Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), ook bekend als hypromellose, is een veelzijdig polymeer dat wordt gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën, waaronder de farmaceutische, voedingsmiddelen- en bouwsector.Het is een cellulosederivaat dat door een chemische reactie is gemodificeerd om de eigenschappen ervan te verbeteren.Dit polymeer wordt gekenmerkt door oplosbaarheid in water, biocompatibiliteit en filmvormende eigenschappen.
Chemische structuur van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC):
Hydroxypropylmethylcellulose is afgeleid van cellulose, een natuurlijk polysacharide dat voorkomt in de celwanden van planten.De chemische structuur van HPMC wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van hydroxypropyl- en methylgroepen op de celluloseruggengraat.
Cellulose-ruggengraat:
Cellulose is een lineair polysacharide dat bestaat uit glucose-eenheden die zijn verbonden door β-1,4-glycosidische bindingen.Herhalende eenheden vormen lange, stijve ketens die de structurele basis vormen voor HPMC.
methyl:
Methylgroepen (CH3) worden via een chemische reactie met methanol in de celluloseruggengraat geïntroduceerd.Deze substitutie verbetert de hydrofobiciteit van het polymeer, waardoor de oplosbaarheid en filmvormende eigenschappen ervan worden beïnvloed.
Hydroxypropyl:
Hydroxypropylgroepen (C3H6O) worden aan de celluloseruggengraat gehecht door reactie met propyleenoxide.Deze hydroxypropylgroepen dragen bij aan de wateroplosbaarheid van HPMC en beïnvloeden de viscositeit ervan.
De substitutiegraad (DS) van methyl- en hydroxypropylgroepen kan variëren, wat de algehele prestaties van HPMC beïnvloedt.DS verwijst naar het gemiddelde aantal substituenten per glucose-eenheid in de celluloseketen.
Synthese van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC):
De synthese van HPMC omvat verschillende chemische stappen die methyl- en hydroxypropylgroepen in de celluloseruggengraat introduceren.Belangrijke reacties zijn onder meer verethering met methylchloride en hydroxypropylering met propyleenoxide.Hier is een vereenvoudigd overzicht:
Activering van cellulose:
Het proces begint met het activeren van de cellulose met behulp van een base, meestal natriumhydroxide.Deze stap verhoogt de reactiviteit van de cellulosehydroxylgroepen voor daaropvolgende reacties.
Methylering:
Methylchloride wordt gebruikt om methylgroepen te introduceren.Cellulose reageert met methylchloride in aanwezigheid van een base, wat resulteert in de vervanging van hydroxylgroepen door methylgroepen.
reactie:
Cellulose-OH+CH3Cl → Cellulose-OMe + Cellulosehydrochloride-OH + CH3Cl → Cellulose-OMe + HCl
Hydroxypropylering:
Hydroxypropylgroepen worden met behulp van propyleenoxide aan de celluloseskelet bevestigd.De reactie vindt gewoonlijk plaats in een alkalisch medium en de mate van hydroxypropylering wordt gecontroleerd om de gewenste eigenschappen te bereiken.
reactie:
Cellulose-OH+C3H6 zuurstof → Cellulose-O-(CH2CH(OH)CH3)+H2 zuurstof Cellulose-OH+C3H6O → Cellulose-O-(CH2CH(OH)CH3)+H2 zuurstof
Neutralisatie en zuivering:
Het resulterende product wordt geneutraliseerd om eventuele resterende zure of basische residuen te verwijderen.Zuiveringsstappen zoals wassen en filtratie worden uitgevoerd om HPMC-producten van hoge kwaliteit te verkrijgen.
Chemische eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC):
Oplosbaarheid:
HPMC is gemakkelijk oplosbaar in koud water en de oplosbaarheid kan worden aangepast door de substitutiegraad te veranderen.Hogere substitutieniveaus resulteren in het algemeen in een verhoogde oplosbaarheid.
Filmvorming:
HPMC heeft uitstekende filmvormende eigenschappen, waardoor het geschikt is voor toepassingen zoals farmaceutische coatings en voedselverpakkingen.De resulterende film is transparant en vormt een gasbarrière.
Thermische gelering:
Thermische gelering is een unieke eigenschap van HPMC.Bij verhitting vormt zich een gel en de sterkte van de gel hangt af van factoren zoals concentratie en molecuulgewicht.
Viscositeit:
De viscositeit van HPMC-oplossingen wordt beïnvloed door de mate van substitutie en concentratie.Als verdikkingsmiddel wordt het veel gebruikt in verschillende industrieën.
Oppervlakteactiviteit:
HPMC heeft oppervlakteactieve eigenschappen die bijdragen aan de emulgerende en stabiliserende eigenschappen ervan in formuleringen.
Biocompatibiliteit:
HPMC wordt als biocompatibel beschouwd, waardoor het geschikt is voor gebruik in farmaceutische producten, waaronder geneesmiddelen met gecontroleerde afgifte.
Toepassingen van Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC):
medicijn:
HPMC wordt vaak gebruikt als bindmiddelen, filmcoatings en matrices met gecontroleerde afgifte in farmaceutische formuleringen.
ophangen:
In de bouwsector wordt HPMC gebruikt als waterkerend middel in materialen op cementbasis, waardoor de verwerkbaarheid wordt verbeterd en de watersegregatie wordt verminderd.
voedselindustrie:
HPMC wordt in de voedingsmiddelenindustrie gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en geleermiddel.Het wordt vaak gebruikt in producten als sauzen, soepen en ijs.
Producten voor persoonlijke verzorging:
Gebruik in de cosmetica- en persoonlijke verzorgingsindustrie HPMC wordt gebruikt in producten zoals crèmes en lotions vanwege de verdikkende en emulgerende eigenschappen.
Verven en coatings:
HPMC wordt toegevoegd aan verven en coatings om de viscositeit, stabiliteit en waterretentie te verhogen.
ten slotte:
Hydroxypropylmethylcellulose is een veelzijdig polymeer met een breed scala aan toepassingen vanwege zijn unieke chemische eigenschappen.De synthese van HPMC omvat de introductie van methyl- en hydroxypropylgroepen in de celluloseruggengraat, resulterend in een in water oplosbaar en biocompatibel polymeer.De diverse toepassingen in de farmaceutische industrie, de bouw, de voeding en de persoonlijke verzorging benadrukken het belang ervan in verschillende industrieën.Naarmate het onderzoek voortduurt, kunnen verdere wijzigingen en ontwikkelingen in de HPMC-technologie de bruikbaarheid ervan vergroten en de prestaties ervan in bestaande en opkomende toepassingen verbeteren.
Posttijd: 18 december 2023