Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un polímero soluble en agua de uso común, ampliamente utilizado en los campos farmacéutico, cosmético, alimentario e industrial, especialmente en la preparación de geles. Sus propiedades físicas y comportamiento de disolución tienen un impacto significativo en la efectividad en diferentes aplicaciones. La temperatura de gelificación del gel HPMC es una de sus propiedades físicas clave, que afecta directamente su desempeño en diversas preparaciones, como liberación controlada, formación de película, estabilidad, etc.
1. Estructura y propiedades de HPMC.
HPMC es un polímero soluble en agua que se obtiene introduciendo dos sustituyentes, hidroxipropilo y metilo, en el esqueleto molecular de la celulosa. Su estructura molecular contiene dos tipos de sustituyentes: hidroxipropilo (-CH2CHOHCH3) y metilo (-CH3). Factores como el diferente contenido de hidroxipropilo, el grado de metilación y el grado de polimerización tendrán un impacto importante en la solubilidad, el comportamiento de gelificación y las propiedades mecánicas de la HPMC.
En soluciones acuosas, AnxinCel®HPMC forma soluciones coloidales estables formando enlaces de hidrógeno con moléculas de agua e interactuando con su esqueleto a base de celulosa. Cuando cambia el entorno externo (como la temperatura, la fuerza iónica, etc.), la interacción entre las moléculas de HPMC cambiará, lo que dará como resultado la gelificación.
2. Definición y factores que influyen en la temperatura de gelificación.
La temperatura de gelificación (temperatura de gelificación, T_gel) se refiere a la temperatura a la que la solución de HPMC comienza a pasar de líquido a sólido cuando la temperatura de la solución aumenta a un cierto nivel. A esta temperatura, el movimiento de las cadenas moleculares de HPMC estará restringido, formando una estructura de red tridimensional, dando como resultado una sustancia similar a un gel.
La temperatura de gelificación de HPMC se ve afectada por muchos factores, uno de los factores más importantes es el contenido de hidroxipropilo. Además del contenido de hidroxipropilo, otros factores que afectan la temperatura del gel incluyen el peso molecular, la concentración de la solución, el valor del pH, el tipo de disolvente, la fuerza iónica, etc.
3. Efecto del contenido de hidroxipropilo sobre la temperatura del gel de HPMC
3.1 El aumento del contenido de hidroxipropilo conduce a un aumento de la temperatura del gel.
La temperatura de gelificación de HPMC está estrechamente relacionada con el grado de sustitución de hidroxipropilo en su molécula. A medida que aumenta el contenido de hidroxipropilo, aumenta el número de sustituyentes hidrófilos en la cadena molecular de HPMC, lo que da como resultado una interacción mejorada entre la molécula y el agua. Esta interacción hace que las cadenas moleculares se estiren más, reduciendo así la fuerza de la interacción entre las cadenas moleculares. Dentro de un cierto rango de concentración, aumentar el contenido de hidroxipropilo ayuda a mejorar el grado de hidratación y promueve la disposición mutua de las cadenas moleculares, de modo que se puede formar una estructura de red a una temperatura más alta. Por lo tanto, la temperatura de gelificación normalmente aumenta a medida que aumenta el hidroxipropilo al aumentar el contenido.
HPMC con mayor contenido de hidroxipropilo (como HPMC K15M) tiende a exhibir una temperatura de gelificación más alta a la misma concentración que AnxinCel®HPMC con menor contenido de hidroxipropilo (como HPMC K4M). Esto se debe a que un mayor contenido de hidroxipropilo hace que sea más difícil para las moléculas interactuar y formar redes a temperaturas más bajas, lo que requiere temperaturas más altas para superar esta hidratación y promover interacciones intermoleculares para formar una estructura de red tridimensional. .
3.2 Relación entre el contenido de hidroxipropilo y la concentración de la solución
La concentración de la solución también es un factor importante que afecta la temperatura de gelificación de HPMC. En soluciones de HPMC de alta concentración, las interacciones intermoleculares son más fuertes, por lo que la temperatura de gelificación puede ser mayor incluso si el contenido de hidroxipropilo es menor. En concentraciones bajas, la interacción entre las moléculas de HPMC es débil y es más probable que la solución gelifique a temperaturas más bajas.
Cuando aumenta el contenido de hidroxipropilo, aunque aumenta la hidrofilicidad, todavía se requiere una temperatura más alta para formar un gel. Especialmente en condiciones de baja concentración, la temperatura de gelificación aumenta de manera más significativa. Esto se debe a que es más difícil que la HPMC con alto contenido de hidroxipropilo induzca interacciones entre cadenas moleculares a través de cambios de temperatura, y el proceso de gelificación requiere energía térmica adicional para superar el efecto de hidratación.
3.3 Efecto del contenido de hidroxipropilo en el proceso de gelificación
Dentro de un cierto rango de contenido de hidroxipropilo, el proceso de gelificación está dominado por la interacción entre la hidratación y las cadenas moleculares. Cuando el contenido de hidroxipropilo en la molécula de HPMC es bajo, la hidratación es débil, la interacción entre las moléculas es fuerte y una temperatura más baja puede promover la formación de gel. Cuando el contenido de hidroxipropilo es mayor, la hidratación mejora significativamente, la interacción entre las cadenas moleculares se vuelve más débil y la temperatura de gelificación aumenta.
Un mayor contenido de hidroxipropilo también puede conducir a un aumento en la viscosidad de la solución de HPMC, un cambio que a veces aumenta la temperatura de inicio de la gelificación.
El contenido de hidroxipropilo tiene un impacto significativo en la temperatura de gelificación deHPMC. A medida que aumenta el contenido de hidroxipropilo, aumenta la hidrofilicidad de la HPMC y se debilita la interacción entre las cadenas moleculares, por lo que su temperatura de gelificación suele aumentar. Este fenómeno puede explicarse por el mecanismo de interacción entre la hidratación y las cadenas moleculares. Al ajustar el contenido de hidroxipropilo de HPMC, se puede lograr un control preciso de la temperatura de gelificación, optimizando así el rendimiento de HPMC en aplicaciones farmacéuticas, alimentarias y otras aplicaciones industriales.
Hora de publicación: 04-ene-2025