ريولوجيا وتوافق مجمع HPMC/HPS

الريولوجيا والتوافقHPMC/HPSمعقد

الكلمات الرئيسية: هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز; نشا الهيدروكسي بروبيل الخصائص الريولوجية التوافق؛ التعديل الكيميائي.

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) هو بوليمر متعدد السكاريد يستخدم عادة في تحضير الأفلام الصالحة للأكل. ويستخدم على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء. يتمتع الفيلم بشفافية جيدة وخصائص ميكانيكية وخصائص حاجز الزيت. ومع ذلك، HPMC عبارة عن مادة هلامية مستحثة حرارياً، مما يؤدي إلى ضعف أداء المعالجة عند درجة حرارة منخفضة وارتفاع استهلاك طاقة الإنتاج؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن سعر المواد الخام الباهظة الثمن يحد من تطبيقه على نطاق واسع بما في ذلك المجال الصيدلاني. نشا الهيدروكسي بروبيل (HPS) هو مادة صالحة للأكل تستخدم على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء. لديها مجموعة واسعة من المصادر والسعر المنخفض. إنها مادة مثالية لتقليل تكلفة HPMC. علاوة على ذلك، يمكن لخصائص الهلام البارد لـ HPS أن توازن بين اللزوجة والخصائص الريولوجية الأخرى لـ HPMC. ، لتحسين أداء المعالجة عند درجة حرارة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع فيلم HPMC الصالح للأكل بخصائص ممتازة لحاجز الأكسجين، لذلك يمكنه تحسين خصائص حاجز الأكسجين بشكل كبير لفيلم HPMC الصالح للأكل.

تمت إضافة HPS إلى HPMC للتركيب، وتم إنشاء نظام مركب الجل ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. تمت مناقشة قانون تأثير الخواص، وآلية التفاعل بين HPS وHPMC في المحلول، وتمت مناقشة التوافق والانتقال المرحلي للنظام المركب، وتم إنشاء العلاقة بين الخواص الريولوجية وبنية النظام المركب. أظهرت النتائج أن النظام المركب لديه تركيز حرج (8٪)، أقل من التركيز الحرج، HPMC وHPS موجودان في سلاسل جزيئية مستقلة ومناطق طورية؛ فوق التركيز الحرج، يتم تشكيل مرحلة HPS في المحلول كمركز هلامي، ويظهر هيكل microgel، الذي يرتبط عن طريق تشابك السلاسل الجزيئية HPMC، سلوكًا مشابهًا لسلوك ذوبان البوليمر. تتوافق الخصائص الريولوجية للنظام المركب والنسبة المركبة مع قاعدة المجموع اللوغاريتمي، وتظهر درجة معينة من الانحراف الإيجابي والسلبي، مما يشير إلى أن المكونين لهما توافق جيد. النظام المركب عبارة عن هيكل "جزيرة بحرية" طور متواصل ومشتت الطور عند درجة حرارة منخفضة، ويحدث انتقال الطور المستمر عند 4: 6 مع انخفاض نسبة مركب HPMC/HPS.

باعتبارها عنصرا هاما من السلع الغذائية، يمكن لتغليف المواد الغذائية أن يمنع الأغذية من التلف والتلوث بسبب العوامل الخارجية في عملية التداول والتخزين، وبالتالي إطالة العمر الافتراضي وفترة تخزين المواد الغذائية. كنوع جديد من مواد تغليف المواد الغذائية الآمنة والصالحة للأكل، وحتى لها قيمة غذائية معينة، تتمتع الأفلام الصالحة للأكل بآفاق تطبيق واسعة في تغليف المواد الغذائية وحفظها، والوجبات السريعة والكبسولات الصيدلانية، وأصبحت نقطة ساخنة للبحث في المواد الغذائية الحالية. المجالات المتعلقة بالتعبئة والتغليف

تم تحضير الغشاء المركب HPMC/HPS بطريقة الصب. تم استكشاف التوافق وفصل الطور للنظام المركب بشكل أكبر عن طريق المسح المجهري الإلكتروني، وتحليل الخصائص الميكانيكية الحرارية الديناميكية، وتحليل قياس الوزن الحراري، وتمت دراسة الخواص الميكانيكية للغشاء المركب. ونفاذية الأكسجين وخصائص الغشاء الأخرى. أظهرت النتائج أنه لم يتم العثور على واجهة واضحة ثنائية الطور في صور SEM لجميع الأفلام المركبة، وهناك نقطة تحول زجاجية واحدة فقط في نتائج DMA لمعظم الأفلام المركبة، وتظهر ذروة تحلل حراري واحدة فقط في منحنيات DTG من معظم الأفلام المركبة. يتمتع HPMC بتوافق معين مع HPS. تؤدي إضافة HPS إلى HPMC إلى تحسين خصائص حاجز الأكسجين للغشاء المركب بشكل ملحوظ. تختلف الخصائص الميكانيكية للغشاء المركب بشكل كبير مع نسبة التركيب والرطوبة النسبية للبيئة، وتوفر نقطة تقاطع، والتي يمكن أن توفر مرجعًا لتحسين المنتج لمتطلبات التطبيقات المختلفة.

تمت دراسة الشكل المجهري وتوزيع الطور وانتقال الطور والبنى المجهرية الأخرى للنظام المركب HPMC/HPS عن طريق تحليل المجهر الضوئي البسيط لصبغ اليود، وتمت دراسة الشفافية والخواص الميكانيكية للنظام المركب بواسطة مقياس الطيف الضوئي فوق البنفسجي واختبار الخصائص الميكانيكية. تم تأسيس العلاقة بين البنية المورفولوجية المجهرية والأداء العياني الشامل للنظام المركب HPMC/HPS. أظهرت النتائج وجود عدد كبير من الأطوار المتوسطة في النظام المركب الذي يتمتع بتوافق جيد. توجد نقطة انتقال طورية في النظام المركب، ونقطة انتقال الطور هذه لها نسبة معينة من المركب وتعتمد على تركيز المحلول. تتوافق أدنى نقطة شفافية للنظام المركب مع نقطة انتقال الطور لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت والحد الأدنى من معامل الشد. انخفض معامل يونغ والاستطالة عند الكسر مع زيادة تركيز المحلول، والذي كان له علاقة سببية مع انتقال HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت.

تم استخدام مقياس ريومتر لدراسة تأثير التعديل الكيميائي لـ HPS على الخواص الريولوجية وخصائص الهلام لنظام مركب الجل ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. تمت دراسة القدرات والتحولات الطورية، وتم إثبات العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص الريولوجية والهلامية. أظهرت نتائج البحث أن الهيدروكسي بروبيل لـ HPS يمكن أن يقلل من لزوجة النظام المركب عند درجة حرارة منخفضة، ويحسن سيولة المحلول المركب، ويقلل من ظاهرة ترقق القص؛ يمكن أن يؤدي الهيدروكسي بروبيل لـ HPS إلى تضييق اللزوجة الخطية للنظام المركب. في المنطقة المرنة، يتم تقليل درجة حرارة انتقال الطور للنظام المركب HPMC/HPS، ويتم تحسين السلوك الشبيه بالصلب للنظام المركب عند درجة حرارة منخفضة والسيولة عند درجة حرارة عالية. تشكل HPMC وHPS مراحل مستمرة عند درجات حرارة منخفضة وعالية، على التوالي، وكما تحدد المراحل المتفرقة الخواص الريولوجية وخصائص الهلام للنظام المركب في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يظهر كل من التغير المفاجئ في منحنى اللزوجة للنظام المركب وذروة دلتا تان في منحنى عامل الخسارة عند 45 درجة مئوية، وهو ما يعكس ظاهرة الطور المستمر المشترك التي لوحظت في الصور المجهرية الملطخة باليود عند 45 درجة مئوية.

تمت دراسة تأثير التعديل الكيميائي لـ HPS على التركيب البلوري والبنية الجزئية للفيلم المركب بواسطة تقنية تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة لإشعاع السنكروترون، وتمت دراسة الخواص الميكانيكية وخصائص حاجز الأكسجين والثبات الحراري للفيلم المركب. درس بشكل منهجي تأثير التغيرات في التركيب الكيميائي للمكونات المركبة على البنية المجهرية والخصائص العيانية للأنظمة المركبة. أظهرت نتائج إشعاع السنكروترون أن الهيدروكسي بروبيل لـ HPS وتحسين توافق المكونين يمكن أن يمنع بشكل كبير إعادة بلورة النشا في الغشاء ويعزز تكوين بنية متشابهة ذاتيًا أكثر مرونة في الغشاء المركب. ترتبط الخصائص العيانية مثل الخواص الميكانيكية والثبات الحراري ونفاذية الأكسجين للغشاء المركب HPMC / HPS ارتباطًا وثيقًا ببنيته البلورية الداخلية وبنية المنطقة غير المتبلورة. التأثير المشترك للتأثيرين.

مقدمة الفصل الأول

باعتبارها مكونًا مهمًا للسلع الغذائية، يمكن لمواد تغليف المواد الغذائية حماية الغذاء من الأضرار الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والتلوث أثناء التداول والتخزين، والحفاظ على جودة الغذاء نفسه، وتسهيل استهلاك الغذاء، وضمان الغذاء. التخزين والحفظ على المدى الطويل، وإعطاء الغذاء مظهراً يجذب الاستهلاك ويحصل على قيمة تتجاوز التكلفة المادية [1-4]. كنوع جديد من مواد تغليف المواد الغذائية الآمنة والصالحة للأكل، وحتى لها قيمة غذائية معينة، تتمتع الأفلام الصالحة للأكل بآفاق تطبيق واسعة في تغليف المواد الغذائية وحفظها، والوجبات السريعة والكبسولات الصيدلانية، وأصبحت نقطة ساخنة للبحث في المواد الغذائية الحالية. المجالات المتعلقة بالتعبئة والتغليف

الأفلام الصالحة للأكل هي أفلام ذات بنية شبكية مسامية، ويتم الحصول عليها عادة عن طريق معالجة البوليمرات الطبيعية الصالحة للأكل. العديد من البوليمرات الطبيعية الموجودة في الطبيعة لها خصائص هلامية، ويمكن أن تشكل محاليلها المائية هلامات مائية تحت ظروف معينة، مثل بعض السكريات الطبيعية والبروتينات والدهون وما إلى ذلك. يمكن أن تكون السكريات الهيكلية الطبيعية مثل النشا والسليلوز، بسبب تركيبها الجزيئي الخاص للحلزون طويل السلسلة وخصائصها الكيميائية المستقرة، مناسبة لبيئات التخزين الطويلة الأجل والمتنوعة، وقد تمت دراستها على نطاق واسع كمواد تشكيل غشاء صالحة للأكل. غالبًا ما يكون للأفلام الصالحة للأكل المصنوعة من عديد السكاريد الواحد قيود معينة في الأداء. ولذلك، من أجل القضاء على القيود المفروضة على الأفلام الصالحة للأكل السكاريد واحد، والحصول على خصائص خاصة أو تطوير وظائف جديدة، وخفض أسعار المنتجات، وتوسيع نطاق تطبيقاتها، وعادة ما يتم استخدام نوعين من السكريات. أو يتم تركيب السكريات الطبيعية المذكورة أعلاه لتحقيق تأثير الخصائص التكميلية. ومع ذلك، نظرًا للاختلاف في التركيب الجزيئي بين البوليمرات المختلفة، هناك إنتروبيا توافقية معينة، ومعظم مجمعات البوليمر متوافقة جزئيًا أو غير متوافقة. سيحدد شكل الطور وتوافق مجمع البوليمر خصائص المادة المركبة. إن التشوه وتاريخ التدفق أثناء المعالجة لهما تأثير كبير على الهيكل. ولذلك، تمت دراسة الخصائص العيانية مثل الخصائص الريولوجية لنظام البوليمر المعقد. تعد العلاقة المتبادلة بين الهياكل المورفولوجية المجهرية مثل مورفولوجيا الطور والتوافق أمرًا مهمًا لتنظيم أداء المواد المركبة وتحليلها وتعديلها، وتكنولوجيا المعالجة، وتوجيه تصميم الصيغة وتصميم آلات المعالجة، وتقييم الإنتاج. إن أداء معالجة المنتج وتطوير وتطبيق مواد بوليمر جديدة له أهمية كبيرة.

في هذا الفصل، تتم مراجعة حالة البحث والتقدم المحرز في تطبيق مواد الأفلام الصالحة للأكل بالتفصيل؛ الوضع البحثي للهيدروجيلات الطبيعية. الغرض وطريقة تركيب البوليمر والتقدم البحثي لمركب السكاريد؛ طريقة البحث الريولوجية للنظام المركب؛ يتم تحليل ومناقشة الخصائص الريولوجية والبناء النموذجي لنظام الجل العكسي البارد والساخن، بالإضافة إلى أهمية البحث والغرض البحثي والبحث في محتوى هذه الورقة.

1.1 فيلم صالح للأكل

يشير الفيلم الصالح للأكل إلى إضافة مواد ملدنة وعوامل ربط متقاطعة تعتمد على مواد طبيعية صالحة للأكل (مثل السكريات الهيكلية والدهون والبروتينات)، من خلال تفاعلات بين الجزيئات المختلفة، من خلال التركيب والتسخين والطلاء والتجفيف وما إلى ذلك. الفيلم ذو شبكة مسامية هيكل يتكون من العلاج. يمكن أن توفر وظائف مختلفة مثل خصائص الحاجز القابلة للتحديد للغاز والرطوبة والمحتويات والمواد الضارة الخارجية، وذلك لتحسين الجودة الحسية والبنية الداخلية للأغذية، وإطالة فترة التخزين أو العمر الافتراضي للمنتجات الغذائية.

1.1.1 تاريخ تطور الأفلام الصالحة للأكل

يمكن إرجاع تطور الفيلم الصالح للأكل إلى القرنين الثاني عشر والثالث عشر. في ذلك الوقت، استخدم الصينيون طريقة بسيطة وهي إزالة الشعر بالشمع لتغليف الحمضيات والليمون، مما أدى بشكل فعال إلى تقليل فقدان الماء في الفواكه والخضروات، بحيث تحافظ الفواكه والخضروات على بريقها الأصلي، وبالتالي إطالة العمر الافتراضي للفواكه والخضروات. الخضار، ولكن بشكل مفرط يثبط التنفس الهوائي للفواكه والخضروات، مما يؤدي إلى تدهور تخمر الفاكهة. في القرن الخامس عشر، بدأ الآسيويون بالفعل في صنع طبقة صالحة للأكل من حليب الصويا، واستخدموه لحماية الطعام وزيادة مظهر الطعام [20]. في القرن السادس عشر، استخدم البريطانيون الدهون لتغليف أسطح الطعام لتقليل فقدان رطوبة الطعام. في القرن التاسع عشر، تم استخدام السكروز لأول مرة كطلاء صالح للأكل على المكسرات واللوز والبندق لمنع الأكسدة والتزنخ أثناء التخزين. في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، ظهرت أفلام البارافين الساخنة الذائبة التجارية للفواكه مثل التفاح والكمثرى. وفي نهاية القرن التاسع عشر، تم رش طبقات الجيلاتين على سطح منتجات اللحوم وغيرها من الأطعمة لحفظ الأغذية. في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تم تحويل شمع الكرنوبا وما إلى ذلك إلى مستحلبات زيت في الماء لتغطية الفواكه والخضروات الطازجة وحفظها. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، بدأت الأبحاث حول الأفلام الصالحة للأكل المطبقة على منتجات اللحوم في التطور، والمثال الأكثر شمولاً ونجاحًا هو منتجات الحقن الشرجية التي تتم معالجتها من الأمعاء الدقيقة الحيوانية إلى أغلفة.

