مروری بر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)یک مشتق سلولز مصنوعی و یک ترکیب پلیمری نیمه مصنوعی است. به طور گسترده در بسیاری از صنایع مانند ساخت و ساز، پزشکی، مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و پوشش استفاده می شود. به عنوان یک اتر سلولز غیر یونی، HPMC دارای انحلال پذیری در آب، خواص تشکیل فیلم، چسبندگی و امولسیون شدن است و بنابراین دارای ارزش کاربردی مهمی در بسیاری از زمینه ها است.

1. ساختار شیمیایی و خواص HPMC

ساختار مولکولی HPMC از سلولز طبیعی مشتق شده است. پس از اصلاح شیمیایی، گروه های متیل (-OCH3) و هیدروکسی پروپیل (-OCH2CH2OH) به زنجیره سلولزی وارد می شوند. ساختار شیمیایی اصلی آن به شرح زیر است:

مولکول های سلولز از واحدهای گلوکز تشکیل شده اند که توسط پیوندهای β-1،4-گلیکوزیدی به هم متصل شده اند.

گروه های متیل و هیدروکسی پروپیل از طریق واکنش های جایگزینی وارد زنجیره سلولزی می شوند.

این ساختار شیمیایی به HPMC خواص زیر را می دهد:

حلالیت در آب: با کنترل درجه جایگزینی گروه های متیل و هیدروکسی پروپیل، HPMC می تواند حلالیت آب خود را تنظیم کند. به طور کلی، HPMC می تواند یک محلول چسبناک در آب سرد تشکیل دهد و حلالیت خوبی در آب دارد.

تنظیم ویسکوزیته: ویسکوزیته HPMC را می توان با تنظیم وزن مولکولی و درجه جایگزینی برای برآورده کردن نیازهای کاربردی مختلف به طور دقیق کنترل کرد.

مقاومت در برابر حرارت: از آنجایی که HPMC یک ماده پلیمری ترموپلاستیک است، مقاومت حرارتی آن نسبتاً خوب است و می تواند عملکرد پایدار را در یک محدوده دمایی خاص حفظ کند.

سازگاری زیستی: HPMC یک ماده غیر سمی و غیر تحریک کننده است، بنابراین به ویژه در زمینه پزشکی مورد علاقه است.

2. روش تهیه HPMC

روش تهیه HPMC عمدتاً با واکنش استریفیکاسیون سلولز تکمیل می شود. مراحل مشخص به شرح زیر است:

انحلال سلولز: ابتدا سلولز طبیعی را با یک حلال (مانند کلروفرم، حلال الکل و غیره) مخلوط کنید تا در محلول سلولزی حل شود.

اصلاح شیمیایی: معرف های شیمیایی متیل و هیدروکسی پروپیل (مانند ترکیبات کلرومتیل و آلیل الکل) برای ایجاد واکنش جایگزینی به محلول اضافه می شوند.

خنثی سازی و خشک کردن: مقدار pH با افزودن اسید یا قلیایی تنظیم می شود و پس از واکنش جداسازی، خالص سازی و خشک کردن انجام می شود تا در نهایت هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به دست آید.

3. کاربردهای اصلی HPMC

خواص منحصر به فرد HPMC باعث شده است که در بسیاری از زمینه ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد. در زیر برخی از زمینه های کاربردی اصلی آورده شده است:

(1) زمینه ساخت و ساز: HPMC به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز، عمدتا در مصالح ساختمانی مانند سیمان، ملات و پوشش ها استفاده می شود. می تواند سیالیت، چسبندگی و حفظ آب مخلوط را بهبود بخشد. به خصوص در ملات خشک، HPMC می تواند عملکرد ساخت و ساز را بهبود بخشد، چسبندگی ملات را افزایش دهد و از ایجاد ترک در دوغاب سیمان در طول فرآیند سخت شدن جلوگیری کند.

(2) زمینه دارویی: در زمینه داروسازی، HPMC اغلب برای تهیه قرص، کپسول و داروهای مایع استفاده می شود. به عنوان یک عامل تشکیل دهنده فیلم، ضخیم کننده و تثبیت کننده، می تواند حلالیت و فراهمی زیستی داروها را بهبود بخشد. در قرص ها، HPMC نه تنها می تواند سرعت انتشار داروها را کنترل کند، بلکه پایداری داروها را نیز بهبود می بخشد.

(3) زمینه غذایی: HPMC را می توان در فرآوری مواد غذایی به عنوان ضخیم کننده، امولسیفایر و تثبیت کننده استفاده کرد. به عنوان مثال در غذاهای کم چرب و بدون چربی، HPMC می تواند طعم و بافت بهتری ارائه دهد و پایداری محصول را افزایش دهد. همچنین به طور گسترده در غذاهای منجمد برای جلوگیری از جدا شدن آب یا تشکیل کریستال یخ استفاده می شود.

(4) لوازم آرایشی: در لوازم آرایشی، HPMC اغلب به عنوان ضخیم کننده، امولسیفایر و مرطوب کننده استفاده می شود. می تواند بافت لوازم آرایشی را بهبود بخشد و استفاده و جذب آنها را آسان تر کند. به خصوص در کرم های پوست، شامپوها، ماسک های صورت و سایر محصولات، استفاده از HPMC می تواند حس و ثبات محصول را بهبود بخشد.

(5) پوشش ها و رنگ ها: در صنعت پوشش ها و رنگ ها، HPMC، به عنوان ضخیم کننده و امولسیفایر، می تواند رئولوژی پوشش را تنظیم کند و پوشش را یکنواخت تر و صاف تر کند. همچنین می تواند مقاومت در برابر آب و خواص ضد رسوب پوشش را بهبود بخشد و سختی و چسبندگی پوشش را افزایش دهد.

4. چشم انداز بازار و روند توسعه HPMC

با توجه بیشتر و بیشتر مردم به حفاظت از محیط زیست و سلامت، HPMC، به عنوان یک ماده پلیمری سبز و غیر سمی، چشم اندازهای وسیعی دارد. به ویژه در صنایع دارویی، غذایی و آرایشی، کاربرد HPMC بیشتر گسترش خواهد یافت. در آینده، روند تولید HPMC احتمالاً بیشتر بهینه خواهد شد و افزایش تولید و کاهش هزینه باعث ارتقای کاربرد آن در صنایع بیشتری خواهد شد.

با توسعه مواد هوشمند و فناوری رهاسازی کنترل شده، استفاده از HPMC در سیستم های دارورسانی هوشمند نیز به کانون تحقیقاتی تبدیل خواهد شد. به عنوان مثال، HPMC را می توان برای تهیه حامل های دارویی با عملکرد رهش کنترل شده برای طولانی کردن مدت اثر دارو و بهبود کارایی استفاده کرد.

هیدروکسی پروپیل متیل سلولزیک ماده پلیمری با عملکرد عالی و کاربرد گسترده است. HPMC با حلالیت عالی در آب، توانایی تنظیم ویسکوزیته و زیست سازگاری خوب، کاربردهای مهمی در بسیاری از زمینه ها مانند ساخت و ساز، پزشکی، مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و غیره دارد.