اثر محتوای هیدروکسی پروپیل بر دمای ژل HPMC

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) یک پلیمر محلول در آب متداول است که به طور گسترده در داروسازی، آرایشی و بهداشتی، مواد غذایی و زمینه های صنعتی به ویژه در تهیه ژل استفاده می شود. خواص فیزیکی و رفتار انحلال آن تأثیر قابل توجهی بر اثربخشی در کاربردهای مختلف دارد. دمای ژل شدن ژل HPMC یکی از خواص فیزیکی کلیدی آن است که به طور مستقیم بر عملکرد آن در آماده سازی های مختلف مانند رهایش کنترل شده، تشکیل فیلم، پایداری و غیره تأثیر می گذارد.

1. ساختار و خواص HPMC

HPMC یک پلیمر محلول در آب است که با وارد کردن دو جایگزین هیدروکسی پروپیل و متیل به اسکلت مولکولی سلولز به دست می آید. ساختار مولکولی آن شامل دو نوع جایگزین است: هیدروکسی پروپیل (-CH2CHOHCH3) و متیل (-CH3). عواملی مانند محتوای مختلف هیدروکسی پروپیل، درجه متیلاسیون و درجه پلیمریزاسیون تأثیر مهمی بر حلالیت، رفتار ژل شدن و خواص مکانیکی HPMC خواهند داشت.

در محلول های آبی، AnxinCel®HPMC با تشکیل پیوندهای هیدروژنی با مولکول های آب و برهمکنش با اسکلت مبتنی بر سلولز، محلول های کلوئیدی پایداری را تشکیل می دهد. هنگامی که محیط خارجی (مانند دما، قدرت یونی و غیره) تغییر می کند، برهمکنش بین مولکول های HPMC تغییر می کند و در نتیجه ژل می شود.

2. تعریف و عوامل موثر بر دمای ژل شدن

دمای ژل شدن (درجه حرارت ژل، T_gel) به دمایی اطلاق می شود که در آن محلول HPMC زمانی که دمای محلول به یک سطح معین افزایش می یابد، شروع به تبدیل از مایع به جامد می کند. در این دما، حرکت زنجیره‌های مولکولی HPMC محدود می‌شود و یک ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی تشکیل می‌دهد که در نتیجه ماده‌ای ژل مانند ایجاد می‌شود.

دمای ژل شدن HPMC تحت تأثیر عوامل زیادی قرار می گیرد که یکی از مهم ترین آنها محتوای هیدروکسی پروپیل است. علاوه بر محتوای هیدروکسی پروپیل، عوامل دیگری که بر دمای ژل تأثیر می گذارند عبارتند از وزن مولکولی، غلظت محلول، مقدار pH، نوع حلال، قدرت یونی و غیره.

3. اثر محتوای هیدروکسی پروپیل بر دمای ژل HPMC

3.1 افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل منجر به افزایش دمای ژل می شود

دمای ژل شدن HPMC ارتباط نزدیکی با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل در مولکول آن دارد. با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل، تعداد جایگزین‌های آبدوست در زنجیره مولکولی HPMC افزایش می‌یابد و در نتیجه برهمکنش بین مولکول و آب افزایش می‌یابد. این برهمکنش باعث می شود که زنجیره های مولکولی بیشتر کشیده شوند و در نتیجه قدرت برهمکنش بین زنجیره های مولکولی کاهش می یابد. در محدوده غلظت معینی، افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل به افزایش درجه هیدراتاسیون کمک می کند و آرایش متقابل زنجیره های مولکولی را ارتقا می دهد، به طوری که ساختار شبکه می تواند در دمای بالاتر تشکیل شود. بنابراین، دمای ژل شدن معمولاً با افزایش هیدروکسی پروپیل با افزایش محتوای افزایش می یابد.

HPMC با محتوای هیدروکسی پروپیل بالاتر (مانند HPMC K15M) تمایل دارد دمای ژل شدن بالاتری را در همان غلظت نسبت به AnxinCel®HPMC با محتوای هیدروکسی پروپیل کمتر (مانند HPMC K4M) نشان دهد. این به این دلیل است که محتوای هیدروکسی پروپیل بالاتر، تعامل مولکول‌ها و تشکیل شبکه در دماهای پایین‌تر را دشوارتر می‌کند و برای غلبه بر این هیدراتاسیون و ارتقای برهمکنش‌های بین مولکولی برای تشکیل یک ساختار شبکه سه‌بعدی، به دماهای بالاتر نیاز دارد. .

3.2 رابطه بین محتوای هیدروکسی پروپیل و غلظت محلول

غلظت محلول نیز عامل مهمی بر دمای ژل شدن HPMC است. در محلول های HPMC با غلظت بالا، برهمکنش های بین مولکولی قوی تر است، بنابراین دمای ژل شدن ممکن است بالاتر باشد حتی اگر محتوای هیدروکسی پروپیل کمتر باشد. در غلظت‌های پایین، برهم‌کنش بین مولکول‌های HPMC ضعیف است و احتمال ژل شدن محلول در دماهای پایین‌تر بیشتر است.

هنگامی که محتوای هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد، اگرچه آب دوستی افزایش می یابد، هنوز برای تشکیل ژل به دمای بالاتری نیاز است. به خصوص در شرایط غلظت کم، دمای ژل شدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این به این دلیل است که HPMC با محتوای هیدروکسی پروپیل بالا برای القای برهمکنش بین زنجیره های مولکولی از طریق تغییرات دما دشوارتر است و فرآیند ژل شدن به انرژی حرارتی اضافی برای غلبه بر اثر هیدراتاسیون نیاز دارد.

3.3 اثر محتوای هیدروکسی پروپیل بر فرآیند ژل شدن

در محدوده معینی از محتوای هیدروکسی پروپیل، فرآیند ژل شدن تحت تأثیر تعامل بین هیدراتاسیون و زنجیره های مولکولی است. هنگامی که محتوای هیدروکسی پروپیل در مولکول HPMC کم است، هیدراتاسیون ضعیف است، برهمکنش بین مولکول ها قوی است و دمای پایین تر می تواند باعث تشکیل ژل شود. هنگامی که محتوای هیدروکسی پروپیل بیشتر باشد، هیدراتاسیون به طور قابل توجهی افزایش می یابد، برهمکنش بین زنجیره های مولکولی ضعیف تر می شود و دمای ژل شدن افزایش می یابد.

محتوای هیدروکسی پروپیل بالاتر همچنین ممکن است منجر به افزایش ویسکوزیته محلول HPMC شود، تغییری که گاهی اوقات دمای شروع ژل شدن را افزایش می دهد.

محتوای هیدروکسی پروپیل تأثیر قابل توجهی بر دمای ژل شدن داردHPMC. با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل، آب دوستی HPMC افزایش می یابد و برهمکنش بین زنجیره های مولکولی ضعیف می شود، بنابراین دمای ژل شدن آن معمولاً افزایش می یابد. این پدیده را می توان با مکانیسم تعامل بین هیدراتاسیون و زنجیره های مولکولی توضیح داد. با تنظیم محتوای هیدروکسی پروپیل HPMC، می توان به کنترل دقیق دمای ژل شدن دست یافت و در نتیجه عملکرد HPMC را در کاربردهای دارویی، غذایی و دیگر صنعتی بهینه کرد.