацията е слаба, взаимодействието между молекулите е силно и по-ниската температура може да насърчи образуването на гел. Когато съдържанието на хидроксипропил е по-високо, хидратацията е значително повишена, взаимодействието между молекулните вериги става по-слабо и температурата на желиране се повишава.
По-високото съдържание на хидроксипропил може също да доведе до повишаване на вискозитета на HPMC разтвора, промяна, която понякога повишава началната температура на желиране.
Съдържанието на хидроксипропил има значително влияние върху температурата на желиране наHPMC. С увеличаване на съдържанието на хидроксипропил, хидрофилността на HPMC се увеличава и взаимодействието между молекулните вериги отслабва, така че температурата на желиране обикновено се повишава. Това явление може да се обясни с механизма на взаимодействие между хидратацията и молекулните вериги. Чрез регулиране на съдържанието на хидроксипропил в HPMC може да се постигне прецизен контрол на температурата на желиране, като по този начин се оптимизира работата на HPMC във фармацевтични, хранителни и други индустриални приложения.
Време на публикуване: 04 януари 2025 г