Hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC) är en allmänt använd vattenlöslig polymer, flitigt använd inom läkemedel, kosmetika, livsmedel och industriella områden, särskilt vid framställning av geler. Dess fysiska egenskaper och upplösningsbeteende har en betydande inverkan på effektiviteten i olika tillämpningar. Gelningstemperaturen för HPMC-gel är en av dess viktigaste fysikaliska egenskaper, som direkt påverkar dess prestanda i olika preparat, såsom kontrollerad frisättning, filmbildning, stabilitet, etc.
1. Struktur och egenskaper hos HPMC
HPMC är en vattenlöslig polymer som erhålls genom att introducera två substituenter, hydroxipropyl och metyl, i cellulosamolekylskelettet. Dess molekylära struktur innehåller två typer av substituenter: hydroxipropyl (-CH2CHOHCH3) och metyl (-CH3). Faktorer som olika hydroxipropylhalt, metyleringsgrad och polymerisationsgrad kommer att ha en viktig inverkan på HPMC:s löslighet, gelningsbeteende och mekaniska egenskaper.
I vattenlösningar bildar AnxinCel®HPMC stabila kolloidala lösningar genom att bilda vätebindningar med vattenmolekyler och interagera med dess cellulosabaserade skelett. När den yttre miljön (som temperatur, jonstyrka, etc.) förändras kommer interaktionen mellan HPMC-molekyler att förändras, vilket resulterar i gelning.
2. Definition och påverkande faktorer för gelningstemperatur
Gelningstemperatur (Gelation Temperature, T_gel) hänvisar till den temperatur vid vilken HPMC-lösningen börjar övergå från flytande till fast när lösningstemperaturen stiger till en viss nivå. Vid denna temperatur kommer rörelsen av HPMC-molekylkedjor att begränsas, vilket bildar en tredimensionell nätverksstruktur, vilket resulterar i en gelliknande substans.
Gelningstemperaturen för HPMC påverkas av många faktorer, en av de viktigaste faktorerna är hydroxipropylhalten. Förutom hydroxipropylinnehåll är andra faktorer som påverkar geltemperaturen molekylvikt, lösningskoncentration, pH-värde, lösningsmedelstyp, jonstyrka, etc.
3. Effekt av hydroxipropylinnehåll på HPMC-geltemperatur
3.1 Ökningen av hydroxipropylhalten leder till en ökning av geltemperaturen
Gelningstemperaturen för HPMC är nära relaterad till graden av hydroxipropylsubstitution i dess molekyl. När hydroxipropylhalten ökar, ökar antalet hydrofila substituenter på HPMC-molekylkedjan, vilket resulterar i förbättrad interaktion mellan molekylen och vattnet. Denna interaktion gör att molekylkedjorna sträcker sig ytterligare, vilket minskar styrkan i interaktionen mellan molekylkedjorna. Inom ett visst koncentrationsområde bidrar en ökning av hydroxipropylhalten till att öka graden av hydratisering och främjar det inbördes arrangemanget av molekylkedjor, så att en nätverksstruktur kan bildas vid en högre temperatur. Därför ökar gelningstemperaturen vanligtvis med hydroxipropylen stiger med ökande halt.
HPMC med högre hydroxipropylhalt (såsom HPMC K15M) tenderar att uppvisa en högre gelningstemperatur vid samma koncentration än AnxinCel®HPMC med lägre hydroxipropylhalt (såsom HPMC K4M). Detta beror på att högre hydroxipropylinnehåll gör det svårare för molekyler att interagera och bilda nätverk vid lägre temperaturer, vilket kräver högre temperaturer för att övervinna denna hydratisering och främja intermolekylära interaktioner för att bilda en tredimensionell nätverksstruktur. .
3.2 Samband mellan hydroxipropylhalt och lösningskoncentration
Lösningskoncentration är också en viktig faktor som påverkar gelningstemperaturen för HPMC. I HPMC-lösningar med hög koncentration är de intermolekylära interaktionerna starkare, så gelningstemperaturen kan vara högre även om hydroxipropylhalten är lägre. Vid låga koncentrationer är interaktionen mellan HPMC-molekyler svag, och lösningen är mer benägen att gela vid lägre temperaturer.
När hydroxipropylhalten ökar, även om hydrofilicitet ökar, krävs fortfarande en högre temperatur för att bilda en gel. Speciellt under lågkoncentrationsförhållanden ökar gelningstemperaturen mer signifikant. Detta beror på att HPMC med högt hydroxipropylinnehåll är svårare att inducera interaktioner mellan molekylkedjor genom temperaturförändringar, och gelningsprocessen kräver ytterligare termisk energi för att övervinna hydratiseringseffekten.
3.3 Effekt av hydroxipropylinnehåll på gelningsprocessen
Inom ett visst intervall av hydroxipropylinnehåll domineras gelningsprocessen av interaktionen mellan hydratisering och molekylkedjor. När hydroxipropylhalten i HPMC-molekylen är låg är hydratiseringen svag, interaktionen mellan molekylerna stark och en lägre temperatur kan främja bildningen av gel. När hydroxipropylhalten är högre, förbättras hydratiseringen avsevärt, interaktionen mellan molekylkedjorna blir svagare och gelningstemperaturen ökar.
Högre hydroxipropylhalt kan också leda till en ökning av viskositeten hos HPMC-lösningen, en förändring som ibland ökar starttemperaturen för gelning.
Hydroxipropylinnehållet har en betydande inverkan på gelningstemperaturen hosHPMC. När hydroxipropylhalten ökar, ökar hydrofilicitet hos HPMC och interaktionen mellan molekylkedjorna försvagas, så dess gelningstemperatur ökar vanligtvis. Detta fenomen kan förklaras av interaktionsmekanismen mellan hydratisering och molekylkedjor. Genom att justera hydroxypropylhalten i HPMC kan exakt kontroll av gelningstemperaturen uppnås, och därigenom optimera HPMC:s prestanda i läkemedel, livsmedel och andra industriella tillämpningar.
Posttid: Jan-04-2025