Hydroksypropylo-metyloceluloza (HPMC) jest powszechnie stosowaną rozpuszczalną w wodzie pochodną celulozową szeroko stosowaną w zawiesinach. Stabilność zawiesiny odnosi się do zdolności cząstek stałych do równomiernego rozproszenia w ciekłym pożywce przez długi czas bez znaczącej sedymentacji lub agregacji. Unikalne właściwości fizyczne i chemiczne HPMC sprawiają, że odgrywa ważną rolę w poprawie stabilności zawiesin.
Podstawowe właściwości HPMC
Właściwości fizyczne i chemiczne
HPMC jest pochodną uzyskaną przez częściową metylację i hydroksypropylację celulozy. Jego struktura molekularna zawiera hydrofilowe hydroksyl (-OH) i hydrofobowe grupy metoksy (-och₃) i hydroksypropylowe, co czyni go rozpuszczalnym w wodzie i powierzchniowym. HPMC może tworzyć lepki roztwór w wodzie, a jego lepkość zmienia się wraz z stężeniem, temperaturą i pH.
Właściwości lepkości
Rozwiązanie HPMC wykazuje właściwości płynu nienewtonowskiego, a jego lepkość maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinania, to znaczy wykazuje właściwości przerażające ścinanie. Ta właściwość ma istotny wpływ na zachowanie reologiczne zawiesiny, ponieważ może zapewnić odpowiednią lepkość, aby utrudnić sedymentację cząstek, nie jest zbyt lepki podczas mieszania lub wylewania.
Mechanizm wpływu HPMC na stabilność zawiesin
1. Efekt pogrubienia
Grutuje się HPMC, aby hamować sedymentację cząstek stałych poprzez zwiększenie lepkości zawiesiny. Efekt zagęszczania znajduje głównie odzwierciedlenie w następujących aspektach:
Zwiększenie lepkości pożywki: HPMC może znacznie zwiększyć lepkość zawiesiny, zmniejszając w ten sposób szybkość sedymentacji cząstek stałych w cieczy. Wynika to z faktu, że zgodnie z prawem Stokesa szybkość sedymentacji cząstek jest odwrotnie proporcjonalna do lepkości pożywki. Wzrost lepkości może skutecznie spowolnić sedymentację cząstek i zwiększyć stabilność zawiesiny.
Tworząc trójwymiarową strukturę sieci: HPMC może tworzyć żelową strukturę sieciową w wodzie, która może przechwytywać i naprawić stałe cząsteczki oraz uniemożliwić im osiedlenie się. Ta struktura sieciowa jest utrzymywana przez wiązania wodorowe i interakcje hydrofobowe, utrzymując cząstki jednolicie rozproszone.
2. Efekt elektrostatyczny
Struktura molekularna HPMC przenosi pewny ładunek (np. Poprośne grupy hydroksylowe lub hydroksypropylowe), które mogą oddziaływać z ładunkiem powierzchniowym cząstek stałych w zawiesinie. Regulując potencjał powierzchniowy cząstek, HPMC może zwiększyć odpychanie elektrostatyczne między cząsteczkami, zapobiegając w ten sposób agregacji i flokulacji cząstek.
Efekt ładunku: ładunek HPMC może zmienić gęstość ładunku powierzchniowego cząstek, zwiększyć odpychanie elektrostatyczne między cząsteczkami i spowolnić tendencję cząstek do agregowania.
Stabilizowanie układów koloidalnych: W niektórych układach koloidalnych HPMC może pomóc w ustabilizowaniu zdyspergowanych cząstek koloidalnych i uniemożliwić im agregowanie z powodu sił Van der Waalsa lub innych sił przyciągających.
3. Efekt przeszkody w steryi
Cząsteczki HPMC mogą tworzyć warstwę barierową przestrzenną w zawiesinie, która może fizycznie zapobiec kontaktowi i agregacji między cząsteczkami, zwiększając w ten sposób stabilność zawiesiny.
