ГПМЦ (гідраксіпрапілметылцэлюлоза) - звычайны паўсінтэтычны поліцукрыдны палімер, які шырока выкарыстоўваецца ў медыцыне, харчовай, хімічнай прамысловасці і іншых галінах. Характарыстыкі яго растварэння з'яўляюцца адной з самых папулярных кропак у даследаваннях і прымяненні.
1. Малекулярная структура і характарыстыкі растваральнасці ГПМЦ
HPMC - гэта вадараспушчальнае палімернае злучэнне, атрыманае шляхам этэрыфікацыі цэлюлозы. Яе структурнай адзінкай з'яўляецца β-D-глюкоза, якая злучана 1,4-гликозидными сувязямі. Структура асноўнага ланцуга ГПМЦ атрымана з натуральнай цэлюлозы, але частка яе гідраксільных груп заменена метоксигруппами (-OCH3) і гидроксипропильными групамі (-CH₂CH(OH)CH3), таму яна дэманструе паводзіны пры растварэнні, адрозныя ад паводзін натуральнай цэлюлозы.
Малекулярная структура ГПМЦ аказвае значны ўплыў на яе растваральнасць. Ступень замяшчэння (DS, Degree of Substitution) і малярнае замяшчэнне (MS, Molar Substitution) ГПМЦ з'яўляюцца важнымі параметрамі, якія вызначаюць характарыстыкі яго растваральнасці. Чым вышэй ступень замяшчэння, тым больш гідраксільных груп у малекуле замяняецца гідрафобнымі метокси- або гидроксипропильными групамі, што павялічвае растваральнасць ГПМЦ ў арганічных растваральніках і зніжае растваральнасць у вадзе. Наадварот, калі ступень замяшчэння нізкая, HPMC больш гідрафільны ў вадзе і хуткасць яго растварэння вышэй.
2. Механізм растварэння ГПМЦ
Растваральнасць HPMC ў вадзе - гэта складаны фізічны і хімічны працэс, і механізм яго растварэння ў асноўным уключае наступныя этапы:
Стадыя змочвання: калі ГПМЦ уступае ў кантакт з вадой, малекулы вады спачатку ўтвараюць гідратацыйную плёнку на паверхні ГПМЦ, каб ахінуць часціцы ГПМЦ. У гэтым працэсе малекулы вады ўзаемадзейнічаюць з гідраксільнымі і метоксигрупамі ў малекулах ГПМЦ праз вадародныя сувязі, у выніку чаго малекулы ГПМЦ паступова змочваюцца.
Стадыя набракання: з пранікненнем малекул вады часціцы HPMC пачынаюць паглынаць ваду і набракаць, аб'ём павялічваецца, і малекулярныя ланцужкі паступова расхістваюцца. На здольнасць ГПМЦ да набракання ўплываюць яго малекулярная маса і замяшчальнікі. Чым больш малекулярная маса, тым даўжэй час набракання; чым мацней гідрафільнасць замяшчальніка, тым больш ступень набракання.
Стадыя растварэння: калі малекулы HPMC паглынаюць дастатковую колькасць вады, малекулярныя ланцугі пачынаюць адрывацца ад часціц і паступова рассейвацца ў растворы. На хуткасць гэтага працэсу ўплываюць такія фактары, як тэмпература, хуткасць мяшання і ўласцівасці растваральніка.
HPMC звычайна паказвае добрую растваральнасць у вадзе, асабліва пры пакаёвай тэмпературы. Аднак варта адзначыць, што калі тэмпература падымаецца да пэўнага ўзроўню, HPMC будзе дэманстраваць феномен «тэрмічнага геля», гэта значыць растваральнасць памяншаецца па меры павышэння тэмпературы. Гэта звязана з узмоцненым рухам малекул вады пры высокіх тэмпературах і ўзмацненнем гідрафобнага ўзаемадзеяння паміж малекуламі ГПМЦ, што прыводзіць да міжмалекулярнай асацыяцыі і адукацыі структуры геля.
3. Фактары, якія ўплываюць на растваральнасць ГПМЦ
На растваральнасць ГПМЦ ўплывае мноства фактараў, у тым ліку яе фізічныя і хімічныя ўласцівасці і знешнія ўмовы. Асноўныя фактары ўключаюць:
Ступень замяшчэння: Як было сказана вышэй, тып і колькасць намеснікаў ГПМЦ непасрэдна ўплываюць на яго растваральнасць. Чым больш намеснікаў, тым менш гідрафільных груп у малекуле і тым горш растваральнасць. Наадварот, калі замяшчальнікаў менш, гідрафільнасць HPMC павышаецца, а растваральнасць лепш.
