Hidroxipropil metilcel·lulosa (HPMC) és un polímer soluble en aigua, molt utilitzat en productes farmacèutics, cosmètics, aliments i camps industrials, especialment en la preparació de gels. Les seves propietats físiques i el seu comportament de dissolució tenen un impacte significatiu en l'efectivitat en diferents aplicacions. La temperatura de gelació del gel HPMC és una de les seves propietats físiques clau, que afecta directament el seu rendiment en diverses preparacions, com ara llançament controlat, formació de pel·lícules, estabilitat, etc.
1. Estructura i propietats de HPMC
HPMC és un polímer soluble en aigua obtingut introduint dos substituents, hidroxipropil i metil, a l’esquelet molecular de cel·lulosa. La seva estructura molecular conté dos tipus de substituents: hidroxipropil (-CH2CHOHCH3) i metil (-CH3). Factors com diferents continguts d’hidroxipropil, grau de metilació i grau de polimerització tindran un impacte important en la solubilitat, el comportament de gelificació i les propietats mecàniques de l’HPMC.
En solucions aquoses, ANSNINCEL®HPMC forma solucions col·loïdals estables formant enllaços d’hidrogen amb molècules d’aigua i interactuant amb el seu esquelet basat en cel·lulosa. Quan l’entorn extern (com la temperatura, la força iònica, etc.) canvia, la interacció entre les molècules HPMC canviarà, donant lloc a la gelació.
2. Definició i influència de factors de la temperatura de la gelació
La temperatura de gelació (temperatura de gelat, T_GEL) fa referència a la temperatura a la qual la solució HPMC comença a passar de líquid a sòlid quan la temperatura de la solució puja a un nivell determinat. A aquesta temperatura, es restringirà el moviment de les cadenes moleculars de HPMC, formant una estructura de xarxa tridimensional, donant lloc a una substància similar al gel.
La temperatura de gelació de HPMC està 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 pes molecular, concentració de solució, valor de pH, tipus de dissolvent, 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 gelació 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’estenguin encara més, reduint així la força de la interacció entre les cadenes moleculars. Dins d’un determinat rang de concentració, l’augment del contingut d’hidroxipropil ajuda a millorar el grau d’hidratació i afavoreix la disposició mútua de les cadenes moleculars, de manera que es pot formar una estructura de xarxa a una temperatura més alta. Per tant, la temperatura de gelació sol augmentar amb la hidroxipropil augmenta amb el contingut creixent.
El HPMC amb un contingut més gran d’hidroxipropil (com HPMC K15M) tendeix a presentar una temperatura de gelació més elevada a la mateixa concentració que l’Anxincel®HPMC amb un menor contingut d’hidroxipropil (com ara HPMC K4M). Això es deu al fet que el contingut més elevat d’hidroxipropil fa que sigui més difícil que les molècules interaccionin i formin xarxes a temperatures més baixes, requerint temperatures més altes per superar aquesta hidratació i promoure interaccions intermoleculars per formar una estructura de xarxa tridimensional. .
3.2 Relació entre el contingut d’hidroxipropil i la concentració de solucions
La concentració de solucions també és un factor important que afecta la temperatura de gelació de HPMC. En les solucions HPMC d’alta concentració, les interaccions intermoleculars són més fortes, de manera que la temperatura de gelació pot ser més alta fins i tot si el contingut d’hidroxipropil és menor. A baixes concentracions, la interacció entre les molècules HPMC és feble i la solució és més probable que s’enroti a temperatures més baixes.
Quan el contingut d’hidroxipropil augmenta, tot i que la hidrofilicitat augmenta, encara es requereix una temperatura més alta per formar un gel. Sobretot en condicions de concentració baixa, la temperatura de la gelació augmenta més significativament. Això es deu al fet que l’HPMC amb alt contingut en hidroxipropil és més difícil induir interaccions entre les cadenes moleculars mitjançant canvis de temperatura i el procés de gelat requereix energia tèrmica addicional per superar l’efecte d’hidratació.
3.3 Efecte del contingut d’hidroxipropil sobre el procés de gelació
Dins d’un determinat rang de contingut d’hidroxipropil, el procés de gelació està dominat per la interacció entre la hidratació i les cadenes moleculars. Quan el contingut d’hidroxipropil de la molècula HPMC és baix, la hidratació és feble, la interacció entre molècules és forta i una temperatura inferior 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 la gelació augmenta.
El major contingut d’hidroxipropil també pot comportar un augment de la viscositat de la solució HPMC, un canvi que de vegades augmenta la temperatura d’inici de la gelació.
El contingut d’hidroxipropil té un impacte significatiu en la temperatura de la gelació deHpmc. A mesura que el contingut d’hidroxipropil augmenta, la hidrofilicitat de l’HPMC augmenta i la interacció entre les cadenes moleculars es debilita, de manera que la temperatura de gelació sol augmentar. Aquest fenomen es pot explicar pel mecanisme d’interacció entre hidratació i cadenes moleculars. Ajustant el contingut d’hidroxipropil de HPMC, es pot aconseguir un control precís de la temperatura de gelació, optimitzant així el rendiment de HPMC en aplicacions farmacèutiques, alimentàries i altres aplicacions industrials.
Post Horari: 04 de gener de 2015