HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素研究

HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素研究

【摘要】近年来，随着科学技术水平的快速提升，水凝胶这以概念受到了社会各界的广泛关注与重视，其在药物缓释材料以及人造肌肉等等相关方面获得了较为广泛的普及使用。一般来说，实际上，在应用水凝胶的过程当中，由于其高分子是长期处于溶胀状态的，由此可见，对水凝胶的溶胀性能进行影响因素的研究具有必要性意义。因此，本文将针对HPMC水凝胶的溶胀性能进行简要分析，探讨其相应的影响因素。

【关键词】HPMC；水凝胶；溶胀性能；影响因素

一般来说，水凝胶主要指的是可以在水中明显溶胀但是却有没有溶解在水中的亲水聚合物凝胶，其可谓是凌驾于固体以及液体间的互穿网络，又或者是凌驾于液体以及固体之间的三维网络。HPMC水凝胶全称为羟丙基甲基纤维素水凝胶，在对其溶胀性能进行研究的时候通常选用的称重法，来针对具体影响因素展开研究。

1.材料制备与研究方法介绍

首先，需在天平上设备上进行一定质量HPMC样品的准确称量，然后，将其放置在微热的数量一定的去离子水中，并实施搅拌措施，动作要轻微一下，等到其温度冷却到室温程度的时候，便得到了浓度值为0.1g/ml的均相溶液。再者，需将所得溶液温度加热到大约为六十摄氏度，从渐渐混浊的溶液中获取到了一定量的凝胶块，接下来需要做的是把凝胶块材料取出来，将其切割成形状以及大小都相同的凝胶颗粒，然后，把这些凝胶颗粒放置在真空烘箱中，在三十摄氏度左右使其烘干成为干凝胶。

表HPMC样品的重均分子质量和取代基含量

根据上表，进行同样质量各种干凝胶样品的准确称量，运用传统的称重法来针对纤维素醚的实际溶胀动力学进行有效研究。通过对凝胶的溶胀温度合理改变，温度取值点为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，最终获取在温度各不相同的情况下凝胶溶胀动力学曲线。

HPMC水凝胶的平衡溶胀度与温度的关系图

将具体的溶胀温度设定在三十摄氏度，在二甲基亚砜以及纯乙醇溶剂，还有去离子水中分别将等量的干凝胶样品进行溶胀，将不同时间的凝胶质量值记录下来，并针对其具体的溶胀度SR进行有效计算。

将具体的溶胀温度设置在三十摄氏度，在pH值（取1以及13）各不相同的溶液中将等质量的干凝胶进行溶胀，并将各个时间段下的凝胶质量情况分别记录下来，针对在不同pH值溶液中的凝胶溶胀度实施合理计算。

2.HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素

2.1温度

对于凝胶材料来说，ESR即平衡溶胀度是其的一项重要参数，具体的溶胀温度对该参数有着比较重要的影响作用。根据实验不难发现，伴随着温度的不断升高，HPMC水凝胶的溶胀性能整体趋于下降，这主要是因为纤维素醚凝胶跟其他一般的高分子凝胶有着不同的形成机理，其形成的时候需经过水分子的氢键作用才可将其将已经溶解在水中的大分子释放出来，然后在大分子相互之间的疏水作用之下则可结合产生大分子聚集体，这些所产生的聚集体则能够形成相应的三维凝胶网络。在低温情况下，易容易发生氢键作用，导致水分子可轻松地进到所形

成的凝胶网路中，从宏观的角度来说，则具体表现为，凝胶具备了较好的溶胀能力以及吸水能力；但是高温的情况下，氢键作用非常难不稳定，则倒是水分子难以通过氢键作用而进入，且大分子间疏水性变强，使得凝胶网络更加紧实，从宏观的角度来说，就是凝胶的溶胀能力相对较弱。

2.2溶剂种类

水凝胶的溶胀以及收缩可以通过凝胶中的亲水基团以及疏水基团跟溶剂之间所产生的相互作用来进行体现。若是凝胶中的亲水基团能够跟溶剂产生氢键，则溶剂便可在凝胶中轻松渗透，则表明在该类型溶剂中，凝胶所具备的溶胀能力比较强大；若是溶剂分子跟凝胶亲水基团没能形成氢键，又或者是所形成的氢键能力相对差一些，则都溶剂中凝胶的溶胀能力就非常小了。凝胶在二甲基亚砜、去离子水、纯乙醇溶剂中溶胀度是呈递减趋势的，则其在二甲基亚砜溶剂中的溶胀度>去离子水>纯乙醇，这主要是因为二甲基亚砜是强极性溶剂，与纯水相比，其极性是非常大的，很容易就能与凝胶中的亲水基团形成氢键，譬如说纤维素醚分子链上的羟丙基等等亲水基团，使得溶剂分子可以快速渗透到凝胶网路中去，因此，在该类型溶剂中凝胶溶胀性比较强；再者，由于乙醇溶剂的极性非常弱，相较于纯水来说，其与凝胶中亲水基团形成氢键的能力更差一些，可见，凝胶在乙醇溶剂中的溶胀能力比在水中的还要差一些。

2.3 PH值

在药物缓释领域范围中，HPMC水凝胶会经常被运用在人体中，因此，有必要展开对不同pH值下的凝胶溶胀性能的研究。多数高分子水凝胶会与pH值形成相对较强的响应性行为，可是HPC辐射交联制备的水凝胶却对pH值的响应不甚明显。导致这种现象出现的主要原因可能是在HPMC水凝胶分子上无可疑导致pH敏感的相关基团，因此，大分子跟水分子间所形成的氢键作用并未受到较为显著的影响。

2.4取代度

对于HPMC溶胀性能来说，取代度对其有着全面显著的具体影响。根据实验可以知道，不管是低分子质量样品还是高分子质量样品，HF系列的水凝胶相较于HK系列来说，其平衡溶胀度都是比较小的，说明取代基团的含量决定了这两个系列水凝胶的实际性能。因为HK的羟丙基含量是大于HF的，所以其氢键作用更加强大一些，水分子则可以更加快速地进入到凝胶网络当中去，则其的初始溶胀度相对较大，又由于HK的甲氧基含量较HF的较小，所以其大分子之间的疏水作用比较弱，导致其吸水量大于HF系列的。

3.总结

综上所诉，我们总结出HPMC水凝胶的影响因素包括有温度、溶剂种类、PH值还有取代度等等。总的来说，HPMC水凝胶会随着温度的上升而相应地降低了平衡溶胀度；并且，溶剂的种类变化对于HPMC水凝胶的实际溶胀性能也具有显著性影响，其氢键作用会随着溶剂的极性变强而强化，则凝胶的溶胀度也会被大大增加，相对的，在极性相对较弱的溶剂中，由于氢键作用不是非常明显，则会使得凝胶的溶胀性能显著下降；在一般情况下，pH值若是发生变化的化，则不会对HPMC水凝胶的溶胀性能造成明显影响，可是若是处于碱性环境中，凝胶的溶胀程度也会出现下降现象；对于HPMC水凝胶的溶胀行为来说，取代度对其有着非常显著的影响效果，由于HK系列凝胶的羟丙基含量高以及甲氧基含量低，所以其吸水溶胀性能明显高于HF系列凝胶。

【参考文献】