ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ออุณหภูมิเจล HPMC

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านยา เครื่องสำอาง อาหาร และอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเตรียมเจล คุณสมบัติทางกายภาพและพฤติกรรมการละลายของสารมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิผลในการใช้งานต่างๆ อุณหภูมิการเกิดเจลของเจล HPMC เป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการเตรียมต่างๆ เช่น การปลดปล่อยแบบควบคุม การสร้างฟิล์ม ความคงตัว ฯลฯ

1. โครงสร้างและคุณสมบัติของ HPMC

HPMC เป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ที่ได้จากการแนะนำองค์ประกอบทดแทนสองชนิด ได้แก่ ไฮดรอกซีโพรพิลและเมทิล เข้าไปในโครงกระดูกโมเลกุลของเซลลูโลส โครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยองค์ประกอบย่อยสองประเภท: ไฮดรอกซีโพรพิล (-CH2CHOHCH3) และเมทิล (-CH3) ปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่แตกต่างกัน ระดับของเมทิลเลชัน และระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน จะมีผลกระทบสำคัญต่อความสามารถในการละลาย พฤติกรรมการเกิดเจล และคุณสมบัติเชิงกลของ HPMC

ในสารละลายที่เป็นน้ำ AnxinCel®HPMC จะสร้างสารละลายคอลลอยด์ที่เสถียรโดยการสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำ และทำปฏิกิริยากับโครงกระดูกที่มีเซลลูโลส เมื่อสภาพแวดล้อมภายนอก (เช่น อุณหภูมิ ความแรงของไอออนิก ฯลฯ) เปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล HPMC จะเปลี่ยนไป ส่งผลให้เกิดเจล

2. ความหมายและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิการเกิดเจล

อุณหภูมิการเกิดเจล (อุณหภูมิการเกิดเจล, T_gel) หมายถึงอุณหภูมิที่สารละลาย HPMC เริ่มเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง เมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง ที่อุณหภูมินี้ การเคลื่อนที่ของสายโซ่โมเลกุล HPMC จะถูกจำกัด ก่อให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ ส่งผลให้เกิดสารคล้ายเจล

อุณหภูมิการเกิดเจลของ HPMC ได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือปริมาณไฮดรอกซีโพรพิล นอกจากปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลแล้ว ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่ออุณหภูมิของเจล ได้แก่ น้ำหนักโมเลกุล ความเข้มข้นของสารละลาย ค่า pH ประเภทของตัวทำละลาย ความแข็งแรงของไอออนิก เป็นต้น

3. ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ออุณหภูมิเจล HPMC

3.1 การเพิ่มขึ้นของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลทำให้อุณหภูมิเจลเพิ่มขึ้น

อุณหภูมิการเกิดเจลของ HPMC มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับระดับของการทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลในโมเลกุลของมัน เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น จำนวนขององค์ประกอบทดแทนที่ชอบน้ำบนสายโซ่โมเลกุล HPMC จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและน้ำดีขึ้น อันตรกิริยานี้ทำให้สายโซ่โมเลกุลยืดตัวออกไปอีก ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงของอันตรกิริยาระหว่างสายโซ่โมเลกุลลดลง ภายในช่วงความเข้มข้นที่กำหนด การเพิ่มปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลจะช่วยเพิ่มระดับความชุ่มชื้นและส่งเสริมการจัดเรียงสายโซ่โมเลกุลร่วมกัน เพื่อให้สามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้ ดังนั้นอุณหภูมิของเจลมักจะเพิ่มขึ้นเมื่อไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่เพิ่มขึ้น

HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงกว่า (เช่น HPMC K15M) มีแนวโน้มที่จะแสดงอุณหภูมิการเกิดเจลที่ความเข้มข้นเท่ากันมากกว่า AnxinCel®HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ำกว่า (เช่น HPMC K4M) เนื่องจากปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่สูงขึ้นทำให้โมเลกุลโต้ตอบและสร้างเครือข่ายที่อุณหภูมิต่ำได้ยากขึ้น โดยต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อเอาชนะความชุ่มชื้นนี้ และส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ -

3.2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลกับความเข้มข้นของสารละลาย

ความเข้มข้นของสารละลายยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออุณหภูมิการเกิดเจลของ HPMC ในสารละลาย HPMC ที่มีความเข้มข้นสูง ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะรุนแรงขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิการเกิดเจลอาจสูงขึ้นแม้ว่าปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลจะลดลงก็ตาม ที่ความเข้มข้นต่ำ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล HPMC จะอ่อน และสารละลายมีแนวโน้มที่จะเกิดเจลมากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า

เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น แม้ว่าความสามารถในการชอบน้ำจะเพิ่มขึ้น แต่ก็ยังต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อสร้างเจล โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะความเข้มข้นต่ำ อุณหภูมิของเจลจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจาก HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงยากกว่าที่จะกระตุ้นให้เกิดอันตรกิริยาระหว่างสายโซ่โมเลกุลผ่านการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และกระบวนการเจลต้องใช้พลังงานความร้อนเพิ่มเติมเพื่อเอาชนะผลของการให้น้ำ

3.3 ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่อกระบวนการเกิดเจล

ภายในปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลในช่วงที่กำหนด กระบวนการเจลจะถูกครอบงำโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างไฮเดรชั่นและสายโซ่โมเลกุล เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลในโมเลกุล HPMC ต่ำ ความชุ่มชื้นจะอ่อนแอ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะแข็งแกร่ง และอุณหภูมิที่ต่ำกว่าสามารถส่งเสริมการก่อตัวของเจลได้ เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงขึ้น ความชุ่มชื้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ปฏิกิริยาระหว่างสายโซ่โมเลกุลจะอ่อนลง และอุณหภูมิการเกิดเจลจะเพิ่มขึ้น

ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่สูงขึ้นยังอาจส่งผลให้ความหนืดของสารละลาย HPMC เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่บางครั้งจะเพิ่มอุณหภูมิที่เริ่มเกิดเจล

ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิการเกิดเจลของHPMC- เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น ความสามารถในการชอบน้ำของ HPMC จะเพิ่มขึ้น และอันตรกิริยาระหว่างสายโซ่โมเลกุลจะลดลง ดังนั้นอุณหภูมิการเกิดเจลจึงมักจะเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยกลไกอันตรกิริยาระหว่างไฮเดรชั่นและสายโซ่โมเลกุล ด้วยการปรับปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลของ HPMC จึงสามารถควบคุมอุณหภูมิการเกิดเจลได้อย่างแม่นยำ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ HPMC ในการใช้งานทางเภสัชกรรม อาหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