하이프로멜로스
1. 개요
하이프로멜로스는 미색 또는 베이지색 분말로 물에 용해되어 콜로이드를 형성하는 고체 화합물이다. 열적 젤화 특성을 가지며, 용액이 임계 온도에 도달하면 젤 형태로 응고된다. 하이프로멜로스는 타일 접착제, 시멘트 몰탈, 의약품, 식품, 화장품 등 다양한 분야에 사용된다. 특히 건축 자재에서는 레올로지 조절제, 의약품에서는 눈물막 대체제, 서방성 제제 등으로 활용된다. 하이프로멜로스의 특성을 평가하기 위해 점도, 치환도, 몰 치환도, 수분 함량 등의 시험 방법이 사용된다.
| CAS 등록번호 | 9004-65-3 |
|---|---|
| ChemSpider 아이디 | 21241863 |
| EINECS | 618-389-6 |
| UNII | 36SFW2JZ0W |
| InChI | 1/C36H70O19.C20H38O11/c1-19(37)9-45-17-27-29(47-11-21(3)39)31(48-12-22(4)40)34(51-15-25(7)43)36(54-27)55-30-28(18-46-10-20(2)38)53-35(52-16-26(8)44)33(50-14-24(6)42)32(30)49-13-23(5)41;1-21-9-11-13(23-3)15(24-4)18(27-7)20(30-11)31-14-12(10-22-2)29-19(28-8)17(26-6)16(14)25-5/h19-44H,9-18H2,1-8H3;11-20H,9-10H2,1-8H3/t19?,20?,21?,22?,23?,24?,25?,26?,27-,28-,29-,30-,31+,32+,33-,34-,35-,36+;11-,12-,13-,14-,15+,16+,17-,18-,19-,20+/m11/s1 |
| InChIKey | PUSNGFYSTWMJSK-GSZQVNRLBE |
| 표준 InChI | 1S/C36H70O19.C20H38O11/c1-19(37)9-45-17-27-29(47-11-21(3)39)31(48-12-22(4)40)34(51-15-25(7)43)36(54-27)55-30-28(18-46-10-20(2)38)53-35(52-16-26(8)44)33(50-14-24(6)42)32(30)49-13-23(5)41;1-21-9-11-13(23-3)15(24-4)18(27-7)20(30-11)31-14-12(10-22-2)29-19(28-8)17(26-6)16(14)25-5/h19-44H,9-18H2,1-8H3;11-20H,9-10H2,1-8H3/t19?,20?,21?,22?,23?,24?,25?,26?,27-,28-,29-,30-,31+,32+,33-,34-,35-,36+;11-,12-,13-,14-,15+,16+,17-,18-,19-,20+/m11/s1 |
| 표준 InChIKey | PUSNGFYSTWMJSK-GSZQVNRLSA-N |
| 화학식 | 가변적 |
|---|---|
| 몰 질량 | 가변적 |
| ATC 코드 | S01KA02 |
|---|
| 다른 이름 | 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 HPMC E464 |
|---|
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셀룰로스 -
펄프
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셀룰로스 -
셀로판
셀로판은 스위스 화학자가 발명한 투명한 셀룰로스 필름으로, 식품 포장재 등으로 널리 사용되었으며, 생분해성을 가지지만 제조 과정과 방습 기능에 따라 단점이 존재하기도 한다. -
다당류 -
덱스트란
덱스트란은 미생물이 생성하는 포도당 중합체 다당류로, 혈장 대체제로 개발되어 의학적으로 활용되었으며, 현재는 항혈전제, 혈량 증량제, 안약 윤활제 등으로 사용되고 약물 전달 시스템 연구에도 활용된다. -
다당류 -
키틴
키틴은 절지동물의 외골격, 버섯류의 세포벽 등을 구성하는 질소를 함유한 다당류이며, 키토산으로 변환되어 생의학, 식품, 제지 등 다양한 분야에서 활용된다. -
식품 첨가물 -
소금
소금은 염화나트륨을 주성분으로 하며, 조미료, 식품 보존, 산업, 종교 의식 등 다양한 분야에서 활용되고, 인체에 필수적인 영양소를 제공하지만 과다 섭취 시 건강 문제를 일으킬 수 있으며, 암염 채굴, 천일염 생산, 해수 증발 등의 방법으로 제조된다. -
식품 첨가물 -
베이킹파우더
베이킹파우더는 반죽을 부풀리는 팽창제로, 탄산수소나트륨, 산성제, 완충 물질이 수분과 반응하여 이산화탄소를 생성하며, 단일 작용과 이중 작용으로 나뉘고, 베이킹소다와 달리 산성 재료 유무와 관계없이 사용 가능하다.
2. 화학적 특성
하이프로멜로스는 고체이며, 미색에서 베이지색을 띠는 분말 또는 과립 형태이다. 물에 용해되면 콜로이드를 형성한다. 무독성이지만 가연성이 있으며, 산화제와 격렬하게 반응할 수 있다.
2.1. 열 젤화 특성
하이프로멜로스는 메틸셀룰로스와 마찬가지로 수용액 상태에서 열 젤화 특성을 나타낸다. 즉, 용액을 임계 온도까지 가열하면 용액이 흐르지 않고 반(半)유연한 덩어리로 응고된다. 일반적으로 이 임계(응고) 온도는 HPMC의 용액 농도와 HPMC 분자 내 메톡시기의 농도에 반비례한다. 메톡시기의 농도는 메톡시기의 치환도와 몰 치환에 따라 달라진다. 즉, 메톡시기의 농도가 높을수록 임계 온도는 낮아진다. 그러나 젤화된 덩어리의 비유연성/점성은 메톡시기의 농도와 직접적인 관련이 있는데, 메톡시기 농도가 높을수록 젤화된 덩어리는 더 끈적이거나 유연성이 떨어진다.
