HPMC (Hydroxypropyl Methylcellulose) ir izplatīts daļēji sintētisks polisaharīda polimērs, ko plaši izmanto medicīnā, pārtikā, ķīmiskajā rūpniecībā un citās jomās. Tā šķīdināšanas īpašības ir viens no karstajiem punktiem pētniecībā un pielietojumā.
1. HPMC molekulārā struktūra un šķīdības raksturlielumi
HPMC ir ūdenī šķīstošs polimēru savienojums, ko iegūst, modificējot celulozi ar ēterizāciju. Tās struktūrvienība ir β-D-glikoze, kas ir saistīta ar 1,4-glikozīdu saitēm. HPMC galvenā ķēdes struktūra ir iegūta no dabiskās celulozes, bet daļa no tās hidroksilgrupām ir aizstātas ar metoksigrupām (-OCH₃) un hidroksipropilgrupām (-CH2CH(OH)CH₃), tāpēc tai ir atšķirīga šķīdināšanas uzvedība nekā dabiskajai celulozei.
HPMC molekulārajai struktūrai ir būtiska ietekme uz tā šķīdību. HPMC aizvietošanas pakāpe (DS, aizstāšanas pakāpe) un molārā aizstāšana (MS, molārā aizstāšana) ir svarīgi parametri, kas nosaka tā šķīdības raksturlielumus. Jo augstāka ir aizvietošanas pakāpe, jo vairāk hidroksilgrupu molekulā tiek aizstātas ar hidrofobām metoksi vai hidroksipropilgrupām, kas palielina HPMC šķīdību organiskajos šķīdinātājos un samazina šķīdību ūdenī. Gluži pretēji, ja aizvietošanas pakāpe ir zema, HPMC ir vairāk hidrofils ūdenī un tā šķīšanas ātrums ir ātrāks.
2. HPMC šķīšanas mehānisms
HPMC šķīdība ūdenī ir sarežģīts fizikāls un ķīmisks process, un tā šķīdināšanas mehānisms galvenokārt ietver šādas darbības:
Mitrināšanas stadija: kad HPMC nonāk saskarē ar ūdeni, ūdens molekulas vispirms veidos hidratācijas plēvi uz HPMC virsmas, lai iesaiņotu HPMC daļiņas. Šajā procesā ūdens molekulas mijiedarbojas ar hidroksilgrupām un metoksigrupām HPMC molekulās, izmantojot ūdeņraža saites, izraisot HPMC molekulu pakāpenisku mitrināšanu.
Pietūkuma stadija: līdz ar ūdens molekulu iekļūšanu HPMC daļiņas sāk absorbēt ūdeni un uzbriest, palielinās tilpums un pakāpeniski atbrīvojas molekulārās ķēdes. HPMC pietūkuma spēju ietekmē tā molekulmasa un aizvietotāji. Jo lielāka ir molekulmasa, jo ilgāks uzbriest laiks; jo spēcīgāka ir aizvietotāja hidrofilitāte, jo lielāka ir pietūkuma pakāpe.
Izšķīdināšanas stadija: kad HPMC molekulas absorbē pietiekami daudz ūdens, molekulārās ķēdes sāk atdalīties no daļiņām un pakāpeniski izkliedējas šķīdumā. Šī procesa ātrumu ietekmē tādi faktori kā temperatūra, maisīšanas ātrums un šķīdinātāja īpašības.
HPMC parasti uzrāda labu šķīdību ūdenī, īpaši istabas temperatūrā. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka, temperatūrai paaugstinoties līdz noteiktam līmenim, HPMC parādīsies “termiskā gēla” parādība, tas ir, šķīdība samazinās, paaugstinoties temperatūrai. Tas ir saistīts ar pastiprinātu ūdens molekulu kustību augstās temperatūrās un pastiprināto hidrofobo mijiedarbību starp HPMC molekulām, kas izraisa starpmolekulāru asociāciju un gēla struktūras veidošanos.
3. HPMC šķīdību ietekmējošie faktori
HPMC šķīdību ietekmē daudzi faktori, tostarp tā fizikālās un ķīmiskās īpašības un ārējie apstākļi. Galvenie faktori ietver:
Aizvietošanas pakāpe: Kā minēts iepriekš, HPMC aizvietotāju veids un skaits tieši ietekmē tā šķīdību. Jo vairāk aizvietotāju, jo mazāk hidrofilo grupu molekulā un sliktāka šķīdība. Gluži pretēji, ja ir mazāk aizvietotāju, HPMC hidrofilitāte tiek uzlabota un šķīdība ir labāka.