Bariera przestrzenna: cząsteczki HPMC tworzą warstwę solwatacyjną wokół cząstek stałych, która może fizycznie zapobiec zbliżaniu się cząstek, zmniejszając w ten sposób możliwość agregacji i sedymentacji.
Stabilność przestrzenna: Ze względu na obecność cząsteczek HPMC, bezpośredni kontakt między cząsteczkami jest zmniejszony, a ta fizyczna bariera pozwala na jednolite rozproszone cząstki przez dłuższy czas.
4. Aktywność powierzchniowa
Aktywność powierzchniowa HPMC pozwala mu adsorbować na powierzchni cząstek stałych, tworząc stabilną powłokę. Powłoka ta nie tylko stabilizuje powierzchnię cząstek, ale także zwiększa hydrofilowość cząstek, co ułatwia rozproszenie w podłożu ciekłym.
Modyfikacja powierzchni: Zadowolenie na powierzchni cząstek, HPMC może zmienić właściwości fizyczne i chemiczne powierzchni cząstek oraz zwiększyć dyspergowalność i stabilność cząstek.
Zmniejsz napięcie międzyfazowe: aktywność powierzchniowa HPMC może zmniejszyć napięcie międzyfazowe między podłożem ciekłym a powierzchnią cząstek, ułatwiając równomierne rozproszenie cząstek w pożywce.
Przykłady aplikacji HPMC w różnych zawiesinach
Zawiesiny narkotyków
W zawiesinach leków HPMC jest często stosowany do stabilizacji stanu dyspersji aktywnych składników farmaceutycznych. Poprzez regulację stężenia i masy cząsteczkowej HPMC, właściwości reologiczne zawiesiny można kontrolować, aby składniki leku pozostały równomiernie rozłożone podczas przechowywania i stosowania, zapewniając spójność skuteczności.
W doustnych zawiesinach niektórych antybiotyków lub leków przeciwbakteryjnych HPMC stosuje się jako zagęszczacz, aby zapobiec sedymentacji cząstek leku, zapewniając odpowiedni smak i płynność.
Zawiesiny pestycydów
W zawiesinach pestycydów HPMC może poprawić dyspergowalność cząstek pestycydów w wodzie i zmniejszyć odkładanie pestycydów, poprawiając w ten sposób skuteczność i wydajność stosowania pestycydów.
W zawiesinach środków owadobójczych lub herbicydu HPMC może być stosowany jako dyspergator i zagęszczacz, aby zapewnić, że aktywne składniki pestycydów mogą być równomiernie rozmieszczone podczas zastosowania i poprawić efekty ochrony upraw.
Żywność i kosmetyczne zawieszenia
W przemyśle żywności i kosmetycznej HPMC jest szeroko stosowany jako stabilizator i zagęszczacz. Na przykład w produktach takich jak emulsje lub kremy HPMC może poprawić teksturę produktu i zapobiec stratyfikacji i opadom.
W kremach skóry HPMC może być stosowane jako zagęszczacz, aby zapewnić gładką konsystencję i zwiększyć efekt emulgowania, aby aktywne składniki były równomiernie rozłożone, a stabilność i nawilżanie produktu ulegają poprawie.
HPMC wpływa na stabilność zawiesin poprzez różnorodne mechanizmy, w tym zwiększenie lepkości, zwiększenie efektów elektrostatycznych, zapewniając przeszkodę i aktywność powierzchniową. Mechanizmy te współpracują, aby HPMC było skutecznym narzędziem poprawy stabilności zawiesin. Jego szerokie zastosowanie w dziedzinie medycyny, pestycydów, żywności i kosmetyków dodatkowo potwierdza jego znaczące zalety jako stabilizator zawieszenia. W przyszłości, w miarę wzrostu zapotrzebowania na aplikacje zawieszenia, badania i zastosowanie HPMC będą nadal się pogłębiać.
Czas po: 17-2025 lutego