3. 용도
하이프로멜로스는 타일 접착제, 시멘트 몰탈, 석고 제품, 의약품, 페인트 및 코팅, 식품, 화장품, 세제 및 세정제, 점안액, 콘택트 렌즈, PVC 등 다양한 분야에서 사용된다.
건축 분야에서는 주로 건축 자재에 첨가되어 성능을 향상시키는데 사용되며, 의약품 분야에서는 일반의약품의 부형제 등으로 사용된다. 식품 분야에서는 글루텐을 대체하여 빵을 만드는 연구에도 활용된다.
3.1. 건축 재료
하이프로멜로스(HPMC)는 주로 타일 접착제 및 미장재와 같은 건축 자재에 사용되며, 레올로지 조절제, 보수제, 지연제로 사용되어 석고 혼합물의 작업성과 적용 성능을 향상시킨다. 기능적으로 하이프로멜로스(HPMC)는 하이드록시에틸메틸셀룰로스(HEMC)와 매우 유사하며, 상품명으로는 메토셀(Methocel)과 와로셀(Walocel) 등이 있다. 현재 세계 최고의 생산 업체는 듀폰(DuPont)이며, 이전에는 다우 울프 셀룰로직스(Dow Wolff Cellulosics GmbH)에서 제조했다.
3.2. 의약품
하이프로멜로스는 의약품 분야에서 다양하게 활용된다. 하이프로멜로스 용액은 눈물막의 반합성 대체물로 특허를 받았다. 분자 구조는 수용성이 높은 기본 셀룰로이드 화합물을 기반으로 한다. 하이프로멜로스 용액을 사용하면 셀룰로이드의 우수한 수용성 특성 덕분에 시각적 선명도를 높일 수 있다. 또한 물을 팽창시키고 흡수하여 눈물막의 두께를 확장시킨다. 따라서 하이프로멜로스를 보충하면 각막에 윤활제가 더 오래 존재하게 되어, 특히 건조한 환경에서 눈의 자극을 줄이는 것으로 알려져 있다. 분자 수준에서 이 중합체는 며칠에서 몇 주 동안 대사적으로 손상되지 않는 베타 연결된 D-글루코스 단위를 포함한다. 하이프로멜로스는 젤라틴의 채식주의자 대체물이지만, 반합성 제조 공정으로 인해 생산 비용이 약간 더 비싸다.
하이프로멜로스는 일반의약품으로 광범위하게 판매될 뿐만 아니라, 2% 용액은 각막 보호를 위해 수술 중, 그리고 안와 수술 중에 사용되는 것으로 문서화되어 있다.
하이프로멜로스는 안과용 액체 외에도 경구용 정제 및 캡슐 제형의 부형제로 사용되어, 등급에 따라 의약 화합물의 소화관 방출을 지연시키는 서방성 제제로 기능한다. 또한 결합제 및 정제 코팅제의 구성 성분으로도 사용된다.
3.3. 식품
농업연구청 과학자들은 식물 유래 히드록시프로필메틸셀룰로스(HPMC)를 글루텐 대신 사용하여 귀리빵 및 기타 곡물빵을 만드는 연구를 진행하고 있다. 밀, 호밀, 보리에 존재하는 글루텐은 귀리 및 기타 곡물에는 없거나 미량으로만 존재한다. 글루텐과 마찬가지로 HPMC는 빵 반죽 속 효모에 의해 형성된 기포를 가두어 빵이 부풀어 오르게 할 수 있다.
3.4. 기타
4. 시험 방법
하이프로멜로스를 평가하기 위해 사용되는 벤치마크 테스트는 다음과 같다.
| 시험 항목 |
|---|
| 점도 |
| 치환도(DS) |
| 몰 치환도(MS) |
| 염분 함량 |
| 수분 |
4.1. 점도 시험
하이프로멜로스 용액은 비뉴턴 유체이며, 특히 요변성 거동을 나타내므로 다양한 시험 방법이 있다. 서로 다른 방법 및 점도계의 결과가 반드시 일치하지는 않는다. 또한 점도계의 허용 오차 범위로 인해 점도는 일반적으로 평균 또는 범위로 표시된다. 일반적인 점도 시험에서는 다음 사항을 명시한다.
* 용액 농도 (1%, 2%, 1.9% 건조 기준 등)
* 점도계 (RheoSense m-VROC 및 microVISC, 브룩필드 LV 또는 RV, 훕플러 낙구식, Haake Rotovisco 등)
* 점도계 스핀들 번호 (브룩필드 LV의 경우 1 ~ 4, 브룩필드 RV의 경우 1 ~ 7 등)
* 용액 온도 (20°C, 25°C 등)
4.2. 치환도(DS)
치환도는 셀룰로스 사슬에 대한 메톡시 치환의 평균 수준이다. 각 셀룰로스 분자에는 최대 3개의 치환 가능한 자리가 있으므로, 이 평균값은 0에서 3 사이의 실수이다. 그러나 치환도는 종종 백분율로 표현된다.