HPMC (Hydroxypropyl Methylcellulose) ialah polimer polisakarida separa sintetik biasa yang digunakan secara meluas dalam perubatan, makanan, industri kimia dan bidang lain. Ciri-ciri pembubarannya adalah salah satu titik panas dalam penyelidikan dan aplikasi.
1. Struktur molekul dan ciri keterlarutan HPMC
HPMC ialah sebatian polimer larut air yang diperolehi melalui pengubahsuaian etherifikasi selulosa. Unit strukturnya ialah β-D-glukosa, yang disambungkan melalui ikatan 1,4-glikosidik. Struktur rantai utama HPMC berasal daripada selulosa semula jadi, tetapi sebahagian daripada kumpulan hidroksilnya digantikan oleh kumpulan metoksi (-OCH₃) dan kumpulan hidroksipropil (-CH₂CH(OH)CH₃), jadi ia menunjukkan tingkah laku pembubaran yang berbeza daripada selulosa semula jadi.
Struktur molekul HPMC mempunyai kesan yang ketara ke atas keterlarutannya. Tahap penggantian (DS, Darjah Penggantian) dan penggantian molar (MS, Penggantian Molar) HPMC adalah parameter penting yang menentukan ciri keterlarutannya. Semakin tinggi tahap penggantian, semakin banyak kumpulan hidroksil dalam molekul digantikan oleh kumpulan metoksi hidrofobik atau hidroksipropil, yang meningkatkan keterlarutan HPMC dalam pelarut organik dan mengurangkan keterlarutan dalam air. Sebaliknya, apabila tahap penggantian rendah, HPMC lebih hidrofilik dalam air dan kadar pelarutannya lebih cepat.
2. Mekanisme pembubaran HPMC
Keterlarutan HPMC dalam air adalah proses fizikal dan kimia yang kompleks, dan mekanisme pembubarannya terutamanya termasuk langkah-langkah berikut:
Peringkat pembasahan: Apabila HPMC bersentuhan dengan air, molekul air akan mula-mula membentuk filem penghidratan pada permukaan HPMC untuk membalut zarah HPMC. Dalam proses ini, molekul air berinteraksi dengan kumpulan hidroksil dan metoksi dalam molekul HPMC melalui ikatan hidrogen, menyebabkan molekul HPMC dibasahi secara beransur-ansur.
Peringkat bengkak: Dengan penembusan molekul air, zarah HPMC mula menyerap air dan membengkak, isipadu meningkat, dan rantai molekul beransur-ansur longgar. Keupayaan pembengkakan HPMC dipengaruhi oleh berat molekul dan substituennya. Lebih besar berat molekul, lebih lama masa bengkak; semakin kuat hidrofilik substituen, semakin besar tahap pembengkakan.
Peringkat pembubaran: Apabila molekul HPMC menyerap air yang mencukupi, rantai molekul mula tertanggal daripada zarah dan secara beransur-ansur tersebar dalam larutan. Kelajuan proses ini dipengaruhi oleh faktor seperti suhu, kadar kacau dan sifat pelarut.
HPMC secara amnya menunjukkan keterlarutan yang baik dalam air, terutamanya pada suhu bilik. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa apabila suhu meningkat ke tahap tertentu, HPMC akan mempamerkan fenomena "gel terma", iaitu, keterlarutan berkurangan apabila suhu meningkat. Ini disebabkan oleh pergerakan molekul air yang dipergiatkan pada suhu tinggi dan interaksi hidrofobik yang dipertingkatkan antara molekul HPMC, yang membawa kepada persatuan antara molekul dan pembentukan struktur gel.
3. Faktor yang mempengaruhi keterlarutan HPMC
Keterlarutan HPMC dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk sifat fizikal dan kimia serta keadaan luarannya. Faktor utama termasuk:
Darjah penggantian: Seperti yang dinyatakan di atas, jenis dan bilangan substituen HPMC secara langsung mempengaruhi keterlarutannya. Semakin banyak substituen, semakin sedikit kumpulan hidrofilik dalam molekul dan semakin teruk keterlarutan. Sebaliknya, apabila terdapat lebih sedikit substituen, hidrofilik HPMC dipertingkatkan dan keterlarutan lebih baik.
