Hidroxipropil metilcel·lulosa (HPMC) és un polímer soluble en aigua d'ús comú, molt utilitzat en camps farmacèutics, cosmètics, alimentaris i industrials, especialment en la preparació de gels. Les seves propietats físiques i el seu comportament de dissolució tenen un impacte significatiu en l'eficàcia en diferents aplicacions. La temperatura de gelificació del gel HPMC és una de les seves propietats físiques clau, que afecta directament el seu rendiment en diverses preparacions, com ara l'alliberament controlat, la formació de pel·lícules, l'estabilitat, etc.
1. Estructura i propietats de HPMC
HPMC és un polímer soluble en aigua que s'obté mitjançant la introducció de dos substituents, hidroxipropil i metil, a l'esquelet molecular de la cel·lulosa. La seva estructura molecular conté dos tipus de substituents: hidroxipropil (-CH2CHOHCH3) i metil (-CH3). Factors com el contingut d'hidroxipropil diferent, el grau de metilació i el grau de polimerització tindran un impacte important en la solubilitat, el comportament de gelificació i les propietats mecàniques de HPMC.
En solucions aquoses, AnxinCel®HPMC forma solucions col·loïdals estables formant enllaços d'hidrogen amb molècules d'aigua i interactuant amb el seu esquelet a base de cel·lulosa. Quan l'entorn extern (com la temperatura, la força iònica, etc.) canvia, la interacció entre les molècules d'HPMC canviarà, donant lloc a la gelificació.
2. Definició i factors d'influència de la temperatura de gelificació
La temperatura de gelificació (Gelation Temperature, T_gel) es refereix a la temperatura a la qual la solució HPMC comença a passar de líquid a sòlid quan la temperatura de la solució augmenta a un cert nivell. A aquesta temperatura, el moviment de les cadenes moleculars HPMC es restringirà, formant una estructura de xarxa tridimensional, donant lloc a una substància semblant a un gel.
La temperatura de gelificació de HPMC es veu afectada per molts factors, un dels factors més importants és el contingut d'hidroxipropil. A més del contingut d'hidroxipropil, altres factors que afecten la temperatura del gel inclouen el pes molecular, la concentració de la solució, el valor del pH, el tipus de dissolvent, la força iònica, etc.
3. Efecte del contingut d'hidroxipropil sobre la temperatura del gel HPMC
3.1 L'augment del contingut d'hidroxipropil comporta un augment de la temperatura del gel
La temperatura de gelificació de HPMC està estretament relacionada amb el grau de substitució d'hidroxipropil a la seva molècula. A mesura que augmenta el contingut d'hidroxipropil, augmenta el nombre de substituents hidròfils a la cadena molecular HPMC, donant lloc a una interacció millorada entre la molècula i l'aigua. Aquesta interacció fa que les cadenes moleculars s'estiren encara més, reduint així la força de la interacció entre les cadenes moleculars. Dins d'un determinat rang de concentració, augmentar el contingut d'hidroxipropil ajuda a millorar el grau d'hidratació i afavoreix la disposició mútua de cadenes moleculars, de manera que es pot formar una estructura de xarxa a una temperatura més alta. Per tant, la temperatura de gelificació sol augmentar amb l'augment del contingut d'hidroxipropil.
L'HPMC amb un contingut d'hidroxipropil més alt (com HPMC K15M) tendeix a mostrar una temperatura de gelificació més alta a la mateixa concentració que l'AnxinCel®HPMC amb un contingut d'hidroxipropil més baix (com l'HPMC K4M). Això es deu al fet que el contingut d'hidroxipropil més alt fa que sigui més difícil que les molècules interaccionin i formin xarxes a temperatures més baixes, la qual cosa requereix temperatures més altes per superar aquesta hidratació i promoure les interaccions intermoleculars per formar una estructura de xarxa tridimensional. .
3.2 Relació entre el contingut d'hidroxipropil i la concentració de la solució
La concentració de la solució també és un factor important que afecta la temperatura de gelificació de HPMC. En solucions HPMC d'alta concentració, les interaccions intermoleculars són més fortes, de manera que la temperatura de gelificació pot ser més alta fins i tot si el contingut d'hidroxipropil és més baix. A concentracions baixes, la interacció entre les molècules HPMC és feble i és més probable que la solució es gelifiqui a temperatures més baixes.
Quan augmenta el contingut d'hidroxipropil, encara que augmenta la hidrofilicitat, encara es requereix una temperatura més alta per formar un gel. Especialment en condicions de baixa concentració, la temperatura de gelificació augmenta de manera més significativa. Això es deu al fet que HPMC amb un alt contingut en hidroxipropil és més difícil d'induir interaccions entre cadenes moleculars mitjançant canvis de temperatura i el procés de gelificació requereix energia tèrmica addicional per superar l'efecte d'hidratació.
3.3 Efecte del contingut d'hidroxipropil en el procés de gelificació
Dins d'un cert rang de contingut d'hidroxipropil, el procés de gelificació està dominat per la interacció entre la hidratació i les cadenes moleculars. Quan el contingut d'hidroxipropil a la molècula HPMC és baix, la hidratació és feble, la interacció entre les molècules és forta i una temperatura més baixa pot promoure la formació de gel. Quan el contingut d'hidroxipropil és més elevat, la hidratació es millora significativament, la interacció entre les cadenes moleculars es fa més feble i la temperatura de gelificació augmenta.
Un contingut més elevat d'hidroxipropil també pot provocar un augment de la viscositat de la solució HPMC, un canvi que de vegades augmenta la temperatura d'inici de la gelificació.
El contingut d'hidroxipropil té un impacte significatiu en la temperatura de gelificacióHPMC. A mesura que augmenta el contingut d'hidroxipropil, augmenta la hidrofilicitat de les HPMC i la interacció entre cadenes moleculars es debilita, de manera que la seva temperatura de gelificació sol augmentar. Aquest fenomen es pot explicar pel mecanisme d'interacció entre la hidratació i les cadenes moleculars. Ajustant el contingut d'hidroxipropil de HPMC, es pot aconseguir un control precís de la temperatura de gelificació, optimitzant així el rendiment de HPMC en aplicacions farmacèutiques, alimentàries i altres aplicacions industrials.
Hora de publicació: 04-gen-2025