منذ الخمسينيات من القرن الماضي، يمكن القول أن مفهوم الفيلم الصالح للأكل تم اقتراحه بالفعل. ومنذ ذلك الحين، طور العديد من الباحثين اهتمامًا قويًا بالأفلام الصالحة للأكل. في عام 1991، قام نيسبريس بتطبيق كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) على طلاء وحفظ الموز والفواكه الأخرى، وتم تقليل تنفس الفاكهة، وتأخر فقدان الكلوروفيل. بارك وآخرون. في عام 1994 أبلغت عن الخصائص الفعالة لفيلم بروتين الزين كحاجز للأكسجين وثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى تحسين فقدان الماء والذبول وتغير لون الطماطم. في عام 1995، استخدم لوردين محلول قلوي مخفف لمعالجة النشا، وأضاف الجلسرين لتغليف الفراولة من أجل نضارتها، مما أدى إلى تقليل معدل فقدان الماء للفراولة وتأخير تلفها. قام بابرجي بتحسين خصائص الفيلم الصالح للأكل في عام 1996 عن طريق التسييل الجزئي والمعالجة بالموجات فوق الصوتية للسائل المكون للفيلم، لذلك تم تقليل حجم جسيمات السائل المكون للفيلم بشكل كبير وتم تحسين الاستقرار المتجانس للمستحلب. في عام 1998، باديجيت وآخرون. أضاف الليزوزيم أو النيسين إلى طبقة صالحة للأكل من بروتين فول الصويا واستخدمه في تغليف الطعام، ووجد أن نمو بكتيريا حمض اللاكتيك في الطعام تم تثبيطه بشكل فعال [30]. في عام 1999، يين تشينغ هونغ وآخرون. استخدم شمع العسل لصنع طبقة طلاء لحفظ وتخزين التفاح والفواكه الأخرى، والتي يمكن أن تمنع التنفس، وتمنع الانكماش وفقدان الوزن، وتمنع الغزو الميكروبي.

لسنوات عديدة، كانت أكواب خبز الذرة لتغليف الآيس كريم، وورق الأرز اللزج لتغليف الحلوى، وجلود التوفو لأطباق اللحوم هي عبوات نموذجية صالحة للأكل. لكن التطبيقات التجارية للأغشية الصالحة للأكل كانت شبه معدومة في عام 1967، وحتى حفظ الفاكهة المغطاة بالشمع كان له استخدام تجاري محدود للغاية. حتى عام 1986، بدأ عدد قليل من الشركات في تقديم منتجات الأفلام الصالحة للأكل، وبحلول عام 1996، ارتفع عدد شركات الأفلام الصالحة للأكل إلى أكثر من 600 شركة. وفي الوقت الحاضر، يتزايد تطبيق الأفلام الصالحة للأكل في حفظ عبوات المواد الغذائية، وقد حقق نجاحًا كبيرًا. الإيرادات السنوية أكثر من 100 مليون دولار أمريكي.

1.1.2 خصائص وأنواع الأفلام الصالحة للأكل

وفقًا للأبحاث ذات الصلة، تتمتع الأفلام الصالحة للأكل بالمزايا البارزة التالية: يمكن للأفلام الصالحة للأكل أن تمنع انخفاض وتدهور جودة الأغذية الناجم عن الهجرة المتبادلة للمواد الغذائية المختلفة؛ بعض مكونات الفيلم الصالحة للأكل نفسها لها قيمة غذائية خاصة ووظيفة الرعاية الصحية؛ يحتوي الفيلم الصالح للأكل على خصائص حاجز اختيارية لثاني أكسيد الكربون، والأكسجين والغازات الأخرى؛ يمكن استخدام الفيلم الصالح للأكل في الميكروويف والخبز والأطعمة المقلية والطلاء الطبي. يمكن استخدام الفيلم الصالح للأكل كمضادات للأكسدة ومواد حافظة ومواد حاملة أخرى، وبالتالي إطالة العمر الافتراضي للطعام؛ يمكن استخدام الطبقة الصالحة للأكل كحامل للملونات والمقويات الغذائية، وما إلى ذلك، لتحسين جودة الطعام وتحسين الخصائص الحسية للطعام؛ الفيلم الصالح للأكل آمن وصالح للأكل، ويمكن استهلاكه مع الطعام؛ يمكن استخدام أفلام التغليف الصالحة للأكل لتغليف كميات أو وحدات صغيرة من المواد الغذائية، وتشكيل عبوات مركبة متعددة الطبقات بمواد التعبئة والتغليف التقليدية، مما يحسن الأداء العام للحاجز لمواد التعبئة والتغليف.

السبب وراء امتلاك أفلام التغليف الصالحة للأكل للخصائص الوظيفية المذكورة أعلاه يعتمد بشكل أساسي على تكوين بنية شبكية معينة ثلاثية الأبعاد بداخلها، وبالتالي إظهار قوة معينة وخصائص حاجزة. تتأثر الخصائص الوظيفية لفيلم التغليف الصالح للأكل بشكل كبير بخصائص مكوناته، كما تتأثر درجة تشابك البوليمر الداخلي وتوحيد وكثافة هيكل الشبكة بعمليات تشكيل الفيلم المختلفة. هناك اختلافات واضحة في الأداء [15، 35]. تتمتع الأفلام الصالحة للأكل أيضًا ببعض الخصائص الأخرى مثل الذوبان واللون والشفافية وما إلى ذلك. يمكن اختيار مواد تغليف الأفلام الصالحة للأكل وفقًا لبيئات الاستخدام المختلفة والاختلافات في كائنات المنتج المراد تعبئتها.

وفقا لطريقة تشكيل الفيلم الصالح للأكل، يمكن تقسيمه إلى أفلام وطلاءات: (1) تسمى الأفلام المستقلة المعدة مسبقًا أفلامًا. (2) الطبقة الرقيقة التي تتشكل على سطح الطعام عن طريق الطلاء والغمس والرش تسمى الطلاء. تُستخدم الأفلام بشكل أساسي للأطعمة التي تحتوي على مكونات مختلفة والتي تحتاج إلى تعبئتها بشكل فردي (مثل عبوات التوابل وأكياس الزيت في الأطعمة الجاهزة)، والأطعمة التي تحتوي على نفس المكون ولكن يجب تعبئتها بشكل منفصل (مثل العبوات الصغيرة من القهوة، ومسحوق الحليب، الخ)، والأدوية أو منتجات الرعاية الصحية. مادة الكبسولة؛ يستخدم الطلاء بشكل أساسي لحفظ الأطعمة الطازجة مثل الفواكه والخضروات ومنتجات اللحوم وطلاء الأدوية وتجميع الكبسولات الدقيقة التي يتم التحكم في إطلاقها.

وفقًا للمواد المكونة للفيلم لفيلم التغليف الصالح للأكل، يمكن تقسيمه إلى: فيلم صالح للأكل متعدد السكاريد، وفيلم بروتين صالح للأكل، وفيلم دهني صالح للأكل، وفيلم ميكروبي صالح للأكل، وفيلم مركب صالح للأكل.

1.1.3 تطبيق الفيلم الصالح للأكل

كنوع جديد من مواد تغليف المواد الغذائية الآمنة والصالحة للأكل، وحتى لها قيمة غذائية معينة، يتم استخدام الفيلم الصالح للأكل على نطاق واسع في صناعة تغليف المواد الغذائية، ومجال المستحضرات الصيدلانية، وتخزين الفواكه والخضروات وحفظها، والمعالجة والحفظ. اللحوم والمنتجات المائية، وإنتاج الوجبات السريعة، وإنتاج الزيت. لديها آفاق تطبيق واسعة في الحفاظ على الأطعمة مثل الحلوى المخبوزة المقلية.

1.1.3.1 التطبيق في تغليف المواد الغذائية

يتم تغطية محلول تشكيل الغشاء على الطعام المراد تعبئته عن طريق الرش، والتنظيف بالفرشاة، والغمس، وما إلى ذلك، لمنع تغلغل الرطوبة والأكسجين والمواد العطرية، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من فقدان التغليف ويقلل من عدد طبقات التغليف ; تقليل الطبقة الخارجية للأغذية بشكل كبير. إن تعقيد مكونات العبوات البلاستيكية يسهل إعادة تدويرها ومعالجتها، ويقلل التلوث البيئي؛ يتم تطبيقه على التغليف المنفصل لبعض مكونات الأطعمة المعقدة متعددة المكونات لتقليل الهجرة المتبادلة بين المكونات المختلفة، وبالتالي تقليل التلوث على البيئة. تقليل تلف المواد الغذائية أو انخفاض جودة المواد الغذائية. تتم معالجة الفيلم الصالح للأكل مباشرة في ورق التغليف أو أكياس التغليف لتغليف المواد الغذائية، الأمر الذي لا يحقق السلامة والنظافة والراحة فحسب، بل يقلل أيضًا من ضغط التلوث الأبيض على البيئة.

باستخدام الذرة وفول الصويا والقمح كمواد خام رئيسية، يمكن تحضير أغشية الحبوب الشبيهة بالورق واستخدامها في تعبئة النقانق وغيرها من الأطعمة. وبعد الاستخدام، حتى لو تم التخلص منها في البيئة الطبيعية، فهي قابلة للتحلل ويمكن تحويلها إلى أسمدة للتربة لتحسين التربة. . باستخدام النشا والشيتوزان وتفل الفاصوليا كمواد رئيسية، يمكن تحضير ورق التغليف الصالح للأكل لتغليف الوجبات السريعة مثل المعكرونة السريعة والبطاطس المقلية، وهي مريحة وآمنة وتحظى بشعبية كبيرة؛ تستخدم في عبوات التوابل والحساء الصلب، يمكن لتغليف الأطعمة الجاهزة مثل المواد الخام، والتي يمكن طهيها مباشرة في الوعاء عند استخدامها، أن تمنع تلوث الطعام، وتزيد من تغذية الطعام، وتسهل التنظيف. يتم تخمير الأفوكادو المجفف والبطاطس والأرز المكسور وتحويله إلى سكريات، والتي يمكن استخدامها لتحضير مواد تعبئة داخلية جديدة صالحة للأكل عديمة اللون وشفافة، ولها خصائص جيدة لحاجز الأكسجين وخواص ميكانيكية، وتستخدم لتعبئة مسحوق الحليب وزيت السلطة ومنتجات أخرى [19]. بالنسبة للأغذية العسكرية، بعد استخدام المنتج، يتم التخلص من مواد التغليف البلاستيكية التقليدية في البيئة وتصبح علامة لتتبع العدو، مما يسهل الكشف عن مكان وجوده. في الأطعمة الخاصة متعددة المكونات مثل البيتزا والمعجنات والكاتشب والآيس كريم والزبادي والكعك والحلويات، لا يمكن إضافة مواد التعبئة والتغليف البلاستيكية مباشرة للاستخدام، ويظهر فيلم التغليف الصالح للأكل مزاياه الفريدة، والتي يمكن أن تقلل من عدد المجموعات الجزئية تعمل هجرة مواد النكهة على تحسين جودة المنتج وجمالياته [21]. يمكن استخدام فيلم التغليف الصالح للأكل في معالجة الأطعمة بالميكروويف لنظام الخليط. يتم تعبئة منتجات اللحوم والخضروات والجبن والفواكه مسبقًا عن طريق الرش أو الغمس أو التنظيف بالفرشاة وما إلى ذلك، ويتم تجميدها وتخزينها، ولا تحتاج إلا إلى وضعها في الميكروويف للاستهلاك.

على الرغم من توفر عدد قليل من أوراق وأكياس التغليف التجارية الصالحة للأكل، فقد تم تسجيل العديد من براءات الاختراع بشأن صياغة وتطبيق مواد التغليف المحتملة الصالحة للأكل. وافقت السلطات التنظيمية للأغذية الفرنسية على كيس تغليف صناعي صالح للأكل يحمل اسم "SOLUPAN"، يتكون من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، والنشا وسوربات الصوديوم، وهو متوفر تجاريا.

1.1.3.2 التطبيق في الطب

يمكن استخدام الجيلاتين ومشتقات السليلوز والنشا والعلكة الصالحة للأكل لتحضير أغلفة الكبسولات الناعمة والصلبة للأدوية والمنتجات الصحية، والتي يمكن أن تضمن بشكل فعال فعالية الأدوية والمنتجات الصحية، وتكون آمنة وصالحة للأكل؛ بعض الأدوية لها طعم مرير متأصل، مما يصعب استخدامه من قبل المرضى. ويمكن استخدام الأغشية الصالحة للأكل كطبقات لإخفاء طعم هذه الأدوية؛ بعض بوليمرات البوليمر المعوية لا تذوب في بيئة المعدة (الرقم الهيدروجيني 1.2)، ولكنها قابلة للذوبان في البيئة المعوية (الرقم الهيدروجيني 6.8) ويمكن استخدامها في طلاء الدواء المعوي المستمر؛ يمكن استخدامه أيضًا كحامل للأدوية المستهدفة.

بلانكو فرنانديز وآخرون. أعدت طبقة مركبة من الشيتوزان الأسيتيل أحادي الجليسريد واستخدمتها للإطلاق المستدام لنشاط مضادات الأكسدة لفيتامين E، وكان التأثير ملحوظًا. مواد التعبئة والتغليف المضادة للأكسدة على المدى الطويل . تشانغ وآخرون. يخلط النشا مع الجيلاتين ويضاف إليه ملدن بولي إيثيلين جلايكول ويستخدم تقليديا. تم تحضير الكبسولات الصلبة المجوفة بعملية غمس الفيلم المركب، وتمت دراسة الشفافية والخواص الميكانيكية والخصائص المحبة للماء ومورفولوجية الطور للفيلم المركب. مادة كبسولة جيدة [52]. لال وآخرون. صنع الكافرين في طبقة صالحة للأكل للتغليف المعوي لكبسولات الباراسيتامول، ودرس الخواص الميكانيكية، والخواص الحرارية، وخصائص الحاجز، وخصائص إطلاق الدواء للغشاء الصالح للأكل. أظهرت النتائج أن تغليف الذرة الرفيعة بكبسولات صلبة مختلفة من فيلم الجليادين لم يتكسر في المعدة، بل أطلق الدواء في الأمعاء عند درجة حموضة 6.8. بايك وآخرون. تم تحضير جزيئات فثالات HPMC المطلية بالإندوميتاسين، ورش سائل HPMC المكون للفيلم الصالح للأكل على سطح جزيئات الدواء، ودراسة معدل انحباس الدواء، ومتوسط ​​حجم جسيمات جزيئات الدواء، والفيلم الصالح للأكل، وأظهرت النتائج أن الفثالات المطلية بـ HPMCN يمكن لعقار الإندوميتاسين عن طريق الفم أن يحقق غرض إخفاء الطعم المر للدواء واستهداف توصيل الدواء. أولادزاداباسابادي وآخرون. مزج نشا الساجو المعدل مع الكاراجينان لتحضير فيلم مركب صالح للأكل كبديل لكبسولات الجيلاتين التقليدية، ودراسة حركية تجفيفه، وخصائصه الميكانيكية الحرارية، والخواص الفيزيائية والكيميائية، وخصائص الحاجز، وأظهرت النتائج أن الفيلم المركب الصالح للأكل له خصائص مماثلة للجيلاتين ويمكن يستخدم في إنتاج الكبسولات الصيدلانية.