Berat molekul: Berat molekul HPMC adalah berkadar terus dengan masa pembubarannya. Semakin besar berat molekul, semakin perlahan proses pembubaran. Ini adalah kerana rantai molekul HPMC dengan berat molekul yang besar adalah lebih panjang dan molekulnya lebih tersangkut, menyukarkan molekul air untuk menembusi, mengakibatkan bengkak dan kadar pembubaran yang lebih perlahan.
Suhu penyelesaian: Suhu adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi keterlarutan HPMC. HPMC larut lebih cepat pada suhu yang lebih rendah, manakala pada suhu yang lebih tinggi ia boleh membentuk gel dan mengurangkan keterlarutannya. Oleh itu, HPMC biasanya disediakan di dalam air bersuhu rendah untuk mengelakkan penggelapan pada suhu tinggi.
Jenis pelarut: HPMC bukan sahaja larut dalam air, tetapi juga larut dalam pelarut organik tertentu, seperti etanol, isopropil alkohol, dll. Keterlarutan dalam pelarut organik bergantung pada jenis dan pengedaran substituen. Dalam keadaan biasa, HPMC mempunyai keterlarutan yang lemah dalam pelarut organik, dan jumlah air yang sesuai perlu ditambah untuk membantu pembubaran.
Nilai pH: HPMC mempunyai toleransi tertentu terhadap nilai pH larutan, tetapi dalam keadaan asid dan alkali yang melampau, keterlarutan HPMC akan terjejas. Secara umumnya, HPMC mempunyai keterlarutan yang lebih baik dalam julat pH 3 hingga 11.
4. Aplikasi HPMC dalam pelbagai bidang
Keterlarutan HPMC menjadikannya berguna dalam banyak bidang:
Bidang farmaseutikal: HPMC biasanya digunakan sebagai bahan salutan, pelekat dan ejen pelepasan mampan untuk tablet farmaseutikal. Dalam salutan ubat, HPMC boleh membentuk filem seragam untuk meningkatkan kestabilan dadah; dalam formulasi pelepasan berterusan, HPMC mengawal kadar pelepasan ubat dengan mengawal kadar pembubarannya, dengan itu mencapai penghantaran ubat yang tahan lama.
Industri makanan: Dalam makanan, HPMC digunakan sebagai pemekat, pengemulsi dan penstabil. Oleh kerana HPMC mempunyai keterlarutan air yang baik dan kestabilan haba, ia boleh memberikan tekstur dan rasa yang sesuai dalam pelbagai makanan. Pada masa yang sama, sifat bukan ionik HPMC menghalangnya daripada bertindak balas dengan bahan makanan lain dan mengekalkan kestabilan fizikal dan kimia makanan.
Industri kimia harian: HPMC sering digunakan sebagai pemekat dan pengemulsi dalam produk seperti syampu, perapi dan krim muka. Keterlarutan yang baik dalam air dan kesan pemekat membolehkannya memberikan pengalaman penggunaan yang sangat baik. Selain itu, HPMC boleh bersinergi dengan bahan aktif lain untuk meningkatkan fungsi produk.
Bahan binaan: Dalam industri pembinaan, HPMC digunakan sebagai pemekat dan agen penahan air dalam mortar simen, pelekat jubin dan salutan. HPMC boleh meningkatkan kebolehkerjaan bahan-bahan ini dengan berkesan, memanjangkan masa penggunaannya, dan meningkatkan rintangan retaknya.
Sebagai bahan polimer dengan keterlarutan yang baik, tingkah laku pembubaran HPMC dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti struktur molekul, suhu, nilai pH, dll. Dalam bidang aplikasi yang berbeza, keterlarutan HPMC boleh dioptimumkan dengan melaraskan faktor-faktor ini untuk memenuhi keperluan yang berbeza. Keterlarutan HPMC bukan sahaja menentukan prestasinya dalam larutan akueus, tetapi juga secara langsung mempengaruhi fungsinya dalam industri farmaseutikal, makanan, kimia harian dan pembinaan.
Masa siaran: 14-Okt-2024