Molekulmasa: HPMC molekulmasa ir tieši proporcionāla tā šķīšanas laikam. Jo lielāka ir molekulmasa, jo lēnāks ir šķīšanas process. Tas ir tāpēc, ka HPMC molekulārā ķēde ar lielu molekulmasu ir garāka un molekulas ir ciešāk sapinušās, apgrūtinot ūdens molekulu iekļūšanu, kā rezultātā samazinās uzbriest un šķīst.
Šķīduma temperatūra: Temperatūra ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē HPMC šķīdību. HPMC izšķīst ātrāk zemākā temperatūrā, savukārt augstākā temperatūrā tas var veidot želeju un samazināt tā šķīdību. Tāpēc HPMC parasti sagatavo zemas temperatūras ūdenī, lai izvairītos no želejas augstās temperatūrās.
Šķīdinātāja veids: HPMC ne tikai šķīst ūdenī, bet arī šķīst noteiktos organiskos šķīdinātājos, piemēram, etanolā, izopropilspirtā utt. Šķīdība organiskajos šķīdinātājos ir atkarīga no aizvietotāju veida un sadalījuma. Normālos apstākļos HPMC slikti šķīst organiskajos šķīdinātājos, un, lai veicinātu šķīšanu, ir jāpievieno atbilstošs ūdens daudzums.
pH vērtība: HPMC ir noteikta tolerance pret šķīduma pH vērtību, bet ekstremālos skābju un sārmu apstākļos HPMC šķīdība tiks ietekmēta. Vispārīgi runājot, HPMC ir labāka šķīdība pH diapazonā no 3 līdz 11.
4. HPMC pielietojums dažādās jomās
HPMC šķīdība padara to noderīgu daudzās jomās:
Farmācijas joma: HPMC parasti izmanto kā pārklājuma materiālus, līmvielas un ilgstošas darbības aģentus farmaceitiskajām tabletēm. Zāļu pārklājumos HPMC var veidot vienotu plēvi, lai uzlabotu zāļu stabilitāti; ilgstošas darbības preparātos HPMC regulē zāļu izdalīšanās ātrumu, kontrolējot tā šķīšanas ātrumu, tādējādi panākot ilgstošu zāļu piegādi.
Pārtikas rūpniecība: pārtikā HPMC izmanto kā biezinātāju, emulgatoru un stabilizatoru. Tā kā HPMC ir laba šķīdība ūdenī un siltuma stabilitāte, tas var nodrošināt piemērotu tekstūru un garšu dažādiem pārtikas produktiem. Tajā pašā laikā HPMC nejonu raksturs neļauj tam reaģēt ar citām pārtikas sastāvdaļām un uztur pārtikas fizikālo un ķīmisko stabilitāti.
Ikdienas ķīmiskā rūpniecība: HPMC bieži izmanto kā biezinātāju un emulgatoru tādos produktos kā šampūns, kondicionieris un sejas krēms. Tā labā šķīdība ūdenī un sabiezēšanas efekts nodrošina izcilu lietošanas pieredzi. Turklāt HPMC var sinerģēt ar citām aktīvajām sastāvdaļām, lai uzlabotu produkta funkcionalitāti.
Būvmateriāli: Būvniecības nozarē HPMC izmanto kā biezinātāju un ūdeni aizturošu līdzekli cementa javās, flīžu līmēs un pārklājumos. HPMC var efektīvi uzlabot šo materiālu apstrādājamību, pagarināt to lietošanas laiku un uzlabot to izturību pret plaisām.
Kā polimērmateriālam ar labu šķīdību, HPMC šķīdināšanas uzvedību ietekmē daudzi faktori, piemēram, molekulārā struktūra, temperatūra, pH vērtība utt. Dažādās lietošanas jomās HPMC šķīdību var optimizēt, pielāgojot šos faktorus dažādām vajadzībām. HPMC šķīdība ne tikai nosaka tā veiktspēju ūdens šķīdumos, bet arī tieši ietekmē tā funkcijas farmācijas, pārtikas, ikdienas ķīmijas un būvniecības nozarēs.
Publicēšanas laiks: 14. oktobris 2024