Υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υδατοδιαλυτό πολυμερές, που χρησιμοποιείται ευρέως σε φαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά, τρόφιμα και βιομηχανικούς τομείς, ειδικά στην παρασκευή πηκτωμάτων. Οι φυσικές του ιδιότητες και η συμπεριφορά διάλυσης έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην αποτελεσματικότητα σε διάφορες εφαρμογές. Η θερμοκρασία ζελατινοποίησης της γέλης HPMC είναι μία από τις βασικές φυσικές της ιδιότητες, η οποία επηρεάζει άμεσα την απόδοσή της σε διάφορα παρασκευάσματα, όπως ελεγχόμενη αποδέσμευση, σχηματισμός φιλμ, σταθερότητα κ.λπ.
1. Δομή και ιδιότητες του HPMC
Το HPMC είναι ένα υδατοδιαλυτό πολυμερές που λαμβάνεται με την εισαγωγή δύο υποκαταστατών, του υδροξυπροπυλίου και του μεθυλίου, στον μοριακό σκελετό της κυτταρίνης. Η μοριακή του δομή περιέχει δύο τύπους υποκαταστατών: το υδροξυπροπύλιο (-CH2CHOHCH3) και το μεθύλιο (-CH3). Παράγοντες όπως η διαφορετική περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο, ο βαθμός μεθυλίωσης και ο βαθμός πολυμερισμού θα έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη διαλυτότητα, τη συμπεριφορά σχηματισμού γέλης και τις μηχανικές ιδιότητες του HPMC.
Σε υδατικά διαλύματα, το AnxinCel®HPMC σχηματίζει σταθερά κολλοειδή διαλύματα σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού και αλληλεπιδρώντας με τον σκελετό του που βασίζεται στην κυτταρίνη. Όταν το εξωτερικό περιβάλλον (όπως η θερμοκρασία, η ιοντική ισχύς κ.λπ.) αλλάζει, η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων HPMC θα αλλάξει, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ζελατινοποίησης.
2. Ορισμός και παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης
Η θερμοκρασία ζελατινοποίησης (Θερμοκρασία πηκτώματος, T_gel) αναφέρεται στη θερμοκρασία στην οποία το διάλυμα HPMC αρχίζει να μεταβαίνει από υγρό σε στερεό όταν η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται σε ένα ορισμένο επίπεδο. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η κίνηση των μοριακών αλυσίδων HPMC θα περιοριστεί, σχηματίζοντας μια τρισδιάστατη δομή δικτύου, με αποτέλεσμα μια ουσία που μοιάζει με γέλη.
Η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του HPMC επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες είναι η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο. Εκτός από την περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο, άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία της γέλης περιλαμβάνουν το μοριακό βάρος, τη συγκέντρωση διαλύματος, την τιμή του pH, τον τύπο του διαλύτη, την ιοντική ισχύ κ.λπ.
3. Επίδραση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο στη θερμοκρασία γέλης HPMC
3.1 Η αύξηση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας της γέλης
Η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του HPMC σχετίζεται στενά με τον βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στο μόριό του. Καθώς η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο αυξάνεται, ο αριθμός των υδρόφιλων υποκαταστατών στη μοριακή αλυσίδα HPMC αυξάνεται, με αποτέλεσμα την ενισχυμένη αλληλεπίδραση μεταξύ του μορίου και του νερού. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί περαιτέρω τάνυση των μοριακών αλυσίδων, μειώνοντας έτσι την ισχύ της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μοριακών αλυσίδων. Μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος συγκέντρωσης, η αύξηση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο συμβάλλει στην ενίσχυση του βαθμού ενυδάτωσης και προάγει την αμοιβαία διάταξη των μοριακών αλυσίδων, έτσι ώστε να μπορεί να σχηματιστεί μια δομή δικτύου σε υψηλότερη θερμοκρασία. Επομένως, η θερμοκρασία ζελατινοποίησης συνήθως αυξάνεται με την άνοδο του υδροξυπροπυλίου με αυξανόμενη περιεκτικότητα.
Το HPMC με υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο (όπως το HPMC K15M) τείνει να εμφανίζει υψηλότερη θερμοκρασία ζελατινοποίησης στην ίδια συγκέντρωση από το AnxinCel®HPMC με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο (όπως το HPMC K4M). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο καθιστά πιο δύσκολο για τα μόρια να αλληλεπιδρούν και να σχηματίζουν δίκτυα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, απαιτώντας υψηλότερες θερμοκρασίες για να ξεπεραστεί αυτή η ενυδάτωση και να προωθηθούν οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις για να σχηματιστεί μια τρισδιάστατη δομή δικτύου. .
3.2 Σχέση μεταξύ περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο και συγκέντρωσης διαλύματος
Η συγκέντρωση του διαλύματος είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης του HPMC. Σε διαλύματα HPMC υψηλής συγκέντρωσης, οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις είναι ισχυρότερες, επομένως η θερμοκρασία ζελατινοποίησης μπορεί να είναι υψηλότερη ακόμα και αν η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο είναι χαμηλότερη. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων HPMC είναι ασθενής και το διάλυμα είναι πιο πιθανό να πήξει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Όταν αυξάνεται η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο, αν και αυξάνεται η υδροφιλικότητα, απαιτείται ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία για να σχηματιστεί ένα πήκτωμα. Ειδικά υπό συνθήκες χαμηλής συγκέντρωσης, η θερμοκρασία ζελατινοποίησης αυξάνεται σημαντικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το HPMC με υψηλή περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο είναι πιο δύσκολο να προκαλέσει αλληλεπιδράσεις μεταξύ μοριακών αλυσίδων μέσω αλλαγών θερμοκρασίας και η διαδικασία ζελατινοποίησης απαιτεί πρόσθετη θερμική ενέργεια για να ξεπεραστεί το φαινόμενο ενυδάτωσης.
3.3 Επίδραση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο στη διαδικασία ζελατινοποίησης
Εντός ενός ορισμένου εύρους περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο, η διαδικασία ζελατινοποίησης κυριαρχείται από την αλληλεπίδραση μεταξύ ενυδάτωσης και μοριακών αλυσίδων. Όταν η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο στο μόριο HPMC είναι χαμηλή, η ενυδάτωση είναι ασθενής, η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων είναι ισχυρή και μια χαμηλότερη θερμοκρασία μπορεί να προάγει το σχηματισμό γέλης. Όταν η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο είναι υψηλότερη, η ενυδάτωση ενισχύεται σημαντικά, η αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών αλυσίδων γίνεται πιο αδύναμη και η θερμοκρασία ζελατινοποίησης αυξάνεται.
Υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο μπορεί επίσης να οδηγήσει σε αύξηση του ιξώδους του διαλύματος HPMC, μια αλλαγή που μερικές φορές αυξάνει τη θερμοκρασία έναρξης της ζελατινοποίησης.
Η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο έχει σημαντική επίδραση στη θερμοκρασία ζελατινοποίησης τουHPMC. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπύλιο, αυξάνεται η υδροφιλικότητα του HPMC και εξασθενεί η αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών αλυσίδων, επομένως η θερμοκρασία ζελατινοποίησης συνήθως αυξάνεται. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από τον μηχανισμό αλληλεπίδρασης μεταξύ ενυδάτωσης και μοριακών αλυσίδων. Με τη ρύθμιση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπύλιο του HPMC, μπορεί να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας ζελατινοποίησης, βελτιστοποιώντας έτσι την απόδοση του HPMC σε φαρμακευτικές, τρόφιμα και άλλες βιομηχανικές εφαρμογές.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-04-2025