Гідроксипропіл метилцелюлоза (HPMC) є загальноприйнятим водорозчинним полімером, широко застосовується у фармацевтичних препаратах, косметиці, харчових та промислових галузях, особливо в приготуванні гелів. Його фізичні властивості та поведінка розчинення мають істотний вплив на ефективність у різних застосуванні. Температура гелеутворення гелю HPMC є однією з його ключових фізичних властивостей, що безпосередньо впливає на його продуктивність у різних препаратах, таких як контрольоване випуск, формування плівки, стабільність тощо.
1. Структура та властивості HPMC
HPMC-водорозчинний полімер, отриманий шляхом введення двох заступників, гідроксипропілу та метилу, в молекулярний скелет целюлози. Його молекулярна структура містить два типи заступників: гідроксипропіл (-CH2CHOHCH3) та метил (-Ch3). Такі фактори, як різний вміст гідроксипропілу, ступінь метилювання та ступінь полімеризації, матимуть важливий вплив на розчинність, поведінку гелінгу та механічні властивості HPMC.
У водних розчинах, Travincel®HPMC утворює стабільні колоїдні розчини, утворюючи водневі зв’язки з молекулами води та взаємодіючи з його скелетом на основі целюлози. Коли зовнішнє середовище (наприклад, температура, іонна міцність тощо) змінюється, взаємодія між молекулами HPMC зміниться, що призводить до гелеутворення.
2. Визначення та впливові фактори температури гелеутворення
Температура гелеутворення (температура гелеутворення, T_gel) відноситься до температури, при якій розчин HPMC починає переходити від рідини до твердого речовини, коли температура розчину піднімається до певного рівня. При цій температурі рух молекулярних ланцюгів HPMC буде обмежено, утворюючи тривимірну мережеву структуру, що призводить до гелеподібної речовини.
На температуру гелеутворення HPMC впливає багато факторів, одним з найважливіших факторів є вміст гідроксипропілу. Окрім вмісту гідроксипропілу, інші фактори, що впливають на температуру гелю, включають молекулярну масу, концентрацію розчину, значення рН, тип розчинника, іонну міцність тощо.
3. Вплив вмісту гідроксипропілу на температуру гелю HPMC
3.1 Збільшення вмісту гідроксипропілу призводить до підвищення температури гелю
Температура гелеутворення HPMC тісно пов'язана зі ступенем гідроксипропілу в його молекулі. Зі збільшенням вмісту гідроксипропілу кількість гідрофільних заступників на молекулярному ланцюзі HPMC збільшується, що призводить до посилення взаємодії між молекулою та водою. Ця взаємодія змушує молекулярні ланцюги далі розтягуватися, тим самим знижуючи силу взаємодії між молекулярними ланцюгами. У певному діапазоні концентрації збільшення вмісту гідроксипропілу допомагає посилити ступінь гідратації та сприяє взаємному розташуванню молекулярних ланцюгів, щоб мережева структура могла утворюватися при більш високій температурі. Тому температура гелеутворення зазвичай збільшується при підвищенні гідроксипропілу зі збільшенням вмісту.
HPMC з більш високим вмістом гідроксипропілу (наприклад, HPMC K15M) має тенденцію виявляти більш високу температуру гелеутворення при тій же концентрації, ніж Travincel®HPMC з меншим вмістом гідроксипропілу (наприклад, HPMC K4M). Це пояснюється тим, що більш високий вміст гідроксипропілу ускладнює молекули взаємодіяти та утворювати мережі при менших температурах, вимагаючи більш високих температур для подолання цієї гідратації та сприяння міжмолекулярним взаємодією для формування тривимірної структури мережі. .
3.2 Зв'язок між вмістом гідроксипропілу та концентрацією розчину
Концентрація розчину також є важливим фактором, що впливає на температуру гелеутворення HPMC. У висококонцентраційних розчинах HPMC міжмолекулярні взаємодії сильніші, тому температура гелеутворення може бути вищою, навіть якщо вміст гідроксипропілу нижчий. При низьких концентраціях взаємодія між молекулами HPMC слабка, а розчин частіше гель при менших температурах.
Коли вміст гідроксипропілу збільшується, хоча гідрофільність збільшується, для утворення гелю все ще потрібна більш висока температура. Особливо в умовах низької концентрації температура гелеутворення значно збільшується. Це пояснюється тим, що HPMC з високим вмістом гідроксипропілу складніше індукувати взаємодію між молекулярними ланцюгами через зміни температури, а процес гелеутворення вимагає додаткової теплової енергії для подолання ефекту гідратації.
3.3 Вплив вмісту гідроксипропілу на процес гелеутворення
У певному діапазоні вмісту гідроксипропілу в процесі гелевації переважають взаємодія між гідратацією та молекулярними ланцюгами. Коли вміст гідроксипропілу в молекулі HPMC низький, гідратація слабка, взаємодія між молекулами сильна, а менша температура може сприяти утворенню гелю. Коли вміст гідроксипропілу вищий, гідратація значно посилюється, взаємодія між молекулярними ланцюгами стає слабшою, а температура гелеутворення збільшується.
Більш високий вміст гідроксипропілу також може призвести до збільшення в'язкості розчину HPMC, зміни, яка іноді збільшує температуру настання гелеутворення.
Вміст гідроксипропілу має значний вплив на температуру гелеутворенняHPMC. Зі збільшенням вмісту гідроксипропілу гідрофільність HPMC збільшується і взаємодія між молекулярними ланцюгами слабшає, тому температура його гелеутворення зазвичай збільшується. Це явище можна пояснити механізмом взаємодії між гідратацією та молекулярними ланцюгами. Регулюючи вміст гідроксипропілу в HPMC, можна досягти точного контролю температури гелеутворення, тим самим оптимізуючи продуктивність HPMC у фармацевтичних, харчових та інших промислових програмах.
Час посади: 04-2025 січня