Co je struktura HPMC? Kompletní průvodce aplikacemi

2. dubna 2025
8:16

Hydroxypropylmethylcelulóza je polymer široce používaný v průmyslových odvětvích, jako je např. stavba, farmaceutické výrobky, nátěry a osobní péče.Chemická struktura HPMC určuje jeho vlastnosti a činí z něj důležitou složku různých přípravků. Jaká je ale přesně struktura HPMC? Její znalost vám může pomoci vybrat druh vhodný pro konkrétní aplikaci a vyhnout se "špatný výběr materiálu vede k selhání formulace", čímž se zlepší výkonnost a účinnost.

I. Co je HPMC?

HPMC je zkratka pro hydroxypropylmethylcelulózu, což je modifikovaný celulózový éter získávaný z přírodních rostlinných vláken, především dřevní hmoty a rafinovaná bavlna. Chemickou modifikací se hydroxylové skupiny v celulóze nahrazují methoxy (-OCH3) a hydroxypropylovými (-CH2CHOHCH3). Tyto strukturní modifikace zlepšují její rozpustnost ve vodě, vlastnosti lepidla za horka a regulaci viskozity. HPMC má proto vysokou funkčnost v průmyslových aplikacích.

Hlavní vlastnosti HPMC:

Ve vodě rozpustný neiontový polymer;

Termogelová schopnost, tuhnutí po zahřátí;

Je biologicky odbouratelný a biokompatibilní, vhodný pro každodenní chemické a farmaceutické aplikace;

Vynikající filmotvorné vlastnosti, široce používané v nátěrových hmotách a lepidlech.

II. Struktura HPMC: Chemické a molekulární složení

1. Přehled chemické struktury

HPMC se skládá z celulózové páteře a hydroxylových skupin (-OH) částečně substituovaných methoxyskupinami (-OCH3) a hydroxypropylovými skupinami (-CH2CHOHCH3).

Hydroxypropylové skupiny jsou vysoce hydrofilní a pomáhají HPMC dispergovat ve vodě.

Methylové skupiny jsou vysoce hydrofobní a ovlivňují filmotvorné vlastnosti a tepelnou stabilitu.

Účinnost HPMC se značně liší v závislosti na poměru těchto dvou skupin.

Tyto substituenty určují jeho hlavní vlastnosti:

Stupeň substituce (DS): Počet hydroxylových skupin substituovaných methylovými skupinami.

Molární substituce (MS): Průměrný počet hydroxypropylových skupin na jednotku glukózy.

2. Jak struktura ovlivňuje vlastnosti

Čím vyšší je DS (stupeň substituce), tím silnější je hydrofobicita a tím silnější je schopnost vytvářet film. Rozpustnost ve studené vodě je snížena, ale teplotní odolnost je lepší.

Vyšší MS (molární substituce) může zvýšit retenci vody a rozpustnost.

Vyvážení DS a MS pro optimalizaci viskozity a teploty gelace.

3. Molekulová hmotnost a její vliv

Molekulová hmotnost HPMC se pohybuje od desítek tisíc do stovek tisíc, což přímo ovlivňuje viskozitu:

HPMC s vyšší molekulovou hmotností má vyšší viskozitu a je vhodný pro zahušťování aplikací, jako je cementová malta nebo nátěry.

Varianty s nižší molekulovou hmotností lze použít ve scénářích, kde je vyžadováno rychlé rozpouštění, jako jsou farmaceutické suspenze a oční roztoky.

III. Jak struktura HPMC ovlivňuje vlastnosti

1. Zadržování vody

Molekulární struktura HPMC zachycuje molekuly vody, což z něj činí ideální volbu pro aplikace, jako jsou např. lepidla na dlaždice, tmely na stěny a samonivelační. Vyšší hodnoty MS zvyšují retenci vody a zabraňují předčasnému vysychání výrobků na bázi cementu.

2. Zahušťování a regulace viskozity

HPMC lze použít jako modifikátor reologie k regulaci tekutosti a konzistence barev, nátěrů a čisticích prostředků. Viskozita je určena molekulovou hmotností a stupněm substituce.

3. Filmotvorné vlastnosti

Rovnováha hydroxypropylových a methylových skupin umožňuje HPMC vytvářet pružné filmy, např. potahy tablet, které se nesnadno lámou, a je důležitá také v nátěrech.

4. Přilnavost a zpracovatelnost

HPMC je schopen zlepšit soudržnost a dobu otevření cementové malty, což z něj činí důležitou přísadu do stavebních malt a lepidel na dlaždice.

IV. Struktura HPMC v různých aplikacích

1. Stavebnictví

Lepidla na dlaždice: zlepšují zpracovatelnost a pevnost lepení.
Tmel a malta na stěny: zlepšují zadržování vody a zabraňují vzniku trhlin.
Samonivelační malta: zajišťuje hladkou stavbu a prodlužuje dobu otevření.
Vnější izolační systém (EIFS): pomáhá zlepšit přilnavost a stabilitu izolační vrstvy.

2. Farmaceutický průmysl

Potah tablety: poskytuje hladký ochranný povlak pro řízené uvolňování.

Kapsle: používá se k celkovému potažení kapslí, které za nízké vlhkosti snadno nekřehnou.

Suspenze a oční roztoky: zajistěte vhodnou viskozitu a stabilitu.

Léky s řízeným uvolňováním: HPMC lze použít v tabletách s hydrofilní matricí k úpravě doby uvolňování léčiva.

3. Barvy a nátěry

Používá se jako zahušťovadlo pro zlepšení krytí a zabránění srážení pigmentu.

Má protismykové vlastnosti, které zajišťují rovnoměrné nanášení.

Zvyšuje přilnavost a trvanlivost nátěrů.

Zlepšení reologických vlastností, zlepšení toku a vyrovnávání.

4. Denní chemikálie a čisticí prostředky

Používá se jako zahušťovadlo do šamponů, mýdel na ruce a pleťových vod.

Stabilizuje receptury, aby se zabránilo oddělování složek.

Zvyšuje stabilitu pěny v pracích prostředcích a sprchových gelech.

Používá se jako pojivo a látka zlepšující texturu zubní pasty.

V. Jak vybrat správný HPMC na základě struktury

Výběr správné třídy HPMC závisí na následujících faktorech:

Viskozita: vyšší viskozita pro stavební aplikace a nižší viskozita pro farmaceutické aplikace.

Stupeň nahrazení: optimalizované pro specifické vlastnosti, jako je zadržování vody nebo tvorba filmu.

Stupeň substituce: velmi důležité pro potravinářské a farmaceutické aplikace, které vyžadují kontrolované tepelné vlastnosti.

Stabilita pH: různé třídy mají lepší vlastnosti v kyselých nebo neutrálních podmínkách.

Kompatibilita s dalšími složkami: zajištění optimálního složení ve vícesložkových systémech.

VI. Závěr

Porozumět vlivu stupně substituce, molární substituce a viskozity na výkon. Výběrem správné třídy HPMC na základě chemické struktury můžete ve svých formulacích dosáhnout lepší stability, vyšší účinnosti a nákladové efektivity. Pokud hledáte odbornou radu, poraďte se se svým Dodavatel HPMC nebo provádění zkoušek složení může zajistit nejlepší výsledky.