Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) est un polymère hydrosoluble couramment utilisé, largement utilisé dans les domaines pharmaceutique, cosmétique, alimentaire et industriel, notamment dans la préparation de gels. Ses propriétés physiques et son comportement en dissolution ont un impact significatif sur l’efficacité dans différentes applications. La température de gélification du gel HPMC est l'une de ses propriétés physiques clés, qui affecte directement ses performances dans diverses préparations, telles que la libération contrôlée, la formation de film, la stabilité, etc.
1. Structure et propriétés de HPMC
L'HPMC est un polymère hydrosoluble obtenu en introduisant deux substituants, hydroxypropyle et méthyle, dans le squelette moléculaire de la cellulose. Sa structure moléculaire contient deux types de substituants : hydroxypropyle (-CH2CHOHCH3) et méthyle (-CH3). Des facteurs tels que la teneur différente en hydroxypropyle, le degré de méthylation et le degré de polymérisation auront un impact important sur la solubilité, le comportement gélifiant et les propriétés mécaniques de l'HPMC.
Dans les solutions aqueuses, AnxinCel®HPMC forme des solutions colloïdales stables en formant des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau et en interagissant avec son squelette à base de cellulose. Lorsque l'environnement externe (tel que la température, la force ionique, etc.) change, l'interaction entre les molécules HPMC change, entraînant une gélification.
2. Définition et facteurs d'influence de la température de gélification
La température de gélification (Gelation Temperature, T_gel) fait référence à la température à laquelle la solution HPMC commence à passer du liquide au solide lorsque la température de la solution atteint un certain niveau. À cette température, le mouvement des chaînes moléculaires HPMC sera restreint, formant une structure de réseau tridimensionnelle, aboutissant à une substance semblable à un gel.
La température de gélification du HPMC est affectée par de nombreux facteurs, l'un des facteurs les plus importants étant la teneur en hydroxypropyle. En plus de la teneur en hydroxypropyle, d'autres facteurs qui affectent la température du gel comprennent le poids moléculaire, la concentration de la solution, la valeur du pH, le type de solvant, la force ionique, etc.
3. Effet de la teneur en hydroxypropyle sur la température du gel HPMC
3.1 L'augmentation de la teneur en hydroxypropyle entraîne une augmentation de la température du gel
La température de gélification du HPMC est étroitement liée au degré de substitution hydroxypropylique dans sa molécule. À mesure que la teneur en hydroxypropyle augmente, le nombre de substituants hydrophiles sur la chaîne moléculaire HPMC augmente, ce qui entraîne une interaction accrue entre la molécule et l'eau. Cette interaction provoque un étirement supplémentaire des chaînes moléculaires, réduisant ainsi la force de l'interaction entre les chaînes moléculaires. Dans une certaine plage de concentrations, l'augmentation de la teneur en hydroxypropyle contribue à améliorer le degré d'hydratation et favorise l'arrangement mutuel des chaînes moléculaires, de sorte qu'une structure en réseau puisse se former à une température plus élevée. Par conséquent, la température de gélification augmente généralement avec l'augmentation de la teneur en hydroxypropyle.
Les HPMC avec une teneur plus élevée en hydroxypropyle (telle que la HPMC K15M) ont tendance à présenter une température de gélification plus élevée à la même concentration que l'AnxinCel®HPMC avec une teneur en hydroxypropyle plus faible (telle que la HPMC K4M). En effet, une teneur plus élevée en hydroxypropyle rend plus difficile l'interaction des molécules et la formation de réseaux à des températures plus basses, nécessitant des températures plus élevées pour surmonter cette hydratation et favoriser les interactions intermoléculaires pour former une structure de réseau tridimensionnelle. .
3.2 Relation entre la teneur en hydroxypropyle et la concentration de la solution
La concentration de la solution est également un facteur important affectant la température de gélification du HPMC. Dans les solutions HPMC à haute concentration, les interactions intermoléculaires sont plus fortes, de sorte que la température de gélification peut être plus élevée même si la teneur en hydroxypropyle est plus faible. À faibles concentrations, l’interaction entre les molécules HPMC est faible et la solution est plus susceptible de gélifier à des températures plus basses.
Lorsque la teneur en hydroxypropyle augmente, bien que le caractère hydrophile augmente, une température plus élevée est toujours nécessaire pour former un gel. Surtout dans des conditions de faible concentration, la température de gélification augmente de manière plus significative. En effet, les HPMC à haute teneur en hydroxypropyle sont plus difficiles à induire des interactions entre les chaînes moléculaires en raison des changements de température, et le processus de gélification nécessite une énergie thermique supplémentaire pour surmonter l'effet d'hydratation.
3.3 Effet de la teneur en hydroxypropyle sur le processus de gélification
Dans une certaine plage de teneur en hydroxypropyle, le processus de gélification est dominé par l'interaction entre l'hydratation et les chaînes moléculaires. Lorsque la teneur en hydroxypropyle de la molécule HPMC est faible, l'hydratation est faible, l'interaction entre les molécules est forte et une température plus basse peut favoriser la formation de gel. Lorsque la teneur en hydroxypropyle est plus élevée, l’hydratation est considérablement améliorée, l’interaction entre les chaînes moléculaires s’affaiblit et la température de gélification augmente.
Une teneur plus élevée en hydroxypropyle peut également entraîner une augmentation de la viscosité de la solution HPMC, un changement qui augmente parfois la température de début de gélification.
La teneur en hydroxypropyle a un impact significatif sur la température de gélification deHPMC. À mesure que la teneur en hydroxypropyle augmente, le caractère hydrophile de la HPMC augmente et l'interaction entre les chaînes moléculaires s'affaiblit, de sorte que sa température de gélification augmente généralement. Ce phénomène peut s'expliquer par le mécanisme d'interaction entre l'hydratation et les chaînes moléculaires. En ajustant la teneur en hydroxypropyle du HPMC, un contrôle précis de la température de gélification peut être obtenu, optimisant ainsi les performances du HPMC dans les applications pharmaceutiques, alimentaires et autres applications industrielles.
Heure de publication : 04 janvier 2025