Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) là một polymer hòa tan trong nước thường được sử dụng, được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong việc chuẩn bị gel. Các 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 của gel HPMC là một trong những đặc tính vật lý quan trọng của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của nó trong các chế phẩm khác nhau, chẳng hạn như phát hành có kiểm soát, hình thành phim, ổn định, v.v.
1. Cấu trúc và tính chất của HPMC
HPMC là một polymer hòa tan trong nước thu được bằng cách giới thiệu hai nhóm thế, hydroxypropyl và methyl, vào bộ xương 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, hành vi gelling và tính chất cơ học của HPMC.
Trong các dung dịch nước, loesincel®HPMC tạo thành các dung dịch keo ổn định bằng cách hình thành các 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 gel hóa.
2. Định nghĩa và các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ gel
Nhiệt độ gel (nhiệt độ gel, T_GEL) đề cập đến nhiệt độ mà dung dịch HPMC bắt đầu chuyển từ chất lỏng sang chất rắn khi nhiệt độ dung dịch tăng lên một mức nhất định. Ở nhiệt độ này, sự di chuyển của các chuỗi phân tử HPMC sẽ bị hạn chế, tạo thành cấu trúc mạng ba chiều, dẫn đến một chất giống như gel.
Nhiệt độ gel 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. Hiệu quả của hàm lượng hydroxypropyl đối với nhiệt độ gel HPMC
3.1 Sự gia tăng hàm lượng hydroxypropyl dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ gel
Nhiệt độ gel của HPMC có liên quan chặt chẽ đến mức độ thay thế hydroxypropyl trong phân tử của nó. Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng, số lượng nhóm thế ưa nước trên chuỗi phân tử HPMC tăng lên, dẫn đến tương tác tăng cường giữa phân tử và nước. Sự tương tác này làm cho các chuỗi phân tử kéo dài hơn nữa, do đó làm giảm sức mạnh của sự 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 cấu trúc mạng có thể được hình thành ở nhiệt độ cao hơn. Do đó, nhiệt độ gel hóa thường tăng khi hydroxypropyl tăng khi tăng hàm lượng.
HPMC với hàm lượng hydroxypropyl cao hơn (như HPMC K15M) có xu hướng thể hiện nhiệt độ gel hóa cao hơn ở cùng nồng độ so với lo âu Điều này là do hàm lượng hydroxypropyl cao hơn khiến các phân tử khó tương tác và hình thành các mạng ở nhiệt độ thấp hơn, đòi hỏi nhiệt độ cao hơn để vượt qua hydrat hóa này và thúc đẩy các tương tác giữa các phân tử để tạo 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 một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ gel của HPMC. Trong các giải pháp HPMC nồng độ cao, các tương tác giữa các phân tử mạnh hơn, do đó nhiệt độ gelat hóa có thể cao hơn ngay cả khi hàm lượng hydroxypropyl thấp hơn. Ở nồng độ thấp, sự tương tác giữa các phân tử HPMC là yếu và dung dịch có nhiều khả năng gel ở nhiệt độ thấp hơn.
Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng, mặc dù tính ưa nước tăng, nhiệt độ cao hơn vẫn được yêu cầu để tạo thành gel. Đặc biệt trong điều kiện nồng độ thấp, nhiệt độ gel hóa tăng đáng kể hơn. Điều này là do HPMC với hàm lượng hydroxypropyl cao khó hơn để tạo ra sự tương tác giữa các chuỗi phân tử thông qua thay đổi nhiệt độ và quá trình gelation đòi hỏi năng lượng nhiệt bổ sung để vượt qua hiệu ứng hydrat hóa.
3.3 Hiệu quả của hàm lượng hydroxypropyl đối với quá trình gelation
Trong một phạm vi nhất định của hàm lượng hydroxypropyl, quá trình gelation bị chi phối bởi sự tương tác giữa hydrat hóa và chuỗi phân tử. Khi hàm lượng hydroxypropyl trong phân tử HPMC thấp, 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, 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.
Hàm lượng hydroxypropyl cao hơn cũng có thể dẫn đến sự gia tăng độ nhớt của dung dịch HPMC, một sự thay đổi đôi khi làm tăng nhiệt độ khởi phát của quá trình gel.
Hàm lượng hydroxypropyl có tác động đáng kể đến nhiệt độ gel củaHPMC. Khi hàm lượng hydroxypropyl tăng, tính ưa nước của HPMC tăng và sự tương tác giữa các chuỗi phân tử suy yếu, do đó, nhiệt độ gel của nó thường tăng. Hiện tượng này có thể được giải thích bằng cơ chế tương tác giữa hydrat hóa và chuỗi phân tử. Bằng cách điều chỉnh hàm lượng hydroxypropyl của HPMC, kiểm soát chính xác nhiệt độ gel hóa có thể đạt được, do đó tối ưu hóa hiệu suất của HPMC trong dược phẩm, thực phẩm và các ứng dụng công nghiệp khác.
Thời gian đăng: Tháng 1-04-2025