1.1.3.3 التطبيق في حفظ الفواكه والخضروات

في الفواكه والخضروات الطازجة بعد قطفها، لا تزال التفاعلات الكيميائية الحيوية والتنفس مستمرة بقوة، مما سيؤدي إلى تسريع تلف أنسجة الفواكه والخضروات، ومن السهل التسبب في فقدان الرطوبة في الفواكه والخضروات في درجة حرارة الغرفة، مما يؤدي إلى جودة الأنسجة الداخلية والخصائص الحسية للفواكه والخضروات. انخفاض. لذلك أصبح الحفظ هو القضية الأكثر أهمية في تخزين ونقل الفواكه والخضروات؛ طرق الحفظ التقليدية لها تأثير حفظ ضعيف وتكلفة عالية. يعد الحفاظ على الفواكه والخضروات من أكثر الطرق فعالية حاليًا في الحفاظ على درجة حرارة الغرفة. يتم طلاء السائل الذي يشكل الفيلم الصالح للأكل على سطح الفواكه والخضروات، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال غزو الكائنات الحية الدقيقة، ويقلل من التنفس، وفقدان الماء وفقدان المغذيات لأنسجة الفاكهة والخضروات، وتأخير الشيخوخة الفسيولوجية لأنسجة الفاكهة والخضروات، وتحافظ على أنسجة الفاكهة والخضروات الأصلية ممتلئة وناعمة. مظهر لامع، وذلك لتحقيق غرض الحفاظ على نضارته وإطالة فترة التخزين. يستخدم الأمريكيون الأسيتيل أحادي الجليسريد والجبن المستخرج من الزيوت النباتية كمواد خام رئيسية لتحضير طبقة صالحة للأكل، ويستخدمونه في تقطيع الفواكه والخضروات للحفاظ عليها طازجة، ومنع الجفاف والاسمرار وغزو الكائنات الحية الدقيقة، بحيث يمكن الحفاظ عليها لمدة طويلة. منذ وقت طويل. حالة جديدة . تستخدم اليابان نفايات الحرير كمواد خام لتحضير طبقة حفظ البطاطا الطازجة، والتي يمكن أن تحقق تأثير حفظ طازج مماثل لتأثير التخزين البارد. يستخدم الأمريكيون الزيوت النباتية والفواكه كمواد خام رئيسية لصنع سائل طلاء، والحفاظ على الفاكهة المقطوعة طازجة، ووجدوا أن تأثير الحفظ جيد.

ماركيز وآخرون. استخدم بروتين مصل اللبن والبكتين كمواد خام، وأضاف الجلوتاميناز للربط المتقاطع لتحضير طبقة مركبة صالحة للأكل، والتي كانت تستخدم لتغليف التفاح الطازج والطماطم والجزر، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من معدل فقدان الوزن. ، تمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة على سطح الفواكه والخضروات الطازجة، وتطيل العمر الافتراضي على أساس الحفاظ على طعم ونكهة الفواكه والخضروات الطازجة. شي لي وآخرون. عنب الكرة الحمراء المطلي بطبقة من الشيتوزان الصالحة للأكل، والتي يمكن أن تقلل من فقدان الوزن ومعدل تعفن العنب، والحفاظ على لون العنب وسطوعه، وتأخير تدهور المواد الصلبة القابلة للذوبان. باستخدام الشيتوزان، ألجينات الصوديوم، كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم والبولي أكريلات كمواد خام، ليو وآخرون. تم تحضير أغشية صالحة للأكل بواسطة طلاء متعدد الطبقات لحفظ الفواكه والخضروات طازجة، ودراسة شكلها وقابليتها للذوبان في الماء، وما إلى ذلك. وأظهرت النتائج أن الفيلم المركب كربوكسي ميثيل السليلوز - الشيتوزان - الجلسرين له أفضل تأثير للحفظ. صن تشينغشين وآخرون. تمت دراسة الفيلم المركب من بروتين فول الصويا المعزول، والذي يستخدم لحفظ الفراولة، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من نتح الفراولة، ويمنع تنفسها، ويقلل من معدل تعفن الفاكهة. فيريرا وآخرون. تم استخدام مسحوق بقايا الفواكه والخضروات ومسحوق قشر البطاطس لتحضير فيلم مركب صالح للأكل، ودرس قابلية الذوبان في الماء والخواص الميكانيكية للفيلم المركب، واستخدم طريقة الطلاء للحفاظ على الزعرور. أظهرت النتائج أن مدة صلاحية الزعرور تطول. 50%، انخفضت نسبة فقدان الوزن بنسبة 30-57%، ولم يتغير الحمض العضوي والرطوبة بشكل ملحوظ. فو شياو وى وآخرون. درس الحفاظ على الفلفل الطازج بواسطة طبقة الشيتوزان الصالحة للأكل، وأظهرت النتائج أنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من شدة التنفس للفلفل الطازج أثناء التخزين ويؤخر شيخوخة الفلفل. نافارو-تارازاجا وآخرون. استخدم فيلم HPMC الصالح للأكل المعدل بشمع العسل للحفاظ على الخوخ. أظهرت النتائج أن شمع العسل يمكن أن يحسن خصائص حاجز الأكسجين والرطوبة والخواص الميكانيكية لأفلام HPMC. انخفض معدل فقدان الوزن للبرقوق بشكل ملحوظ، كما تحسن تليين ونزف الثمار أثناء التخزين، كما تم إطالة فترة تخزين البرقوق. تانغ ليينغ وآخرون. استخدام محلول اللك القلوي في تعديل النشا، وتحضير أغلفة التغليف الصالحة للأكل، ودراسة خواصها؛ في الوقت نفسه، فإن استخدام سائل تشكيل الغشاء لتغليف المانجو من أجل النضارة يمكن أن يقلل بشكل فعال من التنفس ويمكن أن يمنع ظاهرة اللون البني أثناء التخزين، ويقلل من معدل فقدان الوزن ويطيل فترة التخزين.

1.1.3.4 التطبيق في تجهيز وحفظ منتجات اللحوم

منتجات اللحوم ذات العناصر الغذائية الغنية والنشاط المائي العالي تغزوها الكائنات الحية الدقيقة بسهولة أثناء عملية المعالجة والنقل والتخزين والاستهلاك، مما يؤدي إلى تغميق اللون وأكسدة الدهون وغيرها من التلف. من أجل إطالة فترة التخزين ومدة الصلاحية لمنتجات اللحوم، من الضروري محاولة منع نشاط الإنزيمات في منتجات اللحوم وغزو الكائنات الحية الدقيقة على السطح، ومنع تدهور اللون والرائحة الناجم عن أكسدة الدهون. في الوقت الحاضر، يعد حفظ الأفلام الصالحة للأكل إحدى الطرق الشائعة المستخدمة على نطاق واسع لحفظ اللحوم في الداخل والخارج. بمقارنتها بالطريقة التقليدية، وجد أن غزو الكائنات الحية الدقيقة الخارجية، والزنخ التأكسدي للدهون وفقدان العصير قد تحسنت بشكل كبير في منتجات اللحوم المعبأة في فيلم صالح للأكل، كما تحسنت جودة منتجات اللحوم بشكل ملحوظ. تم تمديد مدة الصلاحية.

بدأ البحث عن الأغشية الصالحة للأكل من منتجات اللحوم في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، وكانت حالة التطبيق الأكثر نجاحًا هي أغشية الكولاجين الصالحة للأكل، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في إنتاج النقانق ومعالجتها. أمير أوغلو وآخرون. أضافوا زيت السمسم إلى طبقة بروتين فول الصويا الصالحة للأكل لصنع طبقة مضادة للبكتيريا، ودرسوا تأثيرها المضاد للبكتيريا على لحم البقر المجمد. أظهرت النتائج أن الغشاء المضاد للبكتيريا يمكن أن يمنع بشكل كبير تكاثر ونمو المكورات العنقودية الذهبية. ووك وآخرون. أعدت طبقة صالحة للأكل من مادة بروانثوسيانيدين واستخدمتها لتغليف لحم الخنزير المبرد من أجل النضارة. تمت دراسة اللون ودرجة الحموضة وقيمة TVB-N وحمض الثيوباربيتوريك والعدد الميكروبي لقطع لحم الخنزير بعد تخزينها لمدة 14 يومًا. أظهرت النتائج أن الطبقة الصالحة للأكل من البروانثوسيانيدين يمكن أن تقلل بشكل فعال من تكوين حمض الثيوباربيتوريك، وتمنع تلف الأحماض الدهنية، وتقلل من غزو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة على سطح منتجات اللحوم، وتحسين جودة منتجات اللحوم، وإطالة فترة التخزين و مدة الصلاحية . جيانغ شاوتونغ وآخرون. أضاف بوليفينول الشاي والأليسين إلى محلول الغشاء المركب من ألجينات الصوديوم والنشا، واستخدمهما للحفاظ على نضارة لحم الخنزير المبرد، والذي يمكن تخزينه عند درجة حرارة 0-4 درجة مئوية لأكثر من 19 يومًا. قرطاجنة وآخرون. أبلغ عن التأثير المضاد للبكتيريا لطبقة الكولاجين الصالحة للأكل المضافة مع عامل النيسين المضاد للميكروبات على الحفاظ على شرائح لحم الخنزير، مما يشير إلى أن طبقة الكولاجين الصالحة للأكل يمكن أن تقلل من هجرة الرطوبة لشرائح لحم الخنزير المبردة، وتؤخر نتانة منتجات اللحوم، وإضافة 2 طبقة الكولاجين بنسبة٪ كان للنيسين أفضل تأثير للحفظ. وانغ روي وآخرون. تمت دراسة التغيرات في ألجينات الصوديوم والكيتوزان والألياف الكربوكسيميثيلية من خلال التحليل المقارن للأس الهيدروجيني والنيتروجين القاعدي المتطاير والاحمرار والعدد الإجمالي لمستعمرات لحم البقر خلال 16 يومًا من التخزين. تم استخدام الأنواع الثلاثة الصالحة للأكل من فيتامين الصوديوم للحفاظ على نضارة لحم البقر المبرد. أظهرت النتائج أن الطبقة الصالحة للأكل من ألجينات الصوديوم لها تأثير مثالي في الحفاظ على النضارة. كابريولي وآخرون. يُلف صدر الديك الرومي المطبوخ بطبقة صالحة للأكل من كازينات الصوديوم ثم يُبرّد عند درجة حرارة 4 درجات مئوية. أظهرت الدراسات أن طبقة كازينات الصوديوم الصالحة للأكل يمكن أن تبطئ لحم الديك الرومي أثناء التبريد. من النتانة .

1.1.3.5 التطبيق في حفظ المنتجات المائية

يتجلى انخفاض جودة المنتجات المائية بشكل رئيسي في انخفاض الرطوبة الحرة وتدهور النكهة وتدهور قوام المنتج المائي. يعد تحلل المنتجات المائية والأكسدة وتمسخ الطبيعة والاستهلاك الجاف الناتج عن الغزو الميكروبي كلها عوامل مهمة تؤثر على العمر الافتراضي للمنتجات المائية . يعد التخزين المجمد طريقة شائعة للحفاظ على المنتجات المائية، ولكن سيكون هناك أيضًا درجة معينة من تدهور الجودة في هذه العملية، وهو أمر خطير بشكل خاص بالنسبة لأسماك المياه العذبة.

بدأ حفظ المنتجات المائية بالأغشية الصالحة للأكل في أواخر السبعينيات، وقد تم استخدامه الآن على نطاق واسع. يمكن للفيلم الصالح للأكل أن يحافظ بشكل فعال على المنتجات المائية المجمدة، ويقلل من فقدان الماء، ويمكن أيضًا دمجه مع مضادات الأكسدة لمنع أكسدة الدهون، وبالتالي تحقيق الغرض من إطالة مدة الصلاحية ومدة الصلاحية. ميناتشيسوندارام وآخرون. تحضير طبقة مركبة صالحة للأكل أساسها النشا باستخدام النشا كمادة أساسية وإضافة التوابل مثل القرنفل والقرفة، واستخدامها لحفظ الجمبري الأبيض. أظهرت النتائج أن طبقة النشا الصالحة للأكل يمكن أن تمنع بشكل فعال نمو الكائنات الحية الدقيقة، وتبطئ أكسدة الدهون، وتطيل العمر الافتراضي للجمبري الأبيض المبرد عند 10 درجات مئوية و4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 14 و12 يومًا على التوالي. قام تشينغ يوان يوان وآخرون بدراسة المادة الحافظة لمحلول البولولان وقاموا بدراسة أسماك المياه العذبة. يمكن أن يمنع الحفظ بشكل فعال نمو الكائنات الحية الدقيقة، ويبطئ أكسدة بروتين الأسماك والدهون، ويكون له تأثير حفظ ممتاز. يونس وآخرون. سمك السلمون المرقط المطلي بطبقة جيلاتينية صالحة للأكل يُضاف إليها زيت ورق الغار العطري، ودراسة تأثير الحفظ المبرد عند درجة حرارة 4 درجات مئوية. أظهرت النتائج أن طبقة الجيلاتين الصالحة للأكل كانت فعالة في الحفاظ على جودة تراوت قوس قزح لمدة تصل إلى 22 يومًا. لفترة طويلة . وانغ سيوي وآخرون. استخدم جينات الصوديوم والشيتوزان والـ CMC كمواد رئيسية، وأضاف حمض دهني لتحضير سائل الغشاء الصالح للأكل، واستخدمه في طلاء Penaeus vannamei للحصول على النضارة. أظهرت الدراسة أن الفيلم المركب من CMC والشيتوزان السائل له تأثير حفظ جيد ويمكنه إطالة مدة الصلاحية بحوالي يومين. استخدم يانغ شنغ بينغ وآخرون طبقة بوليفينول صالحة للأكل من شاي الشيتوزان للتبريد والحفاظ على ذيل الشعر الطازج، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال تكاثر البكتيريا على سطح ذيل الشعر، ويؤخر تكوين حمض الهيدروكلوريك المتطاير، ويطيل العمر الافتراضي لذيل الشعر إلى حوالي 12 يوما.

