Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) je često korišteni polimer topiv u vodi, široko korišten u farmaciji, kozmetici, hrani i industriji, posebno u pripremi gelova. Njegova fizikalna svojstva i ponašanje pri otapanju imaju značajan utjecaj na učinkovitost u različitim primjenama. Temperatura geliranja HPMC gela jedno je od njegovih ključnih fizičkih svojstava, koje izravno utječe na njegovu izvedbu u različitim pripravcima, poput kontroliranog otpuštanja, stvaranja filma, stabilnosti itd.
1. Struktura i svojstva HPMC
HPMC je polimer topiv u vodi koji se dobiva uvođenjem dvaju supstituenata, hidroksipropila i metila, u molekularni kostur celuloze. Njegova molekularna struktura sadrži dvije vrste supstituenata: hidroksipropil (-CH2CHOHCH3) i metil (-CH3). Čimbenici poput različitog sadržaja hidroksipropila, stupnja metilacije i stupnja polimerizacije imat će važan utjecaj na topljivost, ponašanje pri geliranju i mehanička svojstva HPMC-a.
U vodenim otopinama AnxinCel®HPMC stvara stabilne koloidne otopine stvaranjem vodikovih veza s molekulama vode i interakcijom sa svojim kosturom na bazi celuloze. Kada se vanjska okolina (kao što je temperatura, ionska jakost, itd.) promijeni, interakcija između HPMC molekula će se promijeniti, što će rezultirati geliranjem.
2. Definicija i čimbenici utjecaja na temperaturu geliranja
Temperatura geliranja (Gelation Temperature, T_gel) odnosi se na temperaturu pri kojoj HPMC otopina počinje prijeći iz tekućeg u krutinu kada temperatura otopine poraste do određene razine. Na ovoj temperaturi, kretanje HPMC molekularnih lanaca će biti ograničeno, tvoreći trodimenzionalnu mrežnu strukturu, što će rezultirati supstancom nalik gelu.
Na temperaturu geliranja HPMC-a utječu mnogi čimbenici, a jedan od najvažnijih čimbenika je sadržaj hidroksipropila. Osim sadržaja hidroksipropila, drugi čimbenici koji utječu na temperaturu gela uključuju molekularnu težinu, koncentraciju otopine, pH vrijednost, vrstu otapala, ionsku snagu itd.
3. Učinak sadržaja hidroksipropila na temperaturu HPMC gela
3.1 Povećanje sadržaja hidroksipropila dovodi do povećanja temperature gela
Temperatura geliranja HPMC-a usko je povezana sa stupnjem hidroksipropilne supstitucije u njegovoj molekuli. Kako se sadržaj hidroksipropila povećava, broj hidrofilnih supstituenata na HPMC molekularnom lancu raste, što rezultira pojačanom interakcijom između molekule i vode. Ova interakcija uzrokuje daljnje rastezanje molekularnih lanaca, čime se smanjuje snaga interakcije između molekularnih lanaca. Unutar određenog raspona koncentracija, povećanje sadržaja hidroksipropila pomaže povećati stupanj hidratacije i potiče međusobni raspored molekulskih lanaca, tako da se mrežasta struktura može formirati na višoj temperaturi. Stoga se temperatura geliranja obično povećava s porastom hidroksipropila s povećanjem sadržaja.
HPMC s višim sadržajem hidroksipropila (kao što je HPMC K15M) ima tendenciju pokazati višu temperaturu geliranja pri istoj koncentraciji od AnxinCel®HPMC s nižim sadržajem hidroksipropila (kao što je HPMC K4M). To je zato što veći sadržaj hidroksipropila otežava interakciju molekula i stvaranje mreža na nižim temperaturama, zahtijevajući više temperature da bi se prevladala ova hidratacija i potaknule intermolekularne interakcije kako bi se formirala trodimenzionalna mrežna struktura. .
3.2 Odnos između sadržaja hidroksipropila i koncentracije otopine
Koncentracija otopine također je važan faktor koji utječe na temperaturu geliranja HPMC-a. U HPMC otopinama visoke koncentracije međumolekularne interakcije su jače, pa temperatura geliranja može biti viša čak i ako je sadržaj hidroksipropila niži. Pri niskim koncentracijama, interakcija između HPMC molekula je slaba, a otopina će gelirati na nižim temperaturama.
Kada se sadržaj hidroksipropila poveća, iako se hidrofilnost poveća, još uvijek je potrebna viša temperatura za stvaranje gela. Osobito u uvjetima niske koncentracije, temperatura geliranja se značajnije povećava. To je zato što je HPMC s visokim sadržajem hidroksipropila teže izazvati interakcije između molekularnih lanaca kroz temperaturne promjene, a proces geliranja zahtijeva dodatnu toplinsku energiju kako bi se prevladao učinak hidratacije.
3.3 Učinak sadržaja hidroksipropila na proces geliranja
Unutar određenog raspona sadržaja hidroksipropila, procesom geliranja dominira interakcija između hidratacije i molekularnih lanaca. Kada je sadržaj hidroksipropila u HPMC molekuli nizak, hidratacija je slaba, interakcija između molekula je jaka, a niža temperatura može pospješiti stvaranje gela. Kada je sadržaj hidroksipropila veći, hidratacija je značajno pojačana, interakcija između molekulskih lanaca postaje slabija, a temperatura geliranja raste.
Veći sadržaj hidroksipropila također može dovesti do povećanja viskoznosti HPMC otopine, promjene koja ponekad povećava temperaturu početka geliranja.
Sadržaj hidroksipropila ima značajan utjecaj na temperaturu geliranjaHPMC. Kako se udio hidroksipropila povećava, hidrofilnost HPMC-a se povećava, a interakcija između molekulskih lanaca slabi, pa se njegova temperatura geliranja obično povećava. Ovaj se fenomen može objasniti mehanizmom interakcije između hidratacije i molekularnih lanaca. Podešavanjem sadržaja hidroksipropila u HPMC-u, može se postići precizna kontrola temperature geliranja, čime se optimizira izvedba HPMC-a u farmaceutskoj, prehrambenoj i drugim industrijskim primjenama.
Vrijeme objave: 4. siječnja 2025