Малекулярная маса: малекулярная маса HPMC прама прапарцыйная часу яе растварэння. Чым больш малекулярная маса, тым павольней працэс растварэння. Гэта адбываецца таму, што малекулярны ланцуг HPMC з вялікай малекулярнай масай даўжэйшы, а малекулы больш цесна пераблытаныя, што абцяжарвае пранікненне малекул вады, што прыводзіць да больш павольнага набракання і хуткасці растварэння.
Тэмпература раствора: Тэмпература з'яўляецца адным з ключавых фактараў, якія ўплываюць на растваральнасць HPMC. HPMC раствараецца хутчэй пры больш нізкіх тэмпературах, у той час як пры больш высокіх тэмпературах ён можа ўтварыць гель і паменшыць яго растваральнасць. Такім чынам, HPMC звычайна рыхтуюць у нізкатэмпературнай вадзе, каб пазбегнуць гелеўтварэння пры высокіх тэмпературах.
Тып растваральніка: ГПМЦ раствараецца не толькі ў вадзе, але і ў некаторых арганічных растваральніках, такіх як этанол, ізапрапілавы спірт і г. д. Растваральнасць у арганічных растваральніках залежыць ад тыпу і размеркавання замяшчальнікаў. У нармальных умовах ГПМЦ дрэнна раствараецца ў арганічных растваральніках, і для паспрыяння растварэнню неабходна дадаць адпаведную колькасць вады.
Значэнне pH: HPMC мае пэўны допуск да значэння pH раствора, але ў экстрэмальных кіслотных і шчолачных умовах растваральнасць HPMC будзе закранута. Наогул кажучы, HPMC мае лепшую растваральнасць у дыяпазоне pH ад 3 да 11.
4. Прымяненне ГПМЦ у розных галінах
Растваральнасць HPMC робіць яго карысным у многіх галінах:
Фармацэўтычная сфера: HPMC звычайна выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялаў для пакрыццяў, клеяў і агентаў запаволенага вызвалення для фармацэўтычных таблетак. У лекавых пакрыццях HPMC можа ўтвараць аднастайную плёнку для павышэння стабільнасці лекавага сродку; у складах з запаволеным вызваленнем HPMC рэгулюе хуткасць вызвалення лекавага сродку, кантралюючы хуткасць яго растварэння, тым самым дасягаючы працяглай дастаўкі лекавага сродку.
Харчовая прамысловасць: у прадуктах харчавання HPMC выкарыстоўваецца ў якасці загушчальніка, эмульгатора і стабілізатара. Паколькі HPMC мае добрую растваральнасць у вадзе і тэрмаўстойлівасць, ён можа забяспечыць адпаведную тэкстуру і густ у розных прадуктах. У той жа час неионная прырода HPMC прадухіляе яго рэакцыю з іншымі харчовымі інгрэдыентамі і падтрымлівае фізічную і хімічную стабільнасць ежы.
Штодзённая хімічная прамысловасць: HPMC часта выкарыстоўваецца ў якасці загушчальніка і эмульгатора ў такіх прадуктах, як шампунь, кандыцыянер і крэм для асобы. Яго добрая растваральнасць у вадзе і эфект згушчэння дазваляюць забяспечыць выдатны вопыт выкарыстання. Акрамя таго, HPMC можа ўзаемадзейнічаць з іншымі актыўнымі інгрэдыентамі для павышэння функцыянальнасці прадукту.
Будаўнічыя матэрыялы: у будаўнічай індустрыі HPMC выкарыстоўваецца ў якасці загушчальніка і ўтрымліваючай ваду агента ў цэментавых растворах, пліткавых клеях і пакрыццях. HPMC можа эфектыўна палепшыць працаздольнасць гэтых матэрыялаў, падоўжыць час іх выкарыстання і павысіць іх расколінатрываласць.
У якасці палімернага матэрыялу з добрай растваральнасцю на паводзіны ГПМЦ пры растварэнні ўплывае мноства фактараў, такіх як малекулярная структура, тэмпература, значэнне pH і г. д. У розных галінах прымянення растваральнасць ГПМЦ можна аптымізаваць шляхам рэгулявання гэтых фактараў у адпаведнасці з рознымі патрэбамі. Растваральнасць HPMC не толькі вызначае яго прадукцыйнасць у водных растворах, але і непасрэдна ўплывае на яго функцыі ў фармацэўтычнай, харчовай, штодзённай хімічнай і будаўнічай прамысловасці.
Час публікацыі: 14 кастрычніка 2024 г