Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) je běžně používaný ve vodě rozpustný polymer, široce používaný ve farmacii, kosmetice, potravinářství a průmyslu, zejména při přípravě gelů. Jeho fyzikální vlastnosti a chování při rozpouštění mají významný vliv na účinnost v různých aplikacích. Teplota gelovatění HPMC gelu je jednou z jeho klíčových fyzikálních vlastností, která přímo ovlivňuje jeho výkonnost v různých přípravcích, jako je řízené uvolňování, tvorba filmu, stabilita atd.
1. Struktura a vlastnosti HPMC
HPMC je ve vodě rozpustný polymer získaný zavedením dvou substituentů, hydroxypropylu a methylu, do molekulárního skeletu celulózy. Jeho molekulární struktura obsahuje dva typy substituentů: hydroxypropyl (-CH2CHOHCH3) a methyl (-CH3). Faktory jako rozdílný obsah hydroxypropylu, stupeň methylace a stupeň polymerace budou mít důležitý dopad na rozpustnost, gelovatění a mechanické vlastnosti HPMC.
Ve vodných roztocích tvoří AnxinCel®HPMC stabilní koloidní roztoky vytvářením vodíkových vazeb s molekulami vody a interakcí s jeho celulózovým skeletem. Když se změní vnější prostředí (jako je teplota, iontová síla atd.), změní se interakce mezi molekulami HPMC, což má za následek gelovatění.
2. Definice a ovlivňující faktory teploty gelovatění
Teplota gelace (Teplota gelace, T_gel) označuje teplotu, při které roztok HPMC začíná přecházet z kapaliny na pevnou látku, když teplota roztoku stoupne na určitou úroveň. Při této teplotě bude pohyb molekulárních řetězců HPMC omezen a vytvoří se trojrozměrná síťová struktura, což má za následek gelovitou látku.
Teplotu gelovatění HPMC ovlivňuje mnoho faktorů, jedním z nejdůležitějších faktorů je obsah hydroxypropylu. Kromě obsahu hydroxypropylu jsou dalšími faktory, které ovlivňují teplotu gelu, molekulová hmotnost, koncentrace roztoku, hodnota pH, typ rozpouštědla, iontová síla atd.
3. Vliv obsahu hydroxypropylu na teplotu HPMC gelu
3.1 Zvýšení obsahu hydroxypropylu vede ke zvýšení teploty gelu
Teplota gelovatění HPMC úzce souvisí se stupněm hydroxypropylové substituce v její molekule. Se zvyšujícím se obsahem hydroxypropylu se zvyšuje počet hydrofilních substituentů na molekulárním řetězci HPMC, což vede ke zvýšené interakci mezi molekulou a vodou. Tato interakce způsobuje, že se molekulární řetězce dále natahují, čímž se snižuje síla interakce mezi molekulárními řetězci. Zvýšení obsahu hydroxypropylu v určitém koncentračním rozmezí pomáhá zvýšit stupeň hydratace a podporuje vzájemné uspořádání molekulových řetězců, takže při vyšší teplotě může vzniknout síťová struktura. Proto se teplota gelovatění obvykle zvyšuje se zvyšujícím se obsahem hydroxypropylu.
HPMC s vyšším obsahem hydroxypropylu (jako HPMC K15M) má tendenci vykazovat vyšší teplotu gelovatění při stejné koncentraci než AnxinCel®HPMC s nižším obsahem hydroxypropylu (jako HPMC K4M). Je tomu tak proto, že vyšší obsah hydroxypropylu ztěžuje molekulám interakci a vytváření sítí při nižších teplotách, což vyžaduje vyšší teploty k překonání této hydratace a podpoře intermolekulárních interakcí k vytvoření trojrozměrné síťové struktury. .
3.2 Vztah mezi obsahem hydroxypropylu a koncentrací roztoku
Koncentrace roztoku je také důležitým faktorem ovlivňujícím teplotu gelovatění HPMC. V roztocích HPMC s vysokou koncentrací jsou mezimolekulární interakce silnější, takže teplota gelovatění může být vyšší, i když je obsah hydroxypropylu nižší. Při nízkých koncentracích je interakce mezi molekulami HPMC slabá a roztok s větší pravděpodobností gelovatí při nižších teplotách.
Když se zvýší obsah hydroxypropylu, i když se hydrofilita zvýší, je stále zapotřebí vyšší teplota pro vytvoření gelu. Zejména za podmínek nízké koncentrace se teplota gelovatění výrazněji zvyšuje. Je to proto, že HPMC s vysokým obsahem hydroxypropylu je obtížnější vyvolat interakce mezi molekulárními řetězci prostřednictvím teplotních změn a proces gelovatění vyžaduje další tepelnou energii k překonání hydratačního účinku.
3.3 Vliv obsahu hydroxypropylu na proces gelovatění
V určitém rozmezí obsahu hydroxypropylu dominuje procesu gelovatění interakce mezi hydratací a molekulárními řetězci. Když je obsah hydroxypropylu v molekule HPMC nízký, hydratace je slabá, interakce mezi molekulami je silná a nižší teplota může podporovat tvorbu gelu. Když je obsah hydroxypropylu vyšší, hydratace se výrazně zvýší, interakce mezi molekulárními řetězci se zeslabuje a teplota gelovatění se zvyšuje.
Vyšší obsah hydroxypropylu může také vést ke zvýšení viskozity roztoku HPMC, což je změna, která někdy zvyšuje teplotu začátku gelovatění.
Obsah hydroxypropylu má významný vliv na teplotu gelovatěníHPMC. Se zvyšujícím se obsahem hydroxypropylu se zvyšuje hydrofilita HPMC a slábne interakce mezi molekulárními řetězci, takže teplota jeho gelovatění se obvykle zvyšuje. Tento jev lze vysvětlit mechanismem interakce mezi hydratací a molekulárními řetězci. Úpravou obsahu hydroxypropylu v HPMC lze dosáhnout přesné kontroly teploty gelovatění, čímž se optimalizuje výkon HPMC ve farmaceutických, potravinářských a jiných průmyslových aplikacích.
Čas odeslání: leden-04-2025