1.1.3.6 التطبيق في الأطعمة المقلية

يعد الطعام المقلي من الأطعمة الجاهزة للأكل المشهورة على نطاق واسع وذات إنتاجية كبيرة. إنه مغلف بغشاء قابل للأكل من متعدد السكاريد والبروتين، والذي يمكن أن يمنع تغير لون الطعام أثناء عملية القلي ويقلل من استهلاك الزيت. دخول الأوكسجين والرطوبة [80]. يمكن أن يؤدي طلاء الأطعمة المقلية بصمغ الجيلان إلى تقليل استهلاك الزيت بنسبة 35%-63%، كما هو الحال عند قلي الساشيمي، يمكن أن يقلل استهلاك الزيت بنسبة 63%؛ عند قلي رقائق البطاطس، يمكن أن تقلل من استهلاك الزيت بنسبة 35%-63%. خفض استهلاك الوقود بنسبة 60% وغيرها[81].

سينجثونج وآخرون. صنعوا أغشية صالحة للأكل من السكريات مثل ألجينات الصوديوم وكربوكسي ميثيل السليلوز والبكتين، والتي كانت تستخدم في طلاء شرائح الموز المقلية، ودرسوا معدل امتصاص الزيت بعد القلي. أظهرت النتائج أن البكتين والكربوكسيل أظهرت شرائح الموز المقلية المغلفة بميثيل السليلوز جودة حسية أفضل، ومن بينها فيلم البكتين الصالح للأكل كان له أفضل تأثير على تقليل امتصاص الزيت [82]. هولونيا وآخرون. تم طلاء أغشية HPMC وMC على سطح شرائح الدجاج المقلية لدراسة التغيرات في استهلاك الزيت ومحتوى الأحماض الدهنية الحرة وقيمة اللون في زيت القلي. يمكن للطلاء المسبق أن يقلل من امتصاص الزيت ويحسن عمر الزيت [83]. شنغ ميكسيانج وآخرون. صنع أفلام صالحة للأكل من CMC، الشيتوزان وبروتين فول الصويا المعزول، ورقائق البطاطس المغلفة، وقليها في درجة حرارة عالية لدراسة امتصاص الزيت، ومحتوى الماء، واللون، ومحتوى الأكريلاميد والجودة الحسية لرقائق البطاطس. أظهرت النتائج أن بروتين فول الصويا المعزول للطبقة الصالحة للأكل له تأثير كبير على تقليل استهلاك الزيت لرقائق البطاطس المقلية، وأن طبقة الشيتوزان الصالحة للأكل لها تأثير أفضل في تقليل محتوى مادة الأكريلاميد [84]. سلفادور وآخرون. طلاء سطح حلقات الحبار المقلية بنشا القمح، ونشا الذرة المعدل، والدكسترين والغلوتين، مما قد يحسن من هشاشة حلقات الحبار ويقلل من معدل امتصاص الزيت [85].

1.1.3.7 التطبيق في المخبوزات

يمكن استخدام الطبقة الصالحة للأكل كطبقة ناعمة لتحسين مظهر المخبوزات؛ يمكن استخدامه كحاجز للرطوبة والأكسجين والشحوم وما إلى ذلك لتحسين العمر الافتراضي للسلع المخبوزة، على سبيل المثال، يتم استخدام طبقة الشيتوزان الصالحة للأكل لطلاء الخبز على السطح ويمكن استخدامه أيضًا كمادة لاصقة للوجبات الخفيفة والوجبات الخفيفة المقرمشة، على سبيل المثال، غالبًا ما يتم تغليف الفول السوداني المحمص بمواد لاصقة لتغطية الملح والتوابل [87].

كريستوس وآخرون. صنع أفلام صالحة للأكل من ألجينات الصوديوم وبروتين مصل اللبن وغلفها على سطح خبز بروبيوتيك Lactobacillus rhamnosus. أظهرت الدراسة أن معدل البقاء على قيد الحياة للبروبيوتيك قد تحسن بشكل كبير، لكن نوعي الخبز أظهرا أن آليات الجهاز الهضمي متشابهة جدًا، وبالتالي فإن طلاء الطبقة الصالحة للأكل لا يغير نسيج الخبز ونكهته وخصائصه الفيزيائية الحرارية [88]. بانوات وآخرون. أضاف مستخلص عنب الثعلب الهندي إلى مصفوفة ميثيل السليلوز لتحضير طبقة مركبة صالحة للأكل، واستخدمه للحفاظ على نضارة الكاجو المحمص. أظهرت النتائج أن الغشاء المركب الصالح للأكل يمكن أن يمنع بشكل فعال الكاجو المحمص أثناء التخزين. تدهورت الجودة وتم تمديد العمر الافتراضي للكاجو المحمص لمدة تصل إلى 90 يومًا [89]. شو وآخرون. صنع طبقة شفافة ومرنة صالحة للأكل باستخدام كازينات الصوديوم والجلسرين، ودراسة خواصها الميكانيكية ونفاذية الماء وتأثيرها التغليفي على شرائح الخبز المخبوزة. أظهرت النتائج أن الطبقة الصالحة للأكل من كازينات الصوديوم تغلف الخبز المخبوز. بعد الخبز، يمكن تقليل صلابته خلال 6 ساعات من تخزينه في درجة حرارة الغرفة [90]. دو وآخرون. استخدمت طبقة صالحة للأكل أساسها التفاح وطبقة صالحة للأكل أساسها الطماطم مضاف إليها زيوت نباتية أساسية لتغليف الدجاج المشوي، الأمر الذي لم يمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة قبل تحميص الدجاج فحسب، بل عزز أيضًا نكهة الدجاج بعد التحميص [91]. جافانمار وآخرون. تحضير طبقة صالحة للأكل من نشا القمح واستخدامها في تغليف حبات الفستق المخبوزة. أظهرت النتائج أن طبقة النشا الصالحة للأكل يمكن أن تمنع النتانة التأكسدية للمكسرات، وتحسن جودة المكسرات، وتطيل عمرها الافتراضي [92]. ماجد وآخرون. استخدم طبقة بروتين مصل اللبن الصالحة للأكل لتغليف الفول السوداني المحمص، والذي يمكن أن يزيد حاجز الأكسجين، ويقلل من نتانة الفول السوداني، ويحسن هشاشة الفول السوداني المحمص، ويطيل فترة تخزينه [93].

1.1.3.8 التطبيق في منتجات الحلويات

تتمتع صناعة الحلوى بمتطلبات عالية لنشر المكونات المتطايرة، لذلك بالنسبة للشوكولاتة والحلويات ذات الأسطح المصقولة، من الضروري استخدام أفلام صالحة للأكل قابلة للذوبان في الماء لتحل محل سائل الطلاء الذي يحتوي على مكونات متطايرة. يمكن لفيلم التغليف الصالح للأكل أن يشكل طبقة واقية ناعمة على سطح الحلوى لتقليل هجرة الأكسجين والرطوبة [19]. إن تطبيق أفلام بروتين مصل اللبن الصالحة للأكل في الحلويات يمكن أن يقلل بشكل كبير من انتشار مكوناته المتطايرة. عندما يتم استخدام الشوكولاتة لتغليف الأطعمة الزيتية مثل البسكويت وزبدة الفول السوداني، فإن الزيت سيهاجر إلى الطبقة الخارجية من الشوكولاتة، مما يجعل الشوكولاتة لزجة ويسبب ظاهرة "الصقيع العكسي"، ولكن المادة الداخلية سوف تجف، مما يؤدي إلى جفافها. تغير في نكهته. يمكن أن تؤدي إضافة طبقة من مواد تغليف الغشاء الصالحة للأكل مع وظيفة حاجز الشحوم إلى حل هذه المشكلة [94].

نيلسون وآخرون. استخدم طبقة ميثيل السليلوز الصالحة للأكل لتغليف الحلوى التي تحتوي على دهون متعددة وأظهر نفاذية منخفضة جدًا للدهون، وبالتالي تثبيط ظاهرة الصقيع في الشوكولاتة [95]. طبق مايرز طبقة ثنائية من الشمع والهيدروجيل صالحة للأكل على العلكة، مما قد يحسن التصاقها، ويقلل من تطاير الماء، ويطيل عمرها الافتراضي [21]. المياه التي أعدها فاديني وآخرون. تمت دراسة الفيلم المركب الصالح للأكل من زبدة الكاكاو وديكولاجين لخصائصه الميكانيكية ونفاذية الماء، وتم استخدامه كطلاء لمنتجات الشوكولاتة مع نتائج جيدة [96].

1.1.4 الأغشية الصالحة للأكل القائمة على السليلوز

الفيلم الصالح للأكل القائم على السليلوز هو نوع من الفيلم الصالح للأكل المصنوع من السليلوز الأكثر وفرة ومشتقاته في الطبيعة كمواد خام رئيسية. الطبقة الصالحة للأكل القائمة على السليلوز عديمة الرائحة والمذاق، ولها قوة ميكانيكية جيدة، وخصائص حاجز الزيت، والشفافية، والمرونة، وخصائص حاجز الغاز الجيدة. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة السليلوز المحبة للماء، فإن مقاومة الغشاء الصالح للأكل المعتمد على السليلوز يكون أداء الماء ضعيفًا نسبيًا بشكل عام [82، 97-99].

يمكن للفيلم الصالح للأكل القائم على السليلوز والمصنوع من مواد النفايات في إنتاج الصناعات الغذائية الحصول على أفلام تغليف صالحة للأكل بأداء ممتاز، ويمكن إعادة استخدام مواد النفايات لزيادة القيمة المضافة للمنتجات. فيريرا وآخرون. مزج مسحوق بقايا الفواكه والخضروات مع مسحوق قشر البطاطس لتحضير طبقة مركبة صالحة للأكل أساسها السليلوز، ووضعها على طلاء الزعرور للحفاظ على نضارتها، وحقق نتائج جيدة [62]. تان هويزي وآخرون. استخدمت الألياف الغذائية المستخرجة من تفل الفول كمادة أساسية وأضفت كمية معينة من المثخن لتحضير طبقة صالحة للأكل من ألياف فول الصويا، والتي تتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة وخصائص حاجزة [100]، والتي تستخدم بشكل أساسي لتعبئة توابل المعكرونة للوجبات السريعة من المريح والمغذي أن تذوب حزمة المواد مباشرة في الماء الساخن.

يمكن لمشتقات السليلوز القابلة للذوبان في الماء، مثل ميثيل السليلوز (MC)، وكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، أن تشكل مصفوفة مستمرة وتستخدم بشكل شائع في تطوير وأبحاث الأفلام الصالحة للأكل. شياو نايو وآخرون. استخدم MC باعتباره الركيزة الرئيسية لتشكيل الفيلم، وأضاف البولي إيثيلين جلايكول وكلوريد الكالسيوم ومواد مساعدة أخرى، وقام بإعداد فيلم MC صالح للأكل عن طريق طريقة الصب، وتطبيقه على الحفاظ على الزج، والذي يمكن أن يطيل فم الزج. العمر الافتراضي للخوخ هو 4.5 أيام [101]. الإسماعيلي وآخرون. تحضير فيلم MC صالح للأكل عن طريق الصب وتطبيقه على طلاء كبسولات الزيت الأساسية النباتية. أظهرت النتائج أن فيلم MC له تأثير جيد في منع الزيت ويمكن تطبيقه على عبوات المواد الغذائية لمنع تلف الأحماض الدهنية [102]. تيان وآخرون. أفلام MC صالحة للأكل معدلة مع حامض دهني وأحماض دهنية غير مشبعة، والتي يمكن أن تحسن خصائص منع الماء لأفلام MC الصالحة للأكل [103]. لاي فينجيينج وآخرون. درس تأثير نوع المذيب على عملية تشكيل الفيلم للفيلم الصالح للأكل MC وخصائص الحاجز والخواص الميكانيكية للفيلم الصالح للأكل [104].

تتمتع أغشية CMC بخصائص حاجزة جيدة للأكسجين وثاني أكسيد الكربون والزيوت، وتستخدم على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء [99]. بيفاني وآخرون. تحضير أغشية CMC ودراسة تأثير مستخلصات الأوراق على خصائص حاجز الماء وخصائص حاجز الغاز للأغشية. وأظهرت النتائج أن إضافة مستخلصات الأوراق يمكن أن يحسن بشكل كبير خصائص حاجز الرطوبة والأكسجين للأغشية، ولكن ليس بالنسبة لثاني أكسيد الكربون. ترتبط خصائص الحاجز بتركيز المستخلص [105]. دي مورا وآخرون. تم تحضير جسيمات الشيتوزان النانوية المقواة بأغشية CMC، ودراسة الثبات الحراري والخواص الميكانيكية والذوبان في الماء للأغشية المركبة. أظهرت النتائج أن جسيمات الشيتوزان النانوية يمكنها تحسين الخواص الميكانيكية والاستقرار الحراري لأفلام CMC بشكل فعال. الجنس [98]. غانبارزاده وآخرون. تحضير أفلام CMC صالحة للأكل ودراسة تأثير الجلسرين وحمض الأوليك على الخواص الفيزيائية والكيميائية لأفلام CMC. أظهرت النتائج أن خصائص حاجز الأفلام قد تحسنت بشكل ملحوظ، ولكن الخواص الميكانيكية والشفافية انخفضت [99]. تشنغ وآخرون. تحضير فيلم مركب من كربوكسي ميثيل السليلوز-كونجاك جلوكومانان صالح للأكل، ودراسة تأثير زيت النخيل على الخواص الفيزيائية والكيميائية للفيلم المركب. وأظهرت النتائج أن الكريات الدهنية الأصغر حجما يمكن أن تزيد بشكل كبير من الفيلم المركب. يمكن أن تؤدي الكارهة للماء السطحية وانحناء قناة تخلل جزيء الماء إلى تحسين أداء حاجز الرطوبة للغشاء [106].

يتمتع HPMC بخصائص جيدة لتشكيل الفيلم، وفيلمه مرن وشفاف وعديم اللون وعديم الرائحة، وله خصائص جيدة لحاجز الزيت، ولكن خواصه الميكانيكية وخصائص منع الماء تحتاج إلى تحسين. الدراسة التي أجراها زونيغا وآخرون. أظهر أن البنية المجهرية الأولية واستقرار محلول تشكيل الفيلم HPMC يمكن أن يؤثر بشكل كبير على السطح والبنية الداخلية للفيلم، والطريقة التي تدخل بها قطرات الزيت أثناء تكوين هيكل الفيلم يمكن أن تؤثر بشكل كبير على نفاذية الضوء والنشاط السطحي للفيلم. فيلم. يمكن أن تؤدي إضافة العامل إلى تحسين استقرار محلول تشكيل الفيلم، والذي يؤثر بدوره على البنية السطحية والخصائص البصرية للفيلم، ولكن لا يتم تقليل الخواص الميكانيكية ونفاذية الهواء [107]. كلانجموانج وآخرون. تم استخدام الطين وشمع العسل المعدل عضويًا لتعزيز وتعديل فيلم HPMC الصالح للأكل لتحسين الخواص الميكانيكية وخصائص الحاجز لفيلم HPMC. وأظهرت الدراسة أنه بعد تعديل شمع العسل والطين، كانت الخواص الميكانيكية للفيلم الصالح للأكل HPMC مماثلة لتلك الخاصة بالفيلم الصالح للأكل. تم تحسين أداء مكونات الرطوبة [108]. دوجان وآخرون. تحضير فيلم HPMC صالح للأكل، واستخدام السليلوز الجريزوفولفين لتعزيز وتعديل فيلم HPMC، ودراسة نفاذية الماء والخواص الميكانيكية للفيلم. أظهرت النتائج أن خصائص حاجز الرطوبة للفيلم المعدل لم تتغير بشكل كبير. ولكن تم تحسين خواصه الميكانيكية بشكل ملحوظ [109]. تشوي وآخرون. تمت إضافة أوراق الأوريجانو وزيت البرغموت الأساسي إلى مصفوفة HPMC لتحضير طبقة مركبة صالحة للأكل، وتطبيقها على طبقة الحفاظ على البرقوق الطازج. وأظهرت الدراسة أن الغشاء المركب الصالح للأكل يمكن أن يمنع بشكل فعال تنفس البرقوق، ويقلل إنتاج الإيثيلين، ويقلل معدل فقدان الوزن، ويحسن جودة البرقوق [110]. استقلال وآخرون. تم مزج HPMC مع الجيلاتين لتحضير أفلام مركبة صالحة للأكل ودراسة أفلام مركبة صالحة للأكل. أظهرت الخواص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية وتوافق جيلاتين HPMC أن خصائص الشد لأغشية الجيلاتين المركبة HPMC لم تتغير بشكل كبير، والتي يمكن استخدامها في تحضير الكبسولات الطبية [111]. فيلاكريس وآخرون. دراسة الخواص الميكانيكية وخصائص حاجز الغاز والخصائص المضادة للبكتيريا للأغشية المركبة الصالحة للأكل من HPMC-نشاء الكسافا. أظهرت النتائج أن الأفلام المركبة لها خصائص جيدة لحاجز الأكسجين وتأثيرات مضادة للبكتيريا [112]. بيون وآخرون. تحضير الأغشية المركبة من مادة اللك-HPMC، ودراسة تأثير أنواع المستحلبات وتركيز اللك على الأغشية المركبة. قلل المستحلب من خصائص حجب الماء للغشاء المركب، لكن خواصه الميكانيكية لم تنخفض بشكل ملحوظ؛ أدت إضافة اللك إلى تحسين الاستقرار الحراري لغشاء HPMC بشكل كبير، وزاد تأثيره مع زيادة تركيز اللك [113].

1.1.5 الأفلام الصالحة للأكل القائمة على النشا

النشا عبارة عن بوليمر طبيعي لتحضير الأفلام الصالحة للأكل. يتمتع بمزايا المصدر الواسع والسعر المنخفض والتوافق الحيوي والقيمة الغذائية، ويستخدم على نطاق واسع في الصناعات الغذائية والصيدلانية [114-117]. في الآونة الأخيرة، ظهرت الأبحاث حول أفلام النشا النقية الصالحة للأكل والأفلام المركبة الصالحة للأكل القائمة على النشا لتخزين الأغذية وحفظها واحدة تلو الأخرى [118]. يعد النشا عالي الأميلوز والنشا المعدل بالهيدروكسي بروبيل من المواد الرئيسية لتحضير الأفلام الصالحة للأكل المعتمدة على النشا [119]. إن تراجع النشا هو السبب الرئيسي لقدرته على تكوين فيلم. كلما زاد محتوى الأميلوز، كلما كان الترابط بين الجزيئات أكثر إحكامًا، وأصبح إنتاج التراجع أسهل، وكانت خاصية تشكيل الفيلم، وقوة الشد النهائية للفيلم أفضل. أكبر. يمكن للأميلوز أن يصنع أغشية قابلة للذوبان في الماء ذات نفاذية منخفضة للأكسجين، ولن تنخفض خصائص الحاجز للأغشية عالية الأميلوز في بيئات درجة الحرارة المرتفعة، والتي يمكن أن تحمي الأطعمة المعبأة بشكل فعال [120].

يتمتع فيلم النشا الصالح للأكل، عديم اللون والرائحة، بشفافية جيدة وقابلية للذوبان في الماء وخصائص حاجز الغاز، ولكنه يظهر محبة للماء قوية نسبيًا وخصائص حاجز رطوبة ضعيفة، لذلك يستخدم بشكل أساسي في تعبئة الأكسجين الغذائي وحاجز الزيت [121-123]. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأغشية القائمة على النشا عرضة للشيخوخة والتراجع، وخواصها الميكانيكية سيئة نسبيًا [124]. من أجل التغلب على أوجه القصور المذكورة أعلاه، يمكن تعديل النشا بطرق فيزيائية وكيميائية وإنزيمية ووراثية ومضافة لتحسين خصائص الأفلام الصالحة للأكل القائمة على النشا [114].

تشانغ تشنغماو وآخرون. استخدمت طبقة رقيقة صالحة للأكل من النشا لتغليف الفراولة ووجدت أنها يمكن أن تقلل بشكل فعال من فقدان الماء، وتؤخر تقليل محتوى السكر القابل للذوبان، وتطيل فترة تخزين الفراولة بشكل فعال [125]. جارسيا وآخرون. النشا المعدل بنسب سلاسل مختلفة للحصول على سائل تشكيل طبقة النشا المعدل، والذي تم استخدامه لحفظ طبقة طلاء الفراولة الطازجة. وكان المعدل ومعدل الاضمحلال أفضل من تلك الخاصة بالمجموعة غير المطلية [126]. غانبارزاده وآخرون. النشا المعدل عن طريق الارتباط المتبادل بحمض الستريك والحصول على فيلم النشا المعدل المرتبط كيميائياً. وقد أظهرت الدراسات أنه بعد تعديل الارتباط المتقاطع، تم تحسين خصائص حاجز الرطوبة والخواص الميكانيكية لأغشية النشا [127]. جاو كونيو وآخرون. نفذت معالجة التحلل المائي الأنزيمي للنشا وحصلت على طبقة صالحة للأكل من النشا، وزادت خواصها الميكانيكية مثل قوة الشد والاستطالة ومقاومة الطي، وزاد أداء حاجز الرطوبة مع زيادة وقت عمل الإنزيم. تحسنت بشكل ملحوظ [128]. بارا وآخرون. أضاف عامل ربط متقاطع إلى نشا التابيوكا لتحضير طبقة صالحة للأكل ذات خواص ميكانيكية جيدة ومعدل نقل منخفض لبخار الماء [129]. فونسيكا وآخرون. استخدم هيبوكلوريت الصوديوم لأكسدة نشا البطاطس وتحضير طبقة صالحة للأكل من النشا المؤكسد. وأظهرت الدراسة أن معدل انتقال بخار الماء وقابلية ذوبانه في الماء انخفضا بشكل كبير، وهو ما يمكن تطبيقه على تعبئة المواد الغذائية عالية النشاط المائي [130].

يعد مضاعفة النشا مع البوليمرات والملدنات الأخرى الصالحة للأكل طريقة مهمة لتحسين خصائص الأغشية الصالحة للأكل القائمة على النشا. حاليًا، البوليمرات المعقدة شائعة الاستخدام هي في الغالب غروانيات محبة للماء، مثل البكتين والسليلوز وعديد السكاريد من الأعشاب البحرية والشيتوزان والكاراجينان وصمغ الزانثان [131].

ماريا رودريغيز وآخرون. استخدم نشا البطاطس والملدنات أو المواد الخافضة للتوتر السطحي كمواد رئيسية لتحضير أفلام صالحة للأكل قائمة على النشا، مما يدل على أن الملدنات يمكن أن تزيد من مرونة الأفلام وأن المواد الخافضة للتوتر السطحي يمكن أن تقلل من قابلية تمدد الأفلام [132]. سانتانا وآخرون. استخدمت الألياف النانوية لتعزيز وتعديل أفلام نشا الكسافا الصالحة للأكل، وحصلت على أفلام مركبة صالحة للأكل قائمة على النشا مع خصائص ميكانيكية محسنة، وخصائص حاجزة، وثبات حراري [133]. أزيفيدو وآخرون. بروتين مصل اللبن المركب مع نشا لدن بالحرارة لتحضير مادة فيلمية موحدة، مما يشير إلى أن بروتين مصل اللبن والنشا لدن بالحرارة لهما التصاق بيني قوي، ويمكن لبروتين مصل اللبن أن يحسن بشكل كبير توافر النشا. منع الماء والخواص الميكانيكية للأغشية الصالحة للأكل [134]. ادهير وآخرون. تحضير غشاء صالح للأكل يعتمد على نشا التابيوكا، ودراسة تأثير الملدنات على التركيب الفيزيائي والكيميائي والخواص الميكانيكية والخواص الحرارية للفيلم. أظهرت النتائج أن نوع وتركيز الملدنات يمكن أن يؤثر بشكل كبير على طبقة نشا التابيوكا. بالمقارنة مع الملدنات الأخرى مثل اليوريا وثلاثي إيثيلين جلايكول، فإن البكتين له أفضل تأثير تلدين، وفيلم النشا الملدن بالبكتين له خصائص جيدة لمنع الماء [135]. صابري وآخرون. يستخدم نشا البازلاء وصمغ الغوار والجلسرين لتحضير الأفلام المركبة الصالحة للأكل. أظهرت النتائج أن نشا البازلاء لعب دورا رئيسيا في سمك الفيلم وكثافته وتماسكه ونفاذية الماء وقوة الشد. صمغ الغوار يمكن أن يؤثر على قوة الشد ومعامل المرونة للغشاء، ويمكن أن يحسن الجلسرين مرونة الغشاء [136]. جي وآخرون. مركب الشيتوزان ونشا الذرة، وإضافة جزيئات نانوية من كربونات الكالسيوم لتحضير طبقة مضادة للبكتيريا تعتمد على النشا. وأظهرت الدراسة أن روابط الهيدروجين بين الجزيئات تشكلت بين النشا والشيتوزان، وتم تعزيز الخواص الميكانيكية للفيلم وخصائص مضادة للجراثيم [137]. ميرا وآخرون. تم تحسين وتعديل طبقة نشا الذرة المضادة للبكتيريا الصالحة للأكل مع جزيئات الكاولين النانوية، وتم تحسين الخواص الميكانيكية والحرارية للفيلم المركب، ولم يتأثر التأثير المضاد للبكتيريا [138]. أورتيجا تورو وآخرون. تمت إضافة HPMC إلى النشا وإضافة حامض الستريك لتحضير طبقة صالحة للأكل. أظهرت الدراسة أن إضافة HPMC وحمض الستريك يمكن أن يمنع بشكل فعال شيخوخة النشا ويقلل من نفاذية الماء للأغشية الصالحة للأكل، ولكن خصائص حاجز الأكسجين تنخفض [139].

1.2 الهلاميات المائية البوليمرية

الهلاميات المائية هي فئة من البوليمرات المحبة للماء ذات بنية شبكة ثلاثية الأبعاد غير قابلة للذوبان في الماء ولكن يمكن أن تنتفخ بالماء. من الناحية المجهرية، للهيدروجيل شكل محدد، ولا يمكنه التدفق، وهو مادة صلبة. مجهريًا، يمكن توزيع الجزيئات القابلة للذوبان في الماء بأشكال وأحجام مختلفة في الهيدروجيل وتنتشر بمعدلات انتشار مختلفة، لذلك يُظهر الهيدروجيل خصائص المحلول. الهيكل الداخلي للهيدروجيلات له قوة محدودة ويمكن تدميره بسهولة. وهو في حالة بين الصلبة والسائلة. ولها مرونة مماثلة للمادة الصلبة، وتختلف بشكل واضح عن المادة الصلبة الحقيقية.

1.2.1 نظرة عامة على الهلاميات المائية البوليمرية

1.2.1.1 تصنيف الهلاميات المائية البوليمرية

البوليمر هيدروجيل عبارة عن بنية شبكية ثلاثية الأبعاد تتكون من الارتباط الفيزيائي أو الكيميائي بين جزيئات البوليمر [143-146]. يمتص كمية كبيرة من الماء في الماء لينتفخ بنفسه، وفي الوقت نفسه يمكنه الحفاظ على بنيته الثلاثية الأبعاد ويكون غير قابل للذوبان في الماء. ماء.

هناك طرق عديدة لتصنيف الهلاميات المائية. بناءً على الاختلاف في خصائص الارتباط المتقاطع، يمكن تقسيمها إلى مواد هلامية فيزيائية ومواد هلامية كيميائية. تتكون المواد الهلامية الفيزيائية من روابط هيدروجينية ضعيفة نسبيًا، وروابط أيونية، وتفاعلات كارهة للماء، وقوى فان دير فالس، والتشابك الفيزيائي بين سلاسل البوليمر الجزيئية والقوى الفيزيائية الأخرى، ويمكن تحويلها إلى محاليل في بيئات خارجية مختلفة. يطلق عليه هلام عكسي. عادة ما يكون الهلام الكيميائي عبارة عن بنية شبكية دائمة ثلاثية الأبعاد تتشكل عن طريق الربط المتقاطع للروابط الكيميائية مثل الروابط التساهمية في وجود الحرارة والضوء والبادئ وما إلى ذلك. بعد تكوين الهلام، يصبح غير قابل للرجوع ودائم، ويعرف أيضًا باسم للمكثف الحقيقي [147-149]. المواد الهلامية الفيزيائية عموما لا تتطلب تعديلا كيميائيا ولها سمية منخفضة، ولكن خواصها الميكانيكية سيئة نسبيا ومن الصعب تحمل الضغوط الخارجية الكبيرة؛ تتمتع المواد الهلامية الكيميائية بشكل عام بثبات أفضل وخصائص ميكانيكية.

بناءً على مصادر مختلفة، يمكن تقسيم الهلاميات المائية إلى هيدروجيلات بوليمرية صناعية وهلامات مائية بوليمرية طبيعية. الهلاميات المائية البوليمرية الاصطناعية عبارة عن هيدروجيلات تتكون من البلمرة الكيميائية للبوليمرات الاصطناعية، بما في ذلك حمض البولي أكريليك، وأسيتات البولي فينيل، والبولي أكريلاميد، وأكسيد البولي إيثيلين، وما إلى ذلك؛ الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية هي الهلاميات المائية البوليمرية التي تتشكل عن طريق الارتباط المتبادل للبوليمرات الطبيعية مثل السكريات والبروتينات في الطبيعة، بما في ذلك السليلوز والجينات والنشا والأغاروز وحمض الهيالورونيك والجيلاتين والكولاجين [6، 7، 150]، 151]. تتميز هيدروجيلات البوليمر الطبيعية عادةً بخصائص المصدر الواسع والسعر المنخفض والسمية المنخفضة، كما أن هيدروجيلات البوليمر الاصطناعية سهلة المعالجة بشكل عام ولها عوائد كبيرة.

بناءً على الاستجابات المختلفة للبيئة الخارجية، يمكن أيضًا تقسيم الهلاميات المائية إلى الهلاميات المائية التقليدية والهلاميات المائية الذكية. الهلاميات المائية التقليدية غير حساسة نسبيا للتغيرات في البيئة الخارجية؛ يمكن أن تستشعر الهلاميات المائية الذكية تغيرات صغيرة في البيئة الخارجية وتنتج تغييرات مقابلة في البنية الفيزيائية والخصائص الكيميائية [152-156]. بالنسبة للهيدروجيلات الحساسة لدرجة الحرارة، يتغير الحجم مع درجة حرارة البيئة. عادة، تحتوي هذه الهلاميات المائية البوليمرية على مجموعات محبة للماء مثل الهيدروكسيل والإيثر والأميد أو مجموعات كارهة للماء مثل الميثيل والإيثيل والبروبيل. يمكن أن تؤثر درجة حرارة البيئة الخارجية على التفاعل المحب للماء أو الكاره للماء بين جزيئات الهلام، والترابط الهيدروجيني والتفاعل بين جزيئات الماء وسلاسل البوليمر، مما يؤثر على توازن نظام الهلام. بالنسبة للهيدروجيلات الحساسة للأس الهيدروجيني، يحتوي النظام عادةً على مجموعات تعديل حمض-قاعدة مثل مجموعات الكربوكسيل أو مجموعات حمض السلفونيك أو المجموعات الأمينية. في بيئة درجة الحموضة المتغيرة، يمكن لهذه المجموعات امتصاص أو إطلاق البروتونات، مما يؤدي إلى تغيير الرابطة الهيدروجينية في الجل والفرق بين تركيزات الأيونات الداخلية والخارجية، مما يؤدي إلى تغيير حجم الجل. بالنسبة للمجال الكهربائي والمجال المغناطيسي والهلاميات المائية الحساسة للضوء، فإنها تحتوي على مجموعات وظيفية مثل البولي إلكتروليتات وأكاسيد المعادن والمجموعات الحساسة للضوء، على التوالي. في ظل محفزات خارجية مختلفة، يتم تغيير درجة حرارة النظام أو درجة التأين، ومن ثم يتم تغيير حجم الجل بمبدأ مشابه لدرجة الحرارة أو الهيدروجيل الحساس لدرجة الحموضة.

بناءً على سلوكيات الهلام المختلفة، يمكن تقسيم الهلاميات المائية إلى مواد هلامية مستحثة بالبرد ومواد هلامية مستحثة بالحرارة [157]. الهلام البارد، والذي يشار إليه باختصار الهلام البارد، هو جزيء كبير يوجد على شكل ملفات عشوائية عند درجة حرارة عالية. أثناء عملية التبريد، بسبب عمل الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات، تتشكل الأجزاء الحلزونية تدريجيًا، وبالتالي تكتمل العملية من المحلول. الانتقال إلى الهلام [158]؛ الهلام المستحث بالحرارة، والمشار إليه بالهلام الحراري، هو جزيء كبير في حالة المحلول عند درجة حرارة منخفضة. أثناء عملية التسخين، يتم تشكيل بنية شبكة ثلاثية الأبعاد من خلال التفاعل الكاره للماء، وما إلى ذلك، وبالتالي استكمال انتقال الجيل [159]، 160].

يمكن أيضًا تقسيم الهلاميات المائية إلى هيدروجيلات مبلمرة متجانسة، وهلاميات مائية مبلمرة مشتركة، وهلامات مائية شبكية متداخلة بناءً على خصائص الشبكة المختلفة، وهلامات مائية مجهرية، وهلامات مائية عيانية بناءً على أحجام هلامية مختلفة، وخصائص قابلة للتحلل. وتنقسم بشكل مختلف إلى الهلاميات المائية القابلة للتحلل والهلاميات المائية غير القابلة للتحلل.

1.2.1.2 تطبيق هيدروجيل البوليمر الطبيعي

تتميز هيدروجيلات البوليمر الطبيعية بخصائص التوافق الحيوي الجيد، والمرونة العالية، والمصادر الوفيرة، والحساسية للبيئة، واحتباس الماء العالي والسمية المنخفضة، وتستخدم على نطاق واسع في الطب الحيوي، وتجهيز الأغذية، وحماية البيئة، والزراعة وإنتاج الغابات، وقد تم استخدامها على نطاق واسع. يستعمل في الصناعة وغيرها [142، 161-165].

تطبيق هيدروجيل البوليمر الطبيعي في المجالات الطبية الحيوية ذات الصلة. تتمتع هيدروجيلات البوليمر الطبيعية بتوافق حيوي جيد، وقابلية للتحلل البيولوجي، وليس لها أي آثار جانبية سامة، لذلك يمكن استخدامها كضمادات للجروح والاتصال المباشر بالأنسجة البشرية، والتي يمكن أن تقلل بشكل فعال من غزو الكائنات الحية الدقيقة في المختبر، وتمنع فقدان سوائل الجسم، وتسمح بالأكسجين. للمرور. يعزز التئام الجروح. يمكن استخدامها لتحضير العدسات اللاصقة، مع مزايا الارتداء المريح، ونفاذية الأكسجين الجيدة، والعلاج المساعد لأمراض العيون [166، 167]. تشبه البوليمرات الطبيعية بنية الأنسجة الحية ويمكن أن تشارك في عملية التمثيل الغذائي الطبيعي لجسم الإنسان، لذلك يمكن استخدام هذه الهلاميات المائية كمواد سقالة لهندسة الأنسجة، وإصلاح الغضروف لهندسة الأنسجة، وما إلى ذلك. ويمكن تصنيف سقالات هندسة الأنسجة إلى ما قبل السقالات على شكل ومصبوب بالحقن. تستخدم الدعامات المصبوبة مسبقًا الماء، حيث تمكن البنية الشبكية الخاصة ثلاثية الأبعاد للجيل من لعب دور داعم معين في الأنسجة البيولوجية مع توفير مساحة نمو محددة وكافية للخلايا، ويمكن أيضًا أن تحفز نمو الخلايا وتمايزها وتدهورها و امتصاصه من قبل جسم الإنسان [168]. تستخدم الدعامات المقولبة بالحقن سلوك المرحلة الانتقالية للهلاميات المائية لتكوين المواد الهلامية بسرعة بعد حقنها في حالة محلول متدفق، مما قد يقلل من آلام المرضى [169]. بعض هيدروجيلات البوليمر الطبيعية حساسة للبيئة، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع كمواد إطلاق خاضعة للرقابة الدوائية، بحيث يمكن إطلاق الأدوية المغلفة فيها إلى الأجزاء المطلوبة من جسم الإنسان بطريقة زمنية وكمية، مما يقلل من المواد السامة والجانبية. آثار الأدوية على جسم الإنسان [170].

تطبيق الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية في المجالات المتعلقة بالغذاء. تشكل الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية جزءًا مهمًا من وجبات الأشخاص الثلاثة يوميًا، مثل بعض الحلويات والحلويات وبدائل اللحوم واللبن والآيس كريم. وغالبًا ما يستخدم كمضاف غذائي في السلع الغذائية، مما يمكن أن يحسن خصائصه الفيزيائية ويمنحه مذاقًا سلسًا. على سبيل المثال، يتم استخدامه كمكثف في الحساء والصلصات، وكمستحلب في العصير، وكعامل معلق. في مشروبات الحليب، كعامل تبلور في البودينغ والأسبكس، كعامل توضيح ومثبت للرغوة في البيرة، كمثبط للتآزر في الجبن، كمواد رابطة في النقانق، كما تستخدم مثبطات تراجع النشا في الخبز والزبدة [171-174 ]. من دليل المضافات الغذائية، يمكن ملاحظة أن عددًا كبيرًا من الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية تمت الموافقة عليها كمضافات غذائية لتجهيز الأغذية [175]. تُستخدم الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية كمقويات غذائية في تطوير المنتجات الصحية والأغذية الوظيفية، مثل الألياف الغذائية، المستخدمة في منتجات إنقاص الوزن والمنتجات المضادة للإمساك [176، 177]؛ باعتبارها البريبايوتك، يتم استخدامها في منتجات الرعاية الصحية للقولون ومنتجات الوقاية من سرطان القولون [178]؛ يمكن تحويل هيدروجيل البوليمر الطبيعي إلى طبقات أو أغشية صالحة للأكل أو قابلة للتحلل، والتي يمكن استخدامها في مجال مواد تغليف المواد الغذائية، مثل حفظ الفواكه والخضروات، من خلال تغليفها على الفواكه والخضروات على السطح، ويمكن أن تطيل العمر الافتراضي. الفواكه والخضروات والحفاظ على الفواكه والخضروات طازجة وطرية؛ ويمكن استخدامه أيضًا كمواد تغليف للأطعمة الجاهزة مثل النقانق والتوابل لتسهيل التنظيف [179، 180].

تطبيقات الهلاميات المائية البوليمرية الطبيعية في مجالات أخرى. فيما يتعلق بالضروريات اليومية، يمكن إضافته إلى مستحضرات العناية بالبشرة أو مستحضرات التجميل الكريمية، والتي لا يمكنها فقط منع المنتج من الجفاف أثناء التخزين، ولكن أيضًا ترطيب البشرة وترطيبها بشكل دائم؛ يمكن استخدامه للتصفيف والترطيب وإطلاق العطور ببطء في مكياج التجميل؛ ويمكن استخدامه في الضروريات اليومية مثل المناشف الورقية والحفاضات [181]. وفي الزراعة يمكن استخدامه لمقاومة الجفاف وحماية الشتلات وتقليل كثافة اليد العاملة؛ كعامل طلاء لبذور النباتات، فإنه يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل إنبات البذور؛ عند استخدامه في زراعة الشتلات، فإنه يمكن أن يزيد من معدل البقاء على قيد الحياة للشتلات؛ المبيدات وتحسين استخدامها وتقليل التلوث [182، 183]. ومن الناحية البيئية، يتم استخدامه كمادة ندفة وممتصة لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي غالبًا على أيونات المعادن الثقيلة والمركبات العطرية والأصباغ لحماية الموارد المائية وتحسين البيئة [184]. وفي الصناعة، يتم استخدامه كعامل تجفيف، ومواد تشحيم للحفر، ومواد تغليف الكابلات، ومواد مانعة للتسرب، وعامل تخزين بارد، وما إلى ذلك [185].

1.2.2 هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز الحراري

السليلوز هو مركب طبيعي جزيئي كبير تمت دراسته في وقت مبكر، وله العلاقة الأقرب مع البشر، وهو الأكثر وفرة في الطبيعة. وهو موجود على نطاق واسع في النباتات العليا والطحالب والكائنات الحية الدقيقة [186، 187]. لقد اجتذب السليلوز اهتمامًا واسع النطاق تدريجيًا بسبب مصدره الواسع، وسعره المنخفض، ومتجدده، وقابل للتحلل الحيوي، وآمن، وغير سام، وتوافقه الحيوي الجيد [188].

1.2.2.1 السليلوز ومشتقاته الأثيرية

السليلوز عبارة عن بوليمر خطي طويل السلسلة يتكون من توصيل الوحدات الهيكلية D-أنهيدروجلوكوز من خلال روابط جليكوسيدية β-1,4 [189-191]. غير قابلة للذوبان. باستثناء مجموعة نهائية واحدة عند كل طرف من طرفي السلسلة الجزيئية، هناك ثلاث مجموعات هيدروكسيل قطبية في كل وحدة جلوكوز، والتي يمكن أن تشكل عددًا كبيرًا من الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئات وبين الجزيئات في ظل ظروف معينة؛ والسليلوز هو هيكل متعدد الحلقات، والسلسلة الجزيئية شبه صلبة. سلسلة، بلورة عالية، ومنتظمة للغاية في البنية، لذلك فهي تتميز بخصائص درجة عالية من البلمرة، والتوجه الجزيئي الجيد، والاستقرار الكيميائي [83، 187]. نظرًا لأن سلسلة السليلوز تحتوي على عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل، فيمكن تعديلها كيميائيًا بطرق مختلفة مثل الأسترة والأكسدة والإيثر للحصول على مشتقات السليلوز ذات خصائص تطبيق ممتازة [192، 193].

تعتبر مشتقات السليلوز واحدة من أقدم المنتجات التي تم بحثها وإنتاجها في مجال كيمياء البوليمرات. وهي عبارة عن مواد كيميائية بوليمرية دقيقة ذات نطاق واسع من الاستخدامات، وهي معدلة كيميائيًا من البوليمر السليلوز الطبيعي. من بينها، يتم استخدام إثيرات السليلوز على نطاق واسع. إنها واحدة من أهم المواد الخام الكيميائية في التطبيقات الصناعية [194].

هناك العديد من أنواع إثيرات السليلوز، وجميعها بشكل عام لها خصائصها الفريدة والممتازة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الغذاء والدواء [195]. MC هو أبسط نوع من إيثر السليلوز مع مجموعة الميثيل. مع زيادة درجة الإحلال، يمكن إذابته في محلول قلوي مخفف، ماء، كحول ومذيب هيدروكربون عطري بدوره، مما يُظهر خصائص جل حرارية فريدة. [196]. CMC هو إيثر السليلوز الأنيوني الذي يتم الحصول عليه من السليلوز الطبيعي عن طريق القلونة والتحمض.

وهو إيثر السليلوز الأكثر استخدامًا واستخدامًا، وهو قابل للذوبان في الماء [197]. HPC، وهو إيثر هيدروكسي ألكيل السليلوز الذي يتم الحصول عليه عن طريق قلونة السليلوز وإثيره، له لدونة حرارية جيدة ويظهر أيضًا خصائص هلام حراري، وتتأثر درجة حرارة الجل بشكل كبير بدرجة استبدال الهيدروكسي بروبيل [198]. HPMC، وهو إيثر مختلط مهم، له أيضًا خصائص هلامية حرارية، وترتبط خصائصه الهلامية بالبديلين ونسبهما [199].

1.2.2.2 هيكل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، التركيب الجزيئي المبين في الشكل 1-3، هو أثير السليلوز المختلط غير الأيوني القابل للذوبان في الماء. ويتم إجراء تفاعل الأثير لكلوريد الميثيل وأكسيد البروبيلين للحصول على [200,201]، وتظهر معادلة التفاعل الكيميائي في الشكل 1-4.

توجد مجموعات هيدروكسي بروبوكسي (-[OCH2CH(CH3)] n OH)، وميثوكسي (-OCH3) ومجموعات هيدروكسيل غير متفاعلة على الوحدة الهيكلية لـ HPMC في نفس الوقت، وأدائها هو انعكاس للعمل المشترك للمجموعات المختلفة. [202]. يتم تحديد النسبة بين البديلين من خلال نسبة الكتلة لعاملي الأثير، وتركيز وكتلة هيدروكسيد الصوديوم، ونسبة الكتلة لعوامل الأثير لكل وحدة كتلة من السليلوز [203]. هيدروكسي بروبوكسي هو مجموعة نشطة، والتي يمكن أن تكون أكثر ألكلة وهيدروكسي ألكلة. هذه المجموعة عبارة عن مجموعة محبة للماء ذات سلسلة طويلة متفرعة، والتي تلعب دورًا معينًا في التلدين داخل السلسلة. الميثوكسي عبارة عن مجموعة تغطية نهائية، مما يؤدي إلى تعطيل موقع التفاعل هذا بعد التفاعل؛ هذه المجموعة عبارة عن مجموعة كارهة للماء ولها بنية قصيرة نسبيًا [204، 205]. يمكن الاستمرار في استبدال مجموعات الهيدروكسيل غير المتفاعلة والمقدمة حديثًا، مما يؤدي إلى بنية كيميائية نهائية معقدة إلى حد ما، وتختلف خصائص HPMC ضمن نطاق معين. بالنسبة لـ HPMC، يمكن لكمية صغيرة من الاستبدال أن تجعل خواصها الفيزيائية والكيميائية مختلفة تمامًا [206]، على سبيل المثال، الخواص الفيزيائية والكيميائية للميثوكسي العالي وهيدروكسي بروبيل HPMC المنخفض قريبة من MC؛ أداء HPMC قريب من أداء HPC.

1.2.2.3 خصائص هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

(1) قابلية التحلل الحراري لـ HPMC

تتميز سلسلة HPMC بخصائص فريدة من نوعها للترطيب والجفاف بسبب إدخال مجموعات الميثيل الكارهة للماء ومجموعات الهيدروكسي بروبيل المحبة للماء. ويخضع تدريجيًا لعملية تحويل هلامي عند تسخينه، ويعود إلى حالة المحلول بعد التبريد. أي أنه يحتوي على خصائص هلامية مستحثة حراريًا، وظاهرة التبلور هي عملية قابلة للعكس ولكنها ليست متطابقة.

فيما يتعلق بآلية تكوين HPMC، فمن المقبول على نطاق واسع أنه في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من درجة حرارة الجيل)، ترتبط HPMC في المحلول وجزيئات الماء القطبي معًا بروابط هيدروجينية لتكوين ما يسمى بالبنية فوق الجزيئية التي تشبه "قفص العصافير". هناك بعض التشابكات البسيطة بين السلاسل الجزيئية لـ HPMC المائي، بخلاف ذلك، هناك القليل من التفاعلات الأخرى. عندما ترتفع درجة الحرارة، يمتص HPMC أولاً الطاقة لكسر روابط الهيدروجين بين الجزيئات بين جزيئات الماء وجزيئات HPMC، مما يؤدي إلى تدمير البنية الجزيئية الشبيهة بالقفص، وفقدان الماء المرتبط بالسلسلة الجزيئية تدريجيًا، وكشف مجموعات الهيدروكسي بروبيل والميثوكسي. مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة (للوصول إلى درجة حرارة الهلام)، تشكل جزيئات HPMC تدريجيًا بنية شبكة ثلاثية الأبعاد من خلال الارتباط الكاره للماء، وتتشكل المواد الهلامية HPMC في النهاية [160، 207، 208].

إضافة الأملاح غير العضوية لها بعض التأثير على درجة حرارة هلام HPMC، بعضها يقلل من درجة حرارة الهلام بسبب ظاهرة التمليح، والبعض الآخر يزيد من درجة حرارة الهلام بسبب ظاهرة ذوبان الملح [209]. مع إضافة أملاح مثل كلوريد الصوديوم، تحدث ظاهرة التمليح وتنخفض درجة حرارة هلام HPMC [210، 211]. بعد إضافة الأملاح إلى HPMC، تميل جزيئات الماء أكثر إلى الاتحاد مع أيونات الملح، بحيث يتم تدمير الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء وHPMC، ويتم استهلاك طبقة الماء حول جزيئات HPMC، ويمكن إطلاق جزيئات HPMC بسرعة الكارهة للماء. بالاشتراك، تنخفض درجة حرارة تكوين الهلام تدريجيًا. على العكس من ذلك، عند إضافة أملاح مثل NaSCN، تحدث ظاهرة ذوبان الملح وتزداد درجة حرارة هلام HPMC [212]. ترتيب التأثير المتناقص للأنيونات على درجة حرارة الجل هو: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN−، ترتيب الكاتيونات على زيادة درجة حرارة الهلام هي: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

عند إضافة بعض الجزيئات العضوية الصغيرة مثل الكحولات الأحادية الهيدريك التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل، تزيد درجة حرارة الهلام مع زيادة كمية الإضافة، وتظهر قيمة قصوى ثم تنخفض حتى يحدث فصل الطور [214، 215]. ويرجع ذلك أساسًا إلى وزنه الجزيئي الصغير، والذي يشبه وزن جزيئات الماء من حيث الحجم، ويمكنه تحقيق الامتزاج على المستوى الجزيئي بعد التركيب.

(2) ذوبان HPMC

يحتوي HPMC على خصائص غير قابلة للذوبان في الماء الساخن وخصائص قابلة للذوبان في الماء البارد مشابهة لـ MC، ولكن يمكن تقسيمها إلى نوع التشتت البارد ونوع التشتت الساخن وفقًا لقابلية الذوبان في الماء المختلفة [203]. يمكن لـ HPMC المشتت على البارد أن ينتشر بسرعة في الماء في الماء البارد، وتزداد لزوجته بعد فترة من الزمن، ويذوب حقًا في الماء؛ على العكس من ذلك، يُظهر HPMC المشتت حراريًا تكتلًا عند إضافة الماء عند درجة حرارة أقل، ولكن إضافته أكثر صعوبة. في الماء ذو ​​درجة الحرارة العالية، يمكن تشتيت HPMC بسرعة، وتزداد اللزوجة بعد انخفاض درجة الحرارة، ليصبح محلول مائي HPMC حقيقي. ترتبط قابلية ذوبان HPMC في الماء بمحتوى مجموعات الميثوكسي، وهي غير قابلة للذوبان في الماء الساخن فوق 85 درجة مئوية، و65 درجة مئوية، و60 درجة مئوية من الأعلى إلى الأدنى. بشكل عام، HPMC غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الأسيتون والكلوروفورم، ولكنه قابل للذوبان في محلول مائي من الإيثانول والمحاليل العضوية المختلطة.

(3) تحمل الملح لـ HPMC

الطبيعة غير الأيونية لـ HPMC تجعلها غير قابلة للتأين في الماء، لذلك لن تتفاعل مع أيونات المعادن لترسب. ومع ذلك، فإن إضافة الملح سوف تؤثر على درجة الحرارة التي يتم تشكيل هلام HPMC. عندما يزيد تركيز الملح، تنخفض درجة حرارة هلام HPMC؛ عندما يكون تركيز الملح أقل من نقطة التلبد، يمكن زيادة لزوجة محلول HPMC، لذلك عند التطبيق، يمكن تحقيق غرض التسميك عن طريق إضافة كمية مناسبة من الملح [210، 216].

(4) مقاومة الأحماض والقلويات لـ HPMC

بشكل عام، يتمتع HPMC بثبات حمضي-قاعدي قوي ولا يتأثر بدرجة الحموضة عند درجة الحموضة 2-12. يُظهر HPMC مقاومة لدرجة معينة من الحمض المخفف، ولكنه يظهر ميلًا إلى انخفاض اللزوجة بالنسبة للحمض المركز؛ القلويات لها تأثير ضئيل عليها، ولكن يمكن أن تزيد قليلا ثم تقلل ببطء لزوجة المحلول [217، 218].

(5) عامل تأثير لزوجة HPMC

HPMC عبارة عن لدن كاذب، ومحلوله مستقر في درجة حرارة الغرفة، وتتأثر لزوجته بالوزن الجزيئي والتركيز ودرجة الحرارة. في نفس التركيز، كلما ارتفع الوزن الجزيئي HPMC، كلما ارتفعت اللزوجة؛ لنفس المنتج الوزن الجزيئي، وارتفاع تركيز HPMC، وارتفاع اللزوجة؛ تتناقص لزوجة منتج HPMC مع زيادة درجة الحرارة، وتصل إلى درجة حرارة تكوين الهلام، مع زيادة مفاجئة في اللزوجة بسبب التبلور [9، 219، 220].

(6) خصائص أخرى لـ HPMC

يتمتع HPMC بمقاومة قوية للإنزيمات، وتزداد مقاومته للإنزيمات مع درجة الإحلال. لذلك، يتمتع المنتج بجودة أكثر استقرارًا أثناء التخزين من منتجات السكر الأخرى [189، ​​212]. HPMC لديه خصائص استحلاب معينة. يمكن امتصاص مجموعات الميثوكسي الكارهة للماء على سطح الطور الزيتي في المستحلب لتكوين طبقة امتصاص سميكة، والتي يمكن أن تعمل كطبقة واقية؛ يمكن دمج مجموعات الهيدروكسيل القابلة للذوبان في الماء مع الماء لتحسين الطور المستمر. تمنع اللزوجة اندماج الطور المشتت، وتقلل من التوتر السطحي، وتثبت المستحلب [221]. يمكن خلط HPMC مع البوليمرات القابلة للذوبان في الماء مثل الجيلاتين، ميثيل السليلوز، صمغ الجراد، الكاراجينان والصمغ العربي لتشكيل محلول موحد وشفاف، ويمكن أيضًا خلطه مع الملدنات مثل الجلسرين والبولي إيثيلين جلايكول. [200، 201، 214].

1.2.2.4 المشاكل الموجودة في تطبيق الهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

أولاً، يحد السعر المرتفع من تطبيق HPMC على نطاق واسع. على الرغم من أن فيلم HPMC يتمتع بشفافية جيدة وخصائص حاجز الشحوم والخصائص الميكانيكية. ومع ذلك، فإن سعره المرتفع (حوالي 100.000/طن) يحد من استخدامه على نطاق واسع، حتى في التطبيقات الصيدلانية ذات القيمة الأعلى مثل الكبسولات. السبب وراء ارتفاع تكلفة HPMC هو أولاً أن مادة السليلوز الخام المستخدمة في تحضير HPMC باهظة الثمن نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، يتم تطعيم مجموعتين بديلتين، مجموعة هيدروكسي بروبيل ومجموعة ميثوكسي، على HPMC في نفس الوقت، مما يجعل عملية تحضيرها صعبة للغاية. معقدة، لذا فإن منتجات HPMC أكثر تكلفة.

ثانيًا، اللزوجة المنخفضة وخصائص القوة الهلامية المنخفضة لـ HPMC في درجات الحرارة المنخفضة تقلل من قابلية المعالجة في التطبيقات المختلفة. HPMC عبارة عن جل حراري، يوجد في حالة محلول ذو لزوجة منخفضة جدًا عند درجة حرارة منخفضة، ويمكن أن يشكل هلامًا صلبًا لزجًا عند درجة حرارة عالية، لذا يجب إجراء عمليات المعالجة مثل الطلاء والرش والغمس عند درجة حرارة عالية . خلاف ذلك، سوف يتدفق المحلول بسهولة إلى الأسفل، مما يؤدي إلى تكوين مادة فيلم غير موحدة، مما سيؤثر على جودة المنتج وأدائه. مثل هذا التشغيل ذو درجة الحرارة العالية يزيد من معامل صعوبة التشغيل، مما يؤدي إلى ارتفاع استهلاك طاقة الإنتاج وارتفاع تكلفة الإنتاج.

1.2.3 جل هيدروكسي بروبيل النشا البارد

النشا هو مركب بوليمر طبيعي يتم تصنيعه عن طريق عملية التمثيل الضوئي للنباتات في البيئة الطبيعية. عادة ما يتم تخزين السكريات المكونة لها في بذور ودرنات النباتات على شكل حبيبات مع البروتينات والألياف والزيوت والسكريات والمعادن. أو في الجذر [٢٢٢]. النشا ليس فقط المصدر الرئيسي لاستهلاك الطاقة للناس، ولكنه أيضًا مادة خام صناعية مهمة. وبسبب مصدره الواسع، وانخفاض سعره، وخضرته، وطبيعيته، ومتجدده، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في الغذاء والدواء، والتخمير، وصناعة الورق، والنسيج، والصناعات البترولية [223].

1.2.3.1 النشا ومشتقاته

النشا عبارة عن بوليمر طبيعي عالي الجودة ووحدته الهيكلية هي وحدة α-D-anhydroglucose. ترتبط الوحدات المختلفة بروابط جليكوسيدية، وصيغتها الجزيئية هي (C6H10O5)n. يرتبط جزء من السلسلة الجزيئية في حبيبات النشا بروابط جليكوسيدية α-1,4، وهي أميلوز خطي؛ يتم ربط جزء آخر من السلسلة الجزيئية بواسطة روابط جليكوسيدية α-1,6 على هذا الأساس، وهو الأميلوبكتين المتفرع [224]. في حبيبات النشا توجد مناطق بلورية يتم فيها ترتيب الجزيئات بشكل منظم ومناطق غير متبلورة يتم فيها ترتيب الجزيئات بشكل غير منتظم. تكوين جزء. لا توجد حدود واضحة بين المنطقة البلورية والمنطقة غير المتبلورة، ويمكن لجزيئات الأميلوبكتين أن تمر عبر مناطق بلورية متعددة ومناطق غير متبلورة. بناءً على الطبيعة الطبيعية لتخليق النشا، يختلف هيكل السكاريد في النشا باختلاف الأنواع النباتية ومواقع المصدر [225].

على الرغم من أن النشا أصبح أحد المواد الخام المهمة للإنتاج الصناعي بسبب مصدره الواسع وخصائصه المتجددة، إلا أن النشا الأصلي عمومًا له عيوب مثل ضعف قابلية الذوبان في الماء وخصائص تشكيل الفيلم، وانخفاض قدرات الاستحلاب والتبلور، وعدم كفاية الاستقرار. لتوسيع نطاق تطبيقه، عادة ما يتم تعديل النشا فيزيائيًا وكيميائيًا لتكييفه مع متطلبات التطبيق المختلفة [38، 114]. توجد ثلاث مجموعات هيدروكسيل حرة في كل وحدة هيكلية للجلوكوز في جزيئات النشا. تكون مجموعات الهيدروكسيل هذه نشطة للغاية وتمنح النشا خصائص مشابهة للبوليولات، مما يوفر إمكانية تفاعل تمسخ النشا.

بعد التعديل، تم تحسين بعض خصائص النشا الأصلي إلى حد كبير، والتغلب على عيوب استخدام النشا الأصلي، لذلك يلعب النشا المعدل دورًا محوريًا في الصناعة الحالية [226]. يعد النشا المؤكسد أحد أكثر النشويات المعدلة استخدامًا على نطاق واسع مع تكنولوجيا ناضجة نسبيًا. بالمقارنة مع النشا الأصلي، النشا المؤكسد أسهل في الجيلاتين. مزايا الالتصاق العالي. النشا الأستر هو أحد مشتقات النشا الذي يتكون من أسترة مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات النشا. يمكن لدرجة منخفضة جدًا من الاستبدال أن تغير بشكل كبير خصائص النشا الأصلي. من الواضح أن خصائص الشفافية وتشكيل الفيلم لمعجون النشا قد تم تحسينها. النشا الأثيري هو تفاعل الأثير لمجموعات الهيدروكسيل في جزيئات النشا لتوليد أثير متعدد النشا، ويتم إضعاف تراجعه. في ظل الظروف القلوية القوية التي لا يمكن فيها استخدام النشا المؤكسد والنشا الأستر، يمكن أيضًا أن تظل رابطة الأثير مستقرة نسبيًا. عرضة للتحلل المائي. النشا المعدل بالحمض، تتم معالجة النشا بالحمض لزيادة محتوى الأميلوز، مما يؤدي إلى تعزيز التراجع ومعجون النشا. وهو شفاف نسبيًا ويشكل هلامًا صلبًا عند التبريد [114].

1.2.3.2 هيكل نشا الهيدروكسي بروبيل

نشا الهيدروكسي بروبيل (HPS)، الذي يظهر تركيبه الجزيئي في الأشكال 1-4، هو إيثر نشا غير أيوني، يتم تحضيره بواسطة تفاعل الأثير لأكسيد البروبيلين مع النشا تحت الظروف القلوية [223، 227، 228]، ومكوناته وتظهر معادلة التفاعل الكيميائي في الشكل 1-6.

أثناء تخليق HPS، بالإضافة إلى التفاعل مع النشا لتوليد نشا الهيدروكسي بروبيل، يمكن أن يتفاعل أكسيد البروبيلين أيضًا مع نشا الهيدروكسي بروبيل المتولد لتوليد سلاسل جانبية بولي أوكسي بروبيل. درجة الاستبدال. تشير درجة الاستبدال (DS) إلى متوسط ​​عدد مجموعات الهيدروكسيل المستبدلة لكل مجموعة جلوكوزيل. تحتوي معظم مجموعات الجلوكوزيل من النشا على 3 مجموعات هيدروكسيل يمكن استبدالها، وبالتالي فإن الحد الأقصى DS هو 3. تشير درجة الاستبدال المولية (MS) إلى متوسط ​​كتلة البدائل لكل مول من مجموعة الجلوكوزيل [223، 229]. تؤثر ظروف عملية تفاعل الهيدروكسي بروبيل، وتشكل حبيبات النشا، ونسبة الأميلوز إلى الأميلوبكتين في النشا الأصلي على حجم مرض التصلب العصبي المتعدد.

1.2.3.3 خصائص نشا الهيدروكسي بروبيل

(1) الجيل البارد من HPS

بالنسبة لمعجون النشا HPS الساخن، وخاصة النظام الذي يحتوي على نسبة عالية من الأميلوز، أثناء عملية التبريد، تتشابك سلاسل الأميلوز الجزيئية في عجينة النشا مع بعضها البعض لتشكل بنية شبكة ثلاثية الأبعاد، وتظهر سلوكًا صلبًا واضحًا. يصبح مطاطيًا، ويشكل هلامًا، ويمكن أن يعود إلى حالة المحلول بعد إعادة التسخين، أي أن له خصائص هلامية باردة، وهذه الظاهرة الهلامية لها خصائص عكسية [228].

يتم لف الأميلوز الجيلاتيني بشكل مستمر لتشكيل بنية حلزونية مفردة محورية. الجزء الخارجي من هذه الهياكل الحلزونية المفردة عبارة عن مجموعة محبة للماء، والداخل عبارة عن تجويف كاره للماء. عند درجة حرارة عالية، يتواجد HPS في محلول مائي على شكل ملفات عشوائية تمتد منها بعض الأجزاء الحلزونية المفردة. عندما تنخفض درجة الحرارة، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين HPS والماء، ويفقد الماء الهيكلي، وتتشكل الروابط الهيدروجينية بين السلاسل الجزيئية بشكل مستمر، وتشكل أخيرًا بنية هلامية شبكية ثلاثية الأبعاد. مرحلة الملء في الشبكة الهلامية للنشا هي حبيبات أو أجزاء النشا المتبقية بعد الجلتنة، ويساهم تشابك بعض الأميلوبكتين أيضًا في تكوين الهلام [230-232].

(2) المحبة للماء من HPS

يؤدي إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل المحبة للماء إلى إضعاف قوة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات النشا، ويعزز حركة جزيئات أو شرائح النشا، ويقلل من درجة حرارة ذوبان البلورات الدقيقة للنشا؛ يتغير هيكل حبيبات النشا، ويصبح سطح حبيبات النشا خشناً، ومع ارتفاع درجة الحرارة تظهر بعض الشقوق أو الثقوب، بحيث يمكن لجزيئات الماء أن تدخل بسهولة إلى داخل حبيبات النشا، مما يجعل النشا أسهل في الانتفاخ والتحول إلى الجيلاتين، وبالتالي تنخفض درجة حرارة جلتنة النشا. مع زيادة درجة الإحلال، تنخفض درجة حرارة جلتنة نشا الهيدروكسي بروبيل، وفي النهاية يمكن أن تنتفخ في الماء البارد. بعد الهيدروكسي بروبيل، تم تحسين قابلية التدفق، والاستقرار في درجات الحرارة المنخفضة، والشفافية، والذوبان، وخصائص تشكيل الفيلم لمعاجين النشا [233-235].

(3) استقرار HPS

HPS هو إيثر نشا غير أيوني ذو ثبات عالي. أثناء التفاعلات الكيميائية مثل التحلل المائي، والأكسدة، والربط المتبادل، لن يتم كسر رابطة الأثير ولن تسقط البدائل. ولذلك، فإن خصائص HPS تكون أقل تأثرًا نسبيًا بالإلكتروليتات ودرجة الحموضة، مما يضمن إمكانية استخدامها في نطاق واسع من درجة الحموضة الحمضية القاعدية [236-238].

1.2.3.4 تطبيق HPS في مجال الغذاء والدواء

HPS غير سام ولا طعم له، مع أداء هضم جيد ولزوجة هيدروليزات منخفضة نسبيًا. ومن المسلم به باعتباره النشا المعدل الصالح للأكل في الداخل والخارج. في وقت مبكر من الخمسينيات، وافقت الولايات المتحدة على استخدام نشا الهيدروكسي بروبيل مباشرة في الغذاء [223، 229، 238]. HPS عبارة عن نشا معدل يستخدم على نطاق واسع في مجال الأغذية، ويستخدم بشكل رئيسي كعامل سماكة وعامل تعليق ومثبت.

يمكن استخدامه في الأطعمة الجاهزة والأطعمة المجمدة مثل المشروبات والآيس كريم والمربيات. ويمكن أن يحل جزئيًا محل العلكة الصالحة للأكل باهظة الثمن مثل الجيلاتين؛ ويمكن تحويله إلى أفلام صالحة للأكل واستخدامه كطلاء وتغليف للأغذية [229، 236].

يُستخدم HPS بشكل شائع في مجال الطب كمواد حشو، ومواد رابطة للمحاصيل الطبية، ومفككات الأقراص، ومواد للكبسولات الصيدلانية الناعمة والصلبة، وطلاءات الأدوية، وعوامل مضادة للتكثيف لخلايا الدم الحمراء الاصطناعية ومكثفات البلازما، إلخ. [239] .

1.3 تركيب البوليمر

تستخدم مواد البوليمر على نطاق واسع في جميع جوانب الحياة وهي مواد لا غنى عنها ومهمة. إن التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا يجعل متطلبات الناس أكثر تنوعًا، ومن الصعب عمومًا على مواد البوليمر أحادية المكون تلبية متطلبات التطبيقات المتنوعة للبشر. يعد الجمع بين اثنين أو أكثر من البوليمرات هو الطريقة الأكثر اقتصادا وفعالية للحصول على مواد البوليمر بسعر منخفض وأداء ممتاز ومعالجة مريحة وتطبيق واسع، الأمر الذي جذب انتباه العديد من الباحثين وحظي باهتمام متزايد [240-242] .

1.3.1 الغرض وطريقة تركيب البوليمر

الغرض الرئيسي من تركيب البوليمر: (ل) تحسين الخصائص الشاملة للمواد. يتم تركيب البوليمرات المختلفة، بحيث يحتفظ المركب النهائي بالخصائص الممتازة لجزيء كبير واحد، ويتعلم من نقاط قوة بعضها البعض ويكمل نقاط ضعفه، ويحسن الخصائص الشاملة لمواد البوليمر. (2) تقليل تكلفة المواد. تتمتع بعض مواد البوليمر بخصائص ممتازة، لكنها باهظة الثمن. ولذلك، يمكن مزجها مع بوليمرات أخرى غير مكلفة لتقليل التكاليف دون التأثير على الاستخدام. (3) تحسين خصائص معالجة المواد. تتمتع بعض المواد بخصائص ممتازة ولكن يصعب معالجتها، ويمكن إضافة بوليمرات أخرى مناسبة لتحسين خصائص معالجتها. (4) لتعزيز خاصية معينة للمادة. ومن أجل تحسين أداء المادة في جانب معين، يتم استخدام بوليمر آخر لتعديلها. (5) تطوير وظائف جديدة للمواد.

طرق تركيب البوليمر الشائعة: (ل) مضاعفة الذوبان. تحت عملية القص لمعدات التركيب، يتم تسخين البوليمرات المختلفة إلى أعلى من درجة حرارة التدفق اللزج للتركيب، ومن ثم يتم تبريدها وتحبيبها بعد التركيب. (2) إعادة تشكيل الحل. يتم تحريك المكونين ومزجهما باستخدام مذيب مشترك، أو يتم تقليب محاليل البوليمر المختلفة المذابة بالتساوي، ومن ثم تتم إزالة المذيب للحصول على مركب بوليمر. (3) تركيب المستحلب. بعد تحريك وخلط مستحلبات بوليمر مختلفة من نفس نوع المستحلب، تتم إضافة مادة تخثر لترسيب البوليمر بشكل مشترك للحصول على مركب بوليمر. (4) البلمرة المشتركة والتركيب. بما في ذلك البلمرة المشتركة للتطعيم، والبلمرة المشتركة للكتلة، والبلمرة المشتركة التفاعلية، فإن عملية التركيب تكون مصحوبة بتفاعل كيميائي. (5) الشبكة المتداخلة [10].

1.3.2 تركيب السكريات الطبيعية

السكريات الطبيعية هي فئة شائعة من مواد البوليمر في الطبيعة، والتي عادة ما يتم تعديلها كيميائيا وتظهر مجموعة متنوعة من الخصائص الممتازة. ومع ذلك، غالبًا ما يكون لمواد عديد السكاريد المفردة قيود معينة على الأداء، لذلك غالبًا ما يتم تركيب عديدات السكاريد المختلفة لتحقيق غرض استكمال مزايا الأداء لكل مكون وتوسيع نطاق التطبيق. في وقت مبكر من الثمانينات، زادت الأبحاث حول تركيب السكريات الطبيعية المختلفة بشكل كبير [243]. تركز الأبحاث حول نظام مركب عديد السكاريد الطبيعي في الداخل والخارج في الغالب على النظام المركب للكردلان وغير الرائب والنظام المركب لنوعين من عديد السكاريد غير الخثاري.

1.3.2.1 تصنيف الهلاميات المائية متعددة السكاريد الطبيعية

يمكن تقسيم السكريات الطبيعية إلى كوردلان وغير كوردلان حسب قدرتها على تكوين المواد الهلامية. يمكن لبعض السكريات أن تشكل مواد هلامية من تلقاء نفسها، لذلك يطلق عليها اسم curdlan، مثل الكاراجينان، وما إلى ذلك؛ البعض الآخر ليس له خصائص التبلور في حد ذاته، ويسمى السكريات غير الرائبة، مثل صمغ الزانثان.

يمكن الحصول على الهلاميات المائية عن طريق إذابة الخثارة الطبيعية في محلول مائي. بناءً على قابلية الانعكاس الحراري للجيل الناتج واعتماد معامله على درجة الحرارة، يمكن تقسيمه إلى الأنواع الأربعة المختلفة التالية [244]:

(1) يمكن لمحلول Cryogel ومحلول السكاريد الحصول على هلام فقط عند درجة حرارة منخفضة، مثل الكاراجينان.

(2) يمكن لمحلول السكاريد والهلام المستحث حراريًا الحصول على هلام فقط عند درجة حرارة عالية، مثل الجلوكومانان.

(3) لا يمكن لمحلول السكاريد الحصول على هلام عند درجة حرارة منخفضة فحسب، بل يمكنه أيضًا الحصول على هلام عند درجة حرارة أعلى، ولكنه يقدم حالة محلول عند درجة حرارة متوسطة.

(4) يمكن للمحلول الحصول على هلام فقط عند درجة حرارة معينة في المنتصف. يحتوي curdlan الطبيعي المختلف على تركيزه الحرج (الحد الأدنى)، والذي يمكن الحصول على الجل فوقه. ويرتبط التركيز الحرج للجيل بالطول المستمر للسلسلة الجزيئية السكاريد؛ وتتأثر قوة الهلام بشكل كبير بالتركيز والوزن الجزيئي للمحلول، وبشكل عام، تزداد قوة الهلام مع زيادة التركيز [245].

1.3.2.2 النظام المركب من الكردلان وغير الكردلان

يؤدي مزج المواد غير الكيردلانية مع الكيردلان بشكل عام إلى تحسين قوة هلام السكريات [246]. يعزز تركيب صمغ الكونجاك والكاراجينان من ثبات ومرونة الهلام في بنية شبكة الهلام المركبة، ويحسن بشكل كبير من قوة الهلام. وي يو وآخرون. الكاراجينان المركب وصمغ الكونجاك، وناقشا بنية الجل بعد التركيب. وجدت الدراسة أنه بعد تركيب الكاراجينان وصمغ الكونجاك، تم إنتاج تأثير تآزري، وتشكل هيكل شبكي يهيمن عليه الكاراجينان، وينتشر صمغ الكونجاك فيه، وتكون شبكته الهلامية أكثر كثافة من شبكة الكاراجينان النقي [247]. كوهياما وآخرون. درس النظام المركب لصمغ الكاراجينان/الكونجاك، وأظهرت النتائج أنه مع الزيادة المستمرة في الوزن الجزيئي لصمغ الكونجاك، استمر ضغط تمزق الجل المركب في الزيادة؛ أظهرت