Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist ein synthetisches Polymer, das aus Cellulose gewonnen wird und häufig als Verdickungsmittel, Emulgator und Stabilisator in verschiedenen Branchen wie der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie verwendet wird. HMPC ist ein hydroxypropyliertes Derivat von Methylcellulose (MC), einem wasserlöslichen nichtionischen Celluloseether, der aus methoxylierten und hydroxypropylierten Celluloseeinheiten besteht. HMPC wird aufgrund seiner Ungiftigkeit, Biokompatibilität und biologischen Abbaubarkeit häufig als Hilfsstoff in pharmazeutischen Formulierungen verwendet.
Chemische Eigenschaften von HMPC:
Die chemischen Eigenschaften von HMPC werden auf das Vorhandensein von Hydroxyl- und Ethergruppen in seiner Molekülstruktur zurückgeführt. Die Hydroxylgruppen der Cellulose können durch verschiedene chemische Reaktionen wie Veretherung, Veresterung und Oxidation funktionalisiert werden, um verschiedene funktionelle Gruppen in das Polymergerüst einzuführen. HMPC enthält sowohl Methoxy- (-OCH3) als auch Hydroxypropylgruppen (-OCH2CHOHCH3), die gesteuert werden können, um unterschiedliche Eigenschaften wie Löslichkeit, Viskosität und Gelierung bereitzustellen.
HMPC ist in Wasser gut löslich und bildet bei geringen Konzentrationen klare, viskose Lösungen. Die Viskosität von HMPC-Lösungen kann durch Anpassen des Substitutionsgrads (DS) der Hydroxypropylgruppen verändert werden, der die Anzahl der modifizierten Hydroxylstellen pro Glucoseeinheit bestimmt. Je höher der DS, desto geringer die Löslichkeit und desto höher die Viskosität der HMPC-Lösung. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um die Freisetzung von Wirkstoffen aus pharmazeutischen Formulierungen zu steuern.
HMPC zeigt außerdem pseudoplastisches Verhalten, was bedeutet, dass die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit abnimmt. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich als Verdickungsmittel für flüssige Formulierungen, die bei der Verarbeitung oder Anwendung Scherkräften standhalten müssen.
HMPC ist bis zu einer bestimmten Temperatur thermisch stabil, oberhalb dieser Temperatur beginnt es sich zu zersetzen. Die Abbautemperatur von HMPC hängt vom DS und der Konzentration des Polymers in der Lösung ab. Der Abbautemperaturbereich von HMPC wird mit 190–330 °C angegeben.
Synthese von HMPC:
HMPC wird durch die Veretherungsreaktion von Cellulose mit Propylenoxid und Methylethylenoxid in Gegenwart eines alkalischen Katalysators synthetisiert. Die Reaktion verläuft in zwei Schritten: Zuerst werden die Methylgruppen der Cellulose durch Propylenoxid ersetzt, und dann werden die Hydroxylgruppen weiter durch Methylethylenoxid ersetzt. Der DS von HMPC kann durch Anpassen des Molverhältnisses von Propylenoxid zu Cellulose während des Syntheseprozesses gesteuert werden.
Die Reaktion wird üblicherweise in einem wässrigen Medium bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck durchgeführt. Der basische Katalysator ist üblicherweise Natrium- oder Kaliumhydroxid, das die Reaktivität der Hydroxylgruppen der Cellulose gegenüber den Epoxidringen von Propylenoxid und Methylethylenoxid erhöht. Das Reaktionsprodukt wird dann neutralisiert, gewaschen und getrocknet, um das endgültige HMPC-Produkt zu erhalten.
HMPC kann auch durch Reaktion von Cellulose mit Propylenoxid und Epichlorhydrin in Gegenwart saurer Katalysatoren synthetisiert werden. Mit diesem sogenannten Epichlorhydrin-Verfahren werden kationische Cellulosederivate hergestellt, die aufgrund der Anwesenheit quartärer Ammoniumgruppen positiv geladen sind.
abschließend:
HMPC ist ein multifunktionales Polymer mit hervorragenden chemischen Eigenschaften, das für verschiedene Anwendungen in verschiedenen Branchen geeignet ist. Die Synthese von HMPC umfasst die Veretherungsreaktion von Cellulose mit Propylenoxid und Methylethylenoxid in Gegenwart eines alkalischen oder sauren Katalysators. Die Eigenschaften von HMPC können durch Steuerung des DS und der Konzentration des Polymers angepasst werden. Die Sicherheit und Biokompatibilität von HMPC machen es zu einer günstigen Wahl für pharmazeutische Formulierungen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18.09.2023