Wpływ zawartości hydroksypropylu na temperaturę żelu HPMC

Hydroksypropylometyloceluloza (HPMC) jest powszechnie stosowanym rozpuszczalnym w wodzie polimerem, szeroko stosowanym w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, spożywczym i przemysłowym, szczególnie w przygotowywaniu żeli. Jego właściwości fizyczne i zachowanie rozpuszczania mają znaczący wpływ na skuteczność w różnych zastosowaniach. Temperatura żelowania żelu HPMC jest jedną z jego kluczowych właściwości fizycznych, która bezpośrednio wpływa na jego działanie w różnych preparatach, takich jak kontrolowane uwalnianie, tworzenie filmu, stabilność itp.

1

1. Struktura i właściwości HPMC

HPMC to rozpuszczalny w wodzie polimer uzyskany przez wprowadzenie dwóch podstawników, hydroksypropylu i metylu, do szkieletu cząsteczkowego celulozy. Jego struktura cząsteczkowa zawiera dwa rodzaje podstawników: hydroksypropyl (-CH2CHOHCH3) i metyl (-CH3). Czynniki takie jak różna zawartość hydroksypropylu, stopień metylacji i stopień polimeryzacji będą miały istotny wpływ na rozpuszczalność, żelowanie i właściwości mechaniczne HPMC.

 

W roztworach wodnych AnxinCel®HPMC tworzy stabilne roztwory koloidalne, tworząc wiązania wodorowe z cząsteczkami wody i wchodząc w interakcje ze szkieletem celulozowym. Gdy zmienia się środowisko zewnętrzne (takie jak temperatura, siła jonowa itp.), interakcja między cząsteczkami HPMC ulega zmianie, co prowadzi do żelowania.

 

2. Definicja i czynniki wpływające na temperaturę żelowania

Temperatura żelowania (Gelation Temperature, T_gel) odnosi się do temperatury, w której roztwór HPMC zaczyna przechodzić ze stanu ciekłego w stały, gdy temperatura roztworu wzrośnie do pewnego poziomu. W tej temperaturze ruch łańcuchów cząsteczkowych HPMC zostanie ograniczony, tworząc trójwymiarową strukturę sieciową, co skutkuje substancją przypominającą żel.

 

Na temperaturę żelowania HPMC wpływa wiele czynników, jednym z najważniejszych jest zawartość hydroksypropylu. Oprócz zawartości hydroksypropylu, inne czynniki wpływające na temperaturę żelowania to masa cząsteczkowa, stężenie roztworu, wartość pH, rodzaj rozpuszczalnika, siła jonowa itp.

2

3. Wpływ zawartości hydroksypropylu na temperaturę żelu HPMC

3.1 Wzrost zawartości hydroksypropylu powoduje wzrost temperatury żelu

Temperatura żelowania HPMC jest ściśle związana ze stopniem podstawienia hydroksypropylu w jej cząsteczce. Wraz ze wzrostem zawartości hydroksypropylu wzrasta liczba podstawników hydrofilowych w łańcuchu cząsteczkowym HPMC, co skutkuje zwiększoną interakcją między cząsteczką a wodą. Ta interakcja powoduje dalsze rozciąganie łańcuchów cząsteczkowych, zmniejszając tym samym siłę interakcji między łańcuchami cząsteczkowymi. W pewnym zakresie stężeń zwiększenie zawartości hydroksypropylu pomaga zwiększyć stopień hydratacji i sprzyja wzajemnemu uporządkowaniu łańcuchów cząsteczkowych, dzięki czemu struktura sieciowa może zostać utworzona w wyższej temperaturze. Dlatego temperatura żelowania zwykle wzrasta wraz ze wzrostem zawartości hydroksypropylu.

 

HPMC o wyższej zawartości hydroksypropylu (takie jak HPMC K15M) ma tendencję do wykazywania wyższej temperatury żelowania przy tym samym stężeniu niż AnxinCel®HPMC o niższej zawartości hydroksypropylu (takie jak HPMC K4M). Dzieje się tak, ponieważ wyższa zawartość hydroksypropylu utrudnia cząsteczkom interakcje i tworzenie sieci w niższych temperaturach, co wymaga wyższych temperatur, aby przezwyciężyć to uwodnienie i promować interakcje międzycząsteczkowe w celu utworzenia trójwymiarowej struktury sieciowej.

 

3.2 Zależność pomiędzy zawartością hydroksypropylu a stężeniem roztworu

Stężenie roztworu jest również ważnym czynnikiem wpływającym na temperaturę żelowania HPMC. W roztworach HPMC o wysokim stężeniu oddziaływania międzycząsteczkowe są silniejsze, więc temperatura żelowania może być wyższa, nawet jeśli zawartość hydroksypropylu jest niższa. Przy niskich stężeniach oddziaływanie między cząsteczkami HPMC jest słabe, a roztwór jest bardziej podatny na żelowanie w niższych temperaturach.

 

Gdy zawartość hydroksypropylu wzrasta, mimo że hydrofilowość wzrasta, do utworzenia żelu nadal wymagana jest wyższa temperatura. Zwłaszcza w warunkach niskiego stężenia temperatura żelowania wzrasta znaczniej. Dzieje się tak, ponieważ HPMC o wysokiej zawartości hydroksypropylu trudniej jest indukować interakcje między łańcuchami cząsteczkowymi poprzez zmiany temperatury, a proces żelowania wymaga dodatkowej energii cieplnej, aby przezwyciężyć efekt hydratacji.

 

3.3 Wpływ zawartości hydroksypropylu na proces żelowania

W pewnym zakresie zawartości hydroksypropylu proces żelowania jest zdominowany przez interakcję między hydratacją a łańcuchami cząsteczkowymi. Gdy zawartość hydroksypropylu w cząsteczce HPMC jest niska, hydratacja jest słaba, interakcja między cząsteczkami jest silna, a niższa temperatura może sprzyjać tworzeniu się żelu. Gdy zawartość hydroksypropylu jest wyższa, hydratacja jest znacznie zwiększona, interakcja między łańcuchami cząsteczkowymi staje się słabsza, a temperatura żelowania wzrasta.

 

Wyższa zawartość hydroksypropylu może również powodować zwiększenie lepkości roztworu HPMC, co czasami powoduje podwyższenie temperatury początkowej żelowania.

3

Zawartość hydroksypropylu ma istotny wpływ na temperaturę żelowaniaHPMC. Wraz ze wzrostem zawartości hydroksypropylu, hydrofilowość HPMC wzrasta, a interakcja między łańcuchami cząsteczkowymi słabnie, więc temperatura żelowania zwykle wzrasta. Zjawisko to można wyjaśnić mechanizmem interakcji między hydratacją a łańcuchami cząsteczkowymi. Poprzez dostosowanie zawartości hydroksypropylu w HPMC można uzyskać precyzyjną kontrolę temperatury żelowania, optymalizując w ten sposób wydajność HPMC w zastosowaniach farmaceutycznych, spożywczych i innych zastosowaniach przemysłowych.


Czas publikacji: 04-01-2025