HPMC水凝膠溶脹性能的影響因素研究

【摘要】近年來，隨著科學技術水平的快速提升，水凝膠這以概念受到了社會各界的廣泛關注與重視，其在藥物緩釋材料以及人造肌肉等等相關方面獲得了較為廣泛的普及使用。一般來說，實際上，在應用水凝膠的過程當中，由于其高分子是長期處于溶脹狀態的，由此可見，對水凝膠的溶脹性能進行影響因素的研究具有必要性意義。因此，本文將針對HPMC水凝膠的溶脹性能進行簡要分析，探討其相應的影響因素。

【關鍵詞】HPMC；水凝膠；溶脹性能；影響因素

一般來說，水凝膠主要指的是可以在水中明顯溶脹但是卻有沒有溶解在水中的親水聚合物凝膠，其可謂是凌駕于固體以及液體間的互穿網絡，又或者是凌駕于液體以及固體之間的三維網絡。HPMC水凝膠全稱為羥丙基甲基纖維素水凝膠，在對其溶脹性能進行研究的時候通常選用的稱重法，來針對具體影響因素展開研究。

1.材料制備與研究方法介紹

首先，需在天平上設備上進行一定質量HPMC樣品的準確稱量，然后，將其放置在微熱的數量一定的去離子水中，并實施攪拌措施，動作要輕微一下，等到其溫度冷卻到室溫程度的時候，便得到了濃度值為0.1g/ml的均相溶液。再者，需將所得溶液溫度加熱到大約為六十攝氏度，從漸漸混濁的溶液中獲取到了一定量的凝膠塊，接下來需要做的是把凝膠塊材料取出來，將其切割成形狀以及大小都相同的凝膠顆粒，然后，把這些凝膠顆粒放置在真空烘箱中，在三十攝氏度左右使其烘干成為干凝膠。

表 HPMC樣品的重均分子質量和取代基含量

根據上表，進行同樣質量各種干凝膠樣品的準確稱量，運用傳統的稱重法來針對纖維素醚的實際溶脹動力學進行有效研究。通過對凝膠的溶脹溫度合理改變，溫度取值點為50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，最終獲取在溫度各不相同的情況下凝膠溶脹動力學曲線。

HPMC水凝膠的平衡溶脹度與溫度的關系圖

將具體的溶脹溫度設定在三十攝氏度，在二甲基亞砜以及純乙醇溶劑，還有去離子水中分別將等量的干凝膠樣品進行溶脹，將不同時間的凝膠質量值記錄下來，并針對其具體的溶脹度SR進行有效計算。

將具體的溶脹溫度設置在三十攝氏度，在pH值（取1以及13）各不相同的溶液中將等質量的干凝膠進行溶脹，并將各個時間段下的凝膠質量情況分別記錄下來，針對在不同pH值溶液中的凝膠溶脹度實施合理計算。

2.HPMC水凝膠溶脹性能的影響因素

2.1溫度

對于凝膠材料來說，ESR即平衡溶脹度是其的一項重要參數，具體的溶脹溫度對該參數有著比較重要的影響作用。根據實驗不難發現，伴隨著溫度的不斷升高，HPMC水凝膠的溶脹性能整體趨于下降，這主要是因為纖維素醚凝膠跟其他一般的高分子凝膠有著不同的形成機理，其形成的時候需經過水分子的氫鍵作用才可將其將已經溶解在水中的大分子釋放出來，然后在大分子相互之間的疏水作用之下則可結合產生大分子聚集體，這些所產生的聚集體則能夠形成相應的三維凝膠網絡。在低溫情況下，易容易發生氫鍵作用，導致水分子可輕松地進到所形成的凝膠網路中，從宏觀的角度來說，則具體表現為，凝膠具備了較好的溶脹能力以及吸水能力；但是高溫的情況下，氫鍵作用非常難不穩定，則倒是水分子難以通過氫鍵作用而進入，且大分子間疏水性變強，使得凝膠網絡更加緊實，從宏觀的角度來說，就是凝膠的溶脹能力相對較弱。

2.2溶劑種類

水凝膠的溶脹以及收縮可以通過凝膠中的親水基團以及疏水基團跟溶劑之間所產生的相互作用來進行體現。若是凝膠中的親水基團能夠跟溶劑產生氫鍵，則溶劑便可在凝膠中輕松滲透，則表明在該類型溶劑中，凝膠所具備的溶脹能力比較強大；若是溶劑分子跟凝膠親水基團沒能形成氫鍵，又或者是所形成的氫鍵能力相對差一些，則都溶劑中凝膠的溶脹能力就非常小了。凝膠在二甲基亞砜、去離子水、純乙醇溶劑中溶脹度是呈遞減趨勢的，則其在二甲基亞砜溶劑中的溶脹度>去離子水>純乙醇，這主要是因為二甲基亞砜是強極性溶劑，與純水相比，其極性是非常大的，很容易就能與凝膠中的親水基團形成氫鍵，譬如說纖維素醚分子鏈上的羥丙基等等親水基團，使得溶劑分子可以快速滲透到凝膠網路中去，因此，在該類型溶劑中凝膠溶脹性比較強；再者，由于乙醇溶劑的極性非常弱，相較于純水來說，其與凝膠中親水基團形成氫鍵的能力更差一些，可見，凝膠在乙醇溶劑中的溶脹能力比在水中的還要差一些。

2.3 PH值

在藥物緩釋領域范圍中，HPMC水凝膠會經常被運用在人體中，因此，有必要展開對不同pH值下的凝膠溶脹性能的研究。多數高分子水凝膠會與pH值形成相對較強的響應性行為，可是HPC輻射交聯制備的水凝膠卻對pH值的響應不甚明顯。導致這種現象出現的主要原因可能是在HPMC水凝膠分子上無可疑導致pH敏感的相關基團，因此，大分子跟水分子間所形成的氫鍵作用并未受到較為顯著的影響。

2.4取代度

對于HPMC溶脹性能來說，取代度對其有著全面顯著的具體影響。根據實驗可以知道，不管是低分子質量樣品還是高分子質量樣品，HF系列的水凝膠相較于HK系列來說，其平衡溶脹度都是比較小的，說明取代基團的含量決定了這兩個系列水凝膠的實際性能。因為HK的羥丙基含量是大于HF的，所以其氫鍵作用更加強大一些，水分子則可以更加快速地進入到凝膠網絡當中去，則其的初始溶脹度相對較大，又由于HK的甲氧基含量較HF的較小，所以其大分子之間的疏水作用比較弱，導致其吸水量大于HF系列的。

3.總結

綜上所訴，我們總結出HPMC水凝膠的影響因素包括有溫度、溶劑種類、PH值還有取代度等等。總的來說，HPMC水凝膠會隨著溫度的上升而相應地降低了平衡溶脹度；并且，溶劑的種類變化對于HPMC水凝膠的實際溶脹性能也具有顯著性影響，其氫鍵作用會隨著溶劑的極性變強而強化，則凝膠的溶脹度也會被大大增加，相對的，在極性相對較弱的溶劑中，由于氫鍵作用不是非常明顯，則會使得凝膠的溶脹性能顯著下降；在一般情況下，pH值若是發生變化的化，則不會對HPMC水凝膠的溶脹性能造成明顯影響，可是若是處于堿性環境中，凝膠的溶脹程度也會出現下降現象；對于HPMC水凝膠的溶脹行為來說，取代度對其有著非常顯著的影響效果，由于HK系列凝膠的羥丙基含量高以及甲氧基含量低，所以其吸水溶脹性能明顯高于HF系列凝膠。

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