Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een veelgebruikt wateroplosbaar polymeer dat veel gebruikt wordt in de farmaceutische, cosmetische, voedingsmiddelen- en industriële sector, met name bij de bereiding van gels. De fysische eigenschappen en het oplosgedrag hebben een aanzienlijke invloed op de effectiviteit in verschillende toepassingen. De geleringstemperatuur van HPMC-gel is een van de belangrijkste fysische eigenschappen, die direct van invloed is op de prestaties bij diverse 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 een verschillend hydroxypropylgehalte, de methyleringsgraad en de polymerisatiegraad hebben een belangrijke invloed op de oplosbaarheid, het geleringsgedrag 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 celluloseskelet. Wanneer de externe omgeving (zoals temperatuur, ionsterkte, enz.) verandert, verandert de interactie tussen HPMC-moleculen, wat resulteert in gelering.
2. Definitie en beïnvloedende factoren van de geleringstemperatuur
Geleringstemperatuur (T_gel) verwijst naar de temperatuur waarbij de HPMC-oplossing van vloeibaar naar vast begint over te gaan wanneer de temperatuur van de oplossing een bepaald niveau bereikt. Bij deze temperatuur wordt de beweging van de moleculaire ketens van HPMC beperkt, waardoor een driedimensionale netwerkstructuur ontstaat, resulterend in een gelachtige substantie.
De geleringstemperatuur van HPMC wordt beïnvloed door vele factoren, waarvan het hydroxypropylgehalte een van de belangrijkste is. Naast het hydroxypropylgehalte zijn er nog andere factoren die de geltemperatuur beïnvloeden, zoals 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 stijging van de geltemperatuur
De geleringstemperatuur van HPMC is nauw verbonden met de mate van hydroxypropylsubstitutie in het molecuul. Naarmate het hydroxypropylgehalte toeneemt, neemt het aantal hydrofiele substituenten in 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 interactie tussen de moleculaire ketens afneemt. Binnen een bepaald concentratiebereik helpt een verhoging van het hydroxypropylgehalte de hydratatiegraad te verbeteren en de onderlinge rangschikking van de moleculaire ketens te bevorderen, zodat bij een hogere temperatuur een netwerkstructuur kan worden gevormd. Daarom neemt de geleringstemperatuur gewoonlijk toe naarmate het hydroxypropylgehalte stijgt met een toenemend gehalte.
HPMC met een hoger hydroxypropylgehalte (zoals HPMC K15M) vertoont doorgaans een hogere geleringstemperatuur bij dezelfde concentratie dan AnxinCel® HPMC met een lager hydroxypropylgehalte (zoals HPMC K4M). Dit komt doordat een hoger hydroxypropylgehalte het voor moleculen moeilijker maakt om bij lagere temperaturen te interacteren en netwerken te vormen. Hierdoor zijn hogere temperaturen nodig om deze hydratatie te overwinnen en intermoleculaire interacties te bevorderen en zo een driedimensionale netwerkstructuur te vormen.
3.2 Verband tussen hydroxypropylgehalte en oplossingsconcentratie
De concentratie van de oplossing is ook een belangrijke factor die de geleringstemperatuur van HPMC beïnvloedt. In HPMC-oplossingen met een hoge concentratie zijn de intermoleculaire interacties sterker, waardoor de geleringstemperatuur hoger kan 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 geleert.
Wanneer het hydroxypropylgehalte toeneemt, hoewel de hydrofiliteit toeneemt, is nog steeds een hogere temperatuur nodig om een gel te vormen. Vooral onder lage concentraties stijgt de geleringstemperatuur aanzienlijk. Dit komt doordat HPMC met een hoog hydroxypropylgehalte moeilijker interacties tussen moleculaire ketens kan induceren door temperatuurveranderingen, en het geleringsproces extra thermische energie vereist om het hydratatie-effect te overwinnen.
3.3 Effect van hydroxypropylgehalte op het gelvormingsproces
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, de interactie tussen moleculen sterk en kan een lagere temperatuur de vorming van gel bevorderen. Wanneer het hydroxypropylgehalte hoger is, wordt de hydratatie aanzienlijk versterkt, wordt de interactie tussen moleculaire ketens zwakker en stijgt de geleringstemperatuur.
Een hoger hydroxypropylgehalte kan ook leiden tot een toename van de viscositeit van de HPMC-oplossing, een verandering die soms de aanvangstemperatuur van gelering verhoogt.
Het hydroxypropylgehalte heeft een aanzienlijke invloed op de geleringstemperatuur vanHPMCNaarmate het hydroxypropylgehalte toeneemt, neemt de hydrofiliteit van HPMC toe en neemt de interactie tussen moleculaire ketens af, waardoor de geleringstemperatuur doorgaans stijgt. 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 over de geleringstemperatuur worden bereikt, waardoor de prestaties van HPMC in farmaceutische, voedingsmiddelen- en andere industriële toepassingen worden geoptimaliseerd.
Plaatsingstijd: 04-01-2025