Hidroksipropilmetilceliuliozė (HPMC) yra plačiai naudojamas vandenyje tirpus polimeras, plačiai naudojamas farmacijos, kosmetikos, maisto ir pramonės srityse, ypač gaminant gelius. Jo fizinės savybės ir tirpimo elgsena turi didelę įtaką efektyvumui įvairiose srityse. HPMC gelio želėjimo temperatūra yra viena iš pagrindinių jo fizinių savybių, kuri tiesiogiai veikia jo veikimą įvairiuose preparatuose, pvz., kontroliuojamo išsiskyrimo, plėvelės susidarymo, stabilumo ir kt.
1. HPMC struktūra ir savybės
HPMC yra vandenyje tirpus polimeras, gaunamas į celiuliozės molekulinį skeletą įvedus du pakaitus – hidroksipropilą ir metilą. Jo molekulinėje struktūroje yra dviejų tipų pakaitalai: hidroksipropilas (-CH2CHOHCH3) ir metilas (-CH3). Tokie veiksniai, kaip skirtingas hidroksipropilo kiekis, metilinimo laipsnis ir polimerizacijos laipsnis, turės didelę įtaką HPMC tirpumui, stingimui ir mechaninėms savybėms.
Vandeniniuose tirpaluose AnxinCel®HPMC sudaro stabilius koloidinius tirpalus, sudarydamas vandenilio ryšius su vandens molekulėmis ir sąveikaudamas su celiuliozės pagrindu pagamintu skeletu. Pasikeitus išorinei aplinkai (pavyzdžiui, temperatūrai, jonų stiprumui ir kt.), pasikeis sąveika tarp HPMC molekulių, todėl susidarys želė.
2. Geliacijos temperatūros apibrėžimas ir įtakojantys veiksniai
Geliavimo temperatūra (Gelation Temperature, T_gel) reiškia temperatūrą, kurioje HPMC tirpalas pradeda pereiti iš skysto į kietą, kai tirpalo temperatūra pakyla iki tam tikro lygio. Esant tokiai temperatūrai, HPMC molekulinių grandinių judėjimas bus apribotas, suformuojant trimatę tinklo struktūrą, dėl kurios susidaro į gelį panaši medžiaga.
HPMC želėjimo temperatūrai įtakos turi daug veiksnių, vienas iš svarbiausių veiksnių yra hidroksipropilo kiekis. Be hidroksipropilo kiekio, kiti veiksniai, turintys įtakos gelio temperatūrai, yra molekulinė masė, tirpalo koncentracija, pH vertė, tirpiklio tipas, jonų stiprumas ir kt.
3. Hidroksipropilo kiekio įtaka HPMC gelio temperatūrai
3.1 Padidėjus hidroksipropilo kiekiui, pakyla gelio temperatūra
HPMC gelio temperatūra yra glaudžiai susijusi su hidroksipropilo pakeitimo laipsniu jo molekulėje. Didėjant hidroksipropilo kiekiui, didėja hidrofilinių pakaitų skaičius HPMC molekulinėje grandinėje, todėl pagerėja molekulės ir vandens sąveika. Dėl šios sąveikos molekulinės grandinės tęsiasi toliau, todėl sumažėja sąveikos tarp molekulinių grandinių stiprumas. Tam tikrame koncentracijos diapazone padidinus hidroksipropilo kiekį, padidėja hidratacijos laipsnis ir skatinamas abipusis molekulinių grandinių išsidėstymas, todėl tinklinė struktūra gali susidaryti aukštesnėje temperatūroje. Todėl, didėjant hidroksipropilo kiekiui, želėjimo temperatūra paprastai didėja.
HPMC, turintis didesnį hidroksipropilo kiekį (pvz., HPMC K15M), turi aukštesnę želėjimo temperatūrą esant tokiai pačiai koncentracijai nei AnxinCel®HPMC su mažesniu hidroksipropilo kiekiu (pvz., HPMC K4M). Taip yra todėl, kad dėl didesnio hidroksipropilo kiekio molekulėms sunkiau sąveikauti ir formuoti tinklus žemesnėje temperatūroje, todėl reikia aukštesnės temperatūros, kad būtų galima įveikti šią hidrataciją ir skatinti tarpmolekulines sąveikas, kad susidarytų trimatė tinklo struktūra. .
3.2 Hidroksipropilo kiekio ir tirpalo koncentracijos ryšys
Tirpalo koncentracija taip pat yra svarbus veiksnys, turintis įtakos HPMC želėjimo temperatūrai. Didelės koncentracijos HPMC tirpaluose tarpmolekulinės sąveikos yra stipresnės, todėl želėjimo temperatūra gali būti aukštesnė, net jei hidroksipropilo kiekis yra mažesnis. Esant mažoms koncentracijoms, sąveika tarp HPMC molekulių yra silpna, o tirpalas labiau sužels žemesnėje temperatūroje.
Kai padidėja hidroksipropilo kiekis, nors hidrofiliškumas didėja, geliui susidaryti vis tiek reikia aukštesnės temperatūros. Ypatingai mažos koncentracijos sąlygomis, želėjimo temperatūra žymiai padidėja. Taip yra todėl, kad HPMC su dideliu hidroksipropilo kiekiu yra sunkiau sukelti sąveiką tarp molekulinių grandinių per temperatūros pokyčius, o geliacijos procesui reikia papildomos šiluminės energijos, kad būtų įveiktas hidratacijos efektas.
3.3 Hidroksipropilo kiekio įtaka gelio susidarymo procesui
Tam tikrame hidroksipropilo kiekio intervale geliacijos procese dominuoja hidratacijos ir molekulinių grandinių sąveika. Kai HPMC molekulėje yra mažas hidroksipropilo kiekis, hidratacija silpna, molekulių sąveika stipri, o žemesnė temperatūra gali paskatinti gelio susidarymą. Kai hidroksipropilo kiekis yra didesnis, hidratacija žymiai padidėja, sąveika tarp molekulinių grandinių tampa silpnesnė, o geliacijos temperatūra pakyla.
Didesnis hidroksipropilo kiekis taip pat gali padidinti HPMC tirpalo klampumą, o tai kartais padidina želėjimo pradžios temperatūrą.
Hidroksipropilo kiekis turi didelės įtakos geliavimosi temperatūraiHPMC. Didėjant hidroksipropilo kiekiui, didėja HPMC hidrofiliškumas ir susilpnėja molekulinių grandinių sąveika, todėl jo želėjimo temperatūra dažniausiai didėja. Šį reiškinį galima paaiškinti hidratacijos ir molekulinių grandinių sąveikos mechanizmu. Reguliuojant HPMC hidroksipropilo kiekį galima pasiekti tikslią želėjimo temperatūros kontrolę, taip optimizuojant HPMC veikimą farmacijos, maisto ir kitose pramonės srityse.
Paskelbimo laikas: 2025-04-04