Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een veelgebruikt wateroplosbaar polymeer dat veel wordt gebruikt in de farmaceutische, cosmetische, voedings- en industriële sector, vooral bij de bereiding van gels. De fysieke eigenschappen en het oplosgedrag hebben een aanzienlijke invloed op de effectiviteit in verschillende toepassingen. De geleringstemperatuur van HPMC-gel is een van de belangrijkste fysieke eigenschappen, die rechtstreeks van invloed is op de prestaties in verschillende preparaten, zoals gecontroleerde afgifte, filmvorming, stabiliteit, enz.
1. Structuur en eigenschappen van HPMC
HPMC is een in water oplosbaar polymeer dat wordt verkregen door twee substituenten, hydroxypropyl en methyl, in het moleculaire skelet van cellulose te introduceren. De moleculaire structuur bevat twee soorten substituenten: hydroxypropyl (-CH2CHOHCH3) en methyl (-CH3). Factoren zoals het verschillende hydroxypropylgehalte, de mate van methylering en de mate van polymerisatie zullen een belangrijke invloed hebben op de oplosbaarheid, het geleergedrag en de mechanische eigenschappen van HPMC.
In waterige oplossingen vormt AnxinCel®HPMC stabiele colloïdale oplossingen door waterstofbruggen te vormen met watermoleculen en te interageren met het op cellulose gebaseerde skelet. Wanneer de externe omgeving (zoals temperatuur, ionsterkte, enz.) verandert, zal de interactie tussen HPMC-moleculen veranderen, wat resulteert in gelvorming.
2. Definitie en beïnvloedende factoren van de geleringstemperatuur
Gelatietemperatuur (Gelation Temperature, T_gel) verwijst naar de temperatuur waarbij de HPMC-oplossing begint over te gaan van vloeistof naar vast wanneer de temperatuur van de oplossing naar een bepaald niveau stijgt. Bij deze temperatuur wordt de beweging van de HPMC-molecuulketens beperkt, waardoor een driedimensionale netwerkstructuur ontstaat, resulterend in een gelachtige substantie.
De geleringstemperatuur van HPMC wordt door vele factoren beïnvloed; een van de belangrijkste factoren is het hydroxypropylgehalte. Naast het hydroxypropylgehalte zijn andere factoren die de geltemperatuur beïnvloeden onder meer het molecuulgewicht, de oplossingsconcentratie, de pH-waarde, het type oplosmiddel, de ionsterkte, enz.
3. Effect van het hydroxypropylgehalte op de HPMC-geltemperatuur
3.1 De toename van het hydroxypropylgehalte leidt tot een verhoging van de geltemperatuur
De geleringstemperatuur van HPMC hangt nauw samen met de mate van hydroxypropylsubstitutie in het molecuul ervan. Naarmate het hydroxypropylgehalte toeneemt, neemt het aantal hydrofiele substituenten op de HPMC-molecuulketen toe, wat resulteert in een verbeterde interactie tussen het molecuul en water. Deze interactie zorgt ervoor dat de moleculaire ketens verder uitrekken, waardoor de sterkte van de interactie tussen de moleculaire ketens afneemt. Binnen een bepaald concentratiebereik helpt het verhogen van het hydroxypropylgehalte de hydratatiegraad te verhogen en de onderlinge rangschikking van molecuulketens te bevorderen, zodat bij hogere temperatuur een netwerkstructuur kan worden gevormd. Daarom neemt de geleringstemperatuur gewoonlijk toe naarmate het hydroxypropyl stijgt met toenemend gehalte.
HPMC met een hoger hydroxypropylgehalte (zoals HPMC K15M) heeft de neiging een hogere geleringstemperatuur te vertonen bij dezelfde concentratie dan AnxinCel®HPMC met een lager hydroxypropylgehalte (zoals HPMC K4M). Dit komt omdat een hoger hydroxypropylgehalte het moeilijker maakt voor moleculen om te interageren en netwerken te vormen bij lagere temperaturen, waardoor hogere temperaturen nodig zijn om deze hydratatie te overwinnen en intermoleculaire interacties te bevorderen om een driedimensionale netwerkstructuur te vormen. .
3.2 Verband tussen het hydroxypropylgehalte en de oplossingsconcentratie
De oplossingsconcentratie is ook een belangrijke factor die de geleringstemperatuur van HPMC beïnvloedt. In HPMC-oplossingen met hoge concentratie zijn de intermoleculaire interacties sterker, dus de geleringstemperatuur kan hoger zijn, zelfs als het hydroxypropylgehalte lager is. Bij lage concentraties is de interactie tussen HPMC-moleculen zwak en is de kans groter dat de oplossing bij lagere temperaturen geleren.
Wanneer het hydroxypropylgehalte toeneemt, is, hoewel de hydrofiliciteit toeneemt, nog steeds een hogere temperatuur vereist om een gel te vormen. Vooral onder omstandigheden met lage concentraties neemt de geleringstemperatuur aanzienlijk toe. Dit komt omdat het voor HPMC met een hoog hydroxypropylgehalte moeilijker is om interacties tussen moleculaire ketens te induceren door temperatuurveranderingen, en het geleringsproces extra thermische energie vereist om het hydratatie-effect te overwinnen.
3.3 Effect van het hydroxypropylgehalte op het geleringsproces
Binnen een bepaald bereik van het hydroxypropylgehalte wordt het geleringsproces gedomineerd door de interactie tussen hydratatie en moleculaire ketens. Wanneer het hydroxypropylgehalte in het HPMC-molecuul laag is, is de hydratatie zwak, is de interactie tussen moleculen sterk en kan een lagere temperatuur de vorming van gel bevorderen. Wanneer het hydroxypropylgehalte hoger is, wordt de hydratatie aanzienlijk verbeterd, wordt de interactie tussen moleculaire ketens zwakker en neemt de geleringstemperatuur toe.
Een hoger hydroxypropylgehalte kan ook leiden tot een toename van de viscositeit van de HPMC-oplossing, een verandering die soms de aanvangstemperatuur van de gelering verhoogt.
Het hydroxypropylgehalte heeft een aanzienlijke invloed op de geleringstemperatuur vanHPMC. Naarmate het hydroxypropylgehalte toeneemt, neemt de hydrofiliciteit van HPMC toe en verzwakt de interactie tussen moleculaire ketens, waardoor de geleringstemperatuur gewoonlijk toeneemt. Dit fenomeen kan worden verklaard door het interactiemechanisme tussen hydratatie en moleculaire ketens. Door het hydroxypropylgehalte van HPMC aan te passen, kan een nauwkeurige controle van de geleringstemperatuur worden bereikt, waardoor de prestaties van HPMC in farmaceutische, voedsel- en andere industriële toepassingen worden geoptimaliseerd.
Posttijd: 04-jan-2025