Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) це широко використовуваний водорозчинний полімер, який широко використовується у фармацевтичній, косметичній, харчовій та промисловій сферах, особливо для приготування гелів. Його фізичні властивості та поведінка розчинення мають значний вплив на ефективність у різних сферах застосування. Температура гелеутворення гелю HPMC є однією з його ключових фізичних властивостей, яка безпосередньо впливає на його ефективність у різних препаратах, таких як контрольоване вивільнення, утворення плівки, стабільність тощо.
1. Будова та властивості ГПМЦ
ГПМЦ — це водорозчинний полімер, отриманий введенням двох замісників, гідроксипропілу та метилу, у молекулярний скелет целюлози. Його молекулярна структура містить два типи замісників: гідроксипропіл (-CH2CHOHCH3) і метил (-CH3). Такі фактори, як різний вміст гідроксипропілу, ступінь метилювання та ступінь полімеризації, матимуть важливий вплив на розчинність, гелеутворення та механічні властивості HPMC.
У водних розчинах AnxinCel®HPMC утворює стабільні колоїдні розчини, утворюючи водневі зв’язки з молекулами води та взаємодіючи зі своїм скелетом на основі целюлози. Коли зовнішнє середовище (таке як температура, іонна сила тощо) змінюється, взаємодія між молекулами HPMC змінюється, що призводить до гелеутворення.
2. Визначення та фактори, що впливають на температуру гелеутворення
Температура гелеутворення (Температура гелеутворення, T_gel) означає температуру, при якій розчин HPMC починає переходити з рідкого стану в твердий, коли температура розчину підвищується до певного рівня. При цій температурі рух молекулярних ланцюгів HPMC буде обмежено, утворюючи тривимірну сітчасту структуру, в результаті чого утворюється гелеподібна речовина.
На температуру гелеутворення HPMC впливає багато факторів, одним із найважливіших факторів є вміст гідроксипропілу. Окрім вмісту гідроксипропілу, інші фактори, які впливають на температуру гелю, включають молекулярну масу, концентрацію розчину, значення рН, тип розчинника, іонну силу тощо.
3. Вплив вмісту гідроксипропілу на температуру гелю HPMC
3.1 Збільшення вмісту гідроксипропілу призводить до підвищення температури гелю
Температура гелеутворення ГПМЦ тісно пов'язана зі ступенем гідроксипропілового заміщення в його молекулі. Зі збільшенням вмісту гідроксипропілу кількість гідрофільних замісників у молекулярному ланцюзі HPMC збільшується, що призводить до посилення взаємодії між молекулою та водою. Ця взаємодія викликає подальше розтягування молекулярних ланцюгів, тим самим зменшуючи силу взаємодії між молекулярними ланцюгами. У межах певного діапазону концентрацій збільшення вмісту гідроксипропілу сприяє підвищенню ступеня гідратації та сприяє взаємному розташуванню молекулярних ланцюгів, так що сітчаста структура може формуватися при вищій температурі. Тому температура гелеутворення зазвичай підвищується разом із підвищенням вмісту гідроксипропілу.
HPMC з вищим вмістом гідроксипропілу (наприклад, HPMC K15M) має тенденцію демонструвати вищу температуру гелеутворення при тій самій концентрації, ніж AnxinCel®HPMC з меншим вмістом гідроксипропілу (наприклад, HPMC K4M). Це пояснюється тим, що вищий вміст гідроксипропілу ускладнює взаємодію молекул і формування мереж при нижчих температурах, що вимагає більш високих температур для подолання цієї гідратації та сприяння міжмолекулярним взаємодіям для формування тривимірної мережевої структури. .
3.2 Зв'язок між вмістом гідроксипропілу та концентрацією розчину
Концентрація розчину також є важливим фактором, що впливає на температуру гелеутворення HPMC. У висококонцентрованих розчинах HPMC міжмолекулярні взаємодії сильніші, тому температура гелеутворення може бути вищою, навіть якщо вміст гідроксипропілу нижчий. При низьких концентраціях взаємодія між молекулами ГПМЦ є слабкою, і розчин більш імовірно гелеподібний при нижчих температурах.
Коли вміст гідроксипропілу збільшується, хоча гідрофільність збільшується, для утворення гелю все ще потрібна більш висока температура. Особливо в умовах низької концентрації температура гелеутворення підвищується більш значно. Це пояснюється тим, що HPMC з високим вмістом гідроксипропілу важче індукувати взаємодії 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 гелеутворення домінує взаємодія між гідратацією та молекулярними ланцюгами. Коли вміст гідроксипропілу в молекулі HPMC низький, гідратація слабка, взаємодія між молекулами сильна, і нижча температура може сприяти утворенню гелю. Коли вміст гідроксипропілу вищий, гідратація значно посилюється, взаємодія між молекулярними ланцюгами стає слабшою, а температура гелеутворення підвищується.
Вищий вміст гідроксипропілу також може призвести до збільшення в’язкості розчину HPMC, зміна, яка іноді підвищує температуру початку гелеутворення.
Вміст гідроксипропілу має значний вплив на температуру гелеутворенняHPMC. Зі збільшенням вмісту гідроксипропілу підвищується гідрофільність ГПМЦ і послаблюється взаємодія між молекулярними ланцюгами, тому температура її гелеутворення зазвичай підвищується. Це явище можна пояснити механізмом взаємодії між гідратацією та молекулярними ланцюгами. Регулюючи вміст гідроксипропілу в ГПМЦ, можна досягти точного контролю температури гелеутворення, тим самим оптимізуючи продуктивність ГПМЦ у фармацевтичній, харчовій та інших промислових сферах.
Час публікації: 04 січня 2025 р