Metyloceluloza hydroksypropylo (HPMC) jest powszechnie stosowanym polimerem rozpuszczalnym w wodzie, powszechnie stosowanym w farmaceutycznych, kosmetykach, żywności i polach przemysłowych, szczególnie w przygotowaniu żeli. Jego właściwości fizyczne i zachowanie rozpuszczania mają znaczący wpływ na skuteczność w różnych zastosowaniach. Temperatura żelowania żelu HPMC jest jedną z kluczowych właściwości fizycznych, która bezpośrednio wpływa na jego wydajność w różnych preparatach, takich jak kontrolowane wydanie, tworzenie filmu, stabilność itp.
1. Struktura i właściwości HPMC
HPMC jest rozpuszczalnym w wodzie polimerem uzyskanym przez wprowadzenie dwóch podstawników, hydroksypropylu i metylu, do szkieletu molekularnego celulozowego. Jego struktura molekularna zawiera dwa rodzaje podstawników: hydroksypropyl (-ch2chohch3) i metyl (-ch3). Czynniki takie jak różna zawartość hydroksypropylowa, stopień metylacji i stopień polimeryzacji będą miały istotny wpływ na rozpuszczalność, zachowanie w żelu i właściwości mechaniczne HPMC.
W roztworach wodnych ANSINCEL®HPMC tworzy stabilne roztwory koloidalne poprzez utworzenie wiązań wodorowych z cząsteczkami wody i oddziałując z szkieletem opartym na celulozie. Gdy zmienia się środowisko zewnętrzne (takie jak temperatura, siła jonowa itp.), Zmieni się interakcja między cząsteczkami HPMC, co powoduje żelowanie.
2. Definicja i czynniki wpływające na temperaturę żelowania
Temperatura żelowania (temperatura żelowania, T_GEL) odnosi się do temperatury, w której roztwór HPMC zaczyna przechodzić z cieczy do ciała stałego, gdy temperatura roztworu wzrośnie do określonego poziomu. W tej temperaturze ruch łańcuchów molekularnych HPMC będzie ograniczony, tworząc trójwymiarową strukturę sieci, co powoduje substancję podobną do żelowej.
Na temperaturę żelowania HPMC ma wpływ wiele czynników, jednym z najważniejszych czynników jest zawartość hydroksypropylowa. Oprócz zawartości hydroksypropylowej inne czynniki wpływające na temperaturę żelu obejmują masę cząsteczkową, stężenie roztworu, wartość pH, rodzaj rozpuszczalnika, wytrzymałość jonowa itp.
3. Wpływ zawartości hydroksypropylu na temperaturę żelu HPMC
3.1 Wzrost zawartości hydroksypropylu prowadzi do wzrostu temperatury żelu
Temperatura żelowania HPMC jest ściśle powiązana ze stopniem substytucji hydroksypropylu w jego cząsteczce. Wraz ze wzrostem zawartości hydroksypropylu wzrasta liczba hydrofilowych podstawników na łańcuch molekularny HPMC, co powoduje zwiększenie interakcji między cząsteczką a wodą. Ta interakcja powoduje dalsze rozciąganie łańcuchów molekularnych, zmniejszając w ten sposób wytrzymałość interakcji między łańcuchami molekularnymi. W pewnym zakresie stężenia zwiększenie zawartości hydroksypropylowej pomaga zwiększyć stopień nawodnienia i promuje wzajemne rozmieszczenie łańcuchów molekularnych, dzięki czemu struktura sieci mogła być tworzona w wyższej temperaturze. Dlatego temperatura żelowania zwykle wzrasta wraz ze wzrostem hydroksypropylu wraz ze wzrostem zawartości.
HPMC z wyższą zawartością hydroksypropylową (takimi jak HPMC K15M) ma tendencję do wykazania wyższej temperatury żelowania w tym samym stężeniu niż w przypadku insincel®hpmc z niższą zawartością hydroksypropylową (np. HPMC K4M). Wynika to z faktu, że wyższa zawartość hydroksypropylowa utrudnia cząsteczkom interakcji i tworzeniu sieci w niższych temperaturach, wymagając wyższych temperatur w celu przezwyciężenia tego nawodnienia i promowania interakcji międzycząsteczkowych w celu utworzenia trójwymiarowej struktury sieci. .
3.2 Zależność między zawartością hydroksypropylową a stężeniem roztworu
Stężenie roztworu jest również ważnym czynnikiem wpływającym na temperaturę żelowania HPMC. W roztworach HPMC o wysokim stężeniu interakcje międzycząsteczkowe są silniejsze, więc temperatura żelowania może być wyższa, nawet jeśli zawartość hydroksypropylu jest niższa. Przy niskich stężeniach interakcja między cząsteczkami HPMC jest słaba, a roztwór częściej żeluje w niższych temperaturach.
Gdy zawartość hydroksypropylowa rośnie, chociaż hydrofilowość wzrasta, nadal wymagana jest wyższa temperatura do utworzenia żelu. Zwłaszcza w warunkach niskiego stężenia temperatura żelowania znacznie wzrasta. Wynika to z faktu, że HPMC z wysoką zawartością hydroksypropylową jest trudniejszy do indukcji interakcji między łańcuchami molekularnymi poprzez zmiany temperatury, a proces żelowania wymaga dodatkowej energii cieplnej w celu przezwyciężenia efektu nawodnienia.
3.3 Wpływ zawartości hydroksypropylowej na proces żelowania
W pewnym zakresie zawartości hydroksypropylowej w procesie żelowania jest zdominowana przez interakcję między nawodnieniem a łańcuchami molekularnymi. Gdy zawartość hydroksypropylowa w cząsteczce HPMC jest niska, nawodnienie jest słabe, interakcja między cząsteczkami jest silna, a niższa temperatura może sprzyjać tworzeniu się żelu. Gdy zawartość hydroksypropylu jest wyższa, nawodnienie jest znacznie zwiększone, interakcja między łańcuchami molekularnymi staje się słabsza, a temperatura żelowania rośnie.
Wyższa zawartość hydroksypropylowa może również prowadzić do wzrostu lepkości roztworu HPMC, zmiany, która czasami zwiększa temperaturę żelowania.
Zawartość hydroksypropylowa ma znaczący wpływ na temperaturę żelowaniaHPMC. Wraz ze wzrostem zawartości hydroksypropylowej hydrofilowość HPMC wzrasta, a interakcja między łańcuchami molekularnymi osłabia się, więc jego temperatura żelowania zwykle rośnie. Zjawisko to można wytłumaczyć mechanizmem interakcji między nawodnieniem a łańcuchami molekularnymi. Dostosowując zawartość hydroksypropylową w HPMC, można osiągnąć precyzyjną kontrolę temperatury żelowania, optymalizując w ten sposób wydajność HPMC w zastosowaniach farmaceutycznych, żywności i innych zastosowaniach przemysłowych.
Czas postu: 04-2025