Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) là một loại polymer hòa tan trong nước được sử dụng phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và công nghiệp, đặc biệt là trong điều chế gel. Tính chất vật lý và hành vi hòa tan của nó có tác động đáng kể đến hiệu quả trong các ứng dụng khác nhau. Nhiệt độ gel hóa của gel HPMC là một trong những tính chất vật lý quan trọng của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của nó trong các chế phẩm khác nhau, chẳng hạn như giải phóng có kiểm soát, hình thành màng, độ ổn định, v.v.
1. Cấu trúc và tính chất của HPMC
HPMC là một polyme hòa tan trong nước thu được bằng cách đưa hai nhóm thế là hydroxypropyl và methyl vào khung phân tử cellulose. Cấu trúc phân tử của nó chứa hai loại nhóm thế: hydroxypropyl (-CH2CHOHCH3) và methyl (-CH3). Các yếu tố như hàm lượng hydroxypropyl khác nhau, mức độ methyl hóa và mức độ trùng hợp sẽ có tác động quan trọng đến độ hòa tan, đặc tính tạo gel và tính chất cơ học của HPMC.
Trong dung dịch nước, AnxinCel®HPMC hình thành dung dịch keo ổn định bằng cách hình thành liên kết hydro với các phân tử nước và tương tác với bộ xương dựa trên cellulose của nó. Khi môi trường bên ngoài (như nhiệt độ, cường độ ion, v.v.) thay đổi, sự tương tác giữa các phân tử HPMC sẽ thay đổi, dẫn đến hiện tượng gel hóa.
2. Định nghĩa và các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ gel hóa
Nhiệt độ tạo gel (Nhiệt độ tạo gel, T_gel) đề cập đến nhiệt độ mà dung dịch HPMC bắt đầu chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn khi nhiệt độ dung dịch tăng đến một mức nhất định. Ở nhiệt độ này, sự chuyển động của chuỗi phân tử HPMC sẽ bị hạn chế, tạo thành cấu trúc mạng ba chiều, tạo thành chất giống như gel.
Nhiệt độ gel hóa của HPMC bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, một trong những yếu tố quan trọng nhất là hàm lượng hydroxypropyl. Ngoài hàm lượng hydroxypropyl, các yếu tố khác ảnh hưởng đến nhiệt độ gel bao gồm trọng lượng phân tử, nồng độ dung dịch, giá trị pH, loại dung môi, cường độ ion, v.v..
3. Ảnh hưởng của hàm lượng hydroxypropyl đến nhiệt độ gel HPMC
3.1 Hàm lượng hydroxypropyl tăng dẫn đến nhiệt độ gel tăng
Nhiệt độ gel hóa của HPMC có liên quan chặt chẽ đến mức độ thay thế hydroxypropyl trong phân tử của nó. Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng lên, số lượng nhóm thế ưa nước trên chuỗi phân tử HPMC tăng lên, dẫn đến tăng cường tương tác giữa phân tử và nước. Sự tương tác này làm cho các chuỗi phân tử bị kéo dài hơn nữa, do đó làm giảm cường độ tương tác giữa các chuỗi phân tử. Trong một phạm vi nồng độ nhất định, việc tăng hàm lượng hydroxypropyl giúp tăng cường mức độ hydrat hóa và thúc đẩy sự sắp xếp lẫn nhau của các chuỗi phân tử, để có thể hình thành cấu trúc mạng ở nhiệt độ cao hơn. Do đó, nhiệt độ gel hóa thường tăng khi hàm lượng hydroxypropyl tăng.
HPMC có hàm lượng hydroxypropyl cao hơn (chẳng hạn như HPMC K15M) có xu hướng thể hiện nhiệt độ gel hóa cao hơn ở cùng nồng độ so với AnxinCel®HPMC có hàm lượng hydroxypropyl thấp hơn (chẳng hạn như HPMC K4M). Điều này là do hàm lượng hydroxypropyl cao hơn khiến các phân tử khó tương tác và hình thành mạng lưới hơn ở nhiệt độ thấp hơn, đòi hỏi nhiệt độ cao hơn để vượt qua quá trình hydrat hóa này và thúc đẩy tương tác giữa các phân tử để hình thành cấu trúc mạng ba chiều. .
3.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng hydroxypropyl và nồng độ dung dịch
Nồng độ dung dịch cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ gel hóa của HPMC. Trong các dung dịch HPMC nồng độ cao, tương tác giữa các phân tử mạnh hơn, do đó nhiệt độ tạo gel có thể cao hơn ngay cả khi hàm lượng hydroxypropyl thấp hơn. Ở nồng độ thấp, sự tương tác giữa các phân tử HPMC yếu và dung dịch có nhiều khả năng tạo gel ở nhiệt độ thấp hơn.
Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng, mặc dù tính ưa nước tăng nhưng vẫn cần nhiệt độ cao hơn để tạo thành gel. Đặc biệt trong điều kiện nồng độ thấp, nhiệt độ gel hóa tăng lên đáng kể. Điều này là do HPMC có hàm lượng hydroxypropyl cao khó tạo ra sự tương tác giữa các chuỗi phân tử thông qua thay đổi nhiệt độ và quá trình tạo gel cần thêm năng lượng nhiệt để khắc phục hiệu ứng hydrat hóa.
3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng hydroxypropyl đến quá trình tạo gel
Trong một phạm vi hàm lượng hydroxypropyl nhất định, quá trình tạo gel bị chi phối bởi sự tương tác giữa quá trình hydrat hóa và chuỗi phân tử. Khi hàm lượng hydroxypropyl trong phân tử HPMC thấp, quá trình hydrat hóa yếu, sự tương tác giữa các phân tử mạnh và nhiệt độ thấp hơn có thể thúc đẩy sự hình thành gel. Khi hàm lượng hydroxypropyl cao hơn, quá trình hydrat hóa được tăng cường đáng kể, sự tương tác giữa các chuỗi phân tử trở nên yếu hơn và nhiệt độ gel hóa tăng lên.
Hàm lượng hydroxypropyl cao hơn cũng có thể dẫn đến tăng độ nhớt của dung dịch HPMC, một sự thay đổi đôi khi làm tăng nhiệt độ bắt đầu tạo gel.
Hàm lượng hydroxypropyl có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ gel hóa củaHPMC. Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng lên, tính ưa nước của HPMC tăng lên và sự tương tác giữa các chuỗi phân tử yếu đi, do đó nhiệt độ gel hóa của nó thường tăng lên. Hiện tượng này có thể được giải thích bằng cơ chế tương tác giữa quá trình hydrat hóa và chuỗi phân tử. Bằng cách điều chỉnh hàm lượng hydroxypropyl của HPMC, có thể đạt được sự kiểm soát chính xác nhiệt độ gel hóa, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của HPMC trong dược phẩm, thực phẩm và các ứng dụng công nghiệp khác.
Thời gian đăng: Jan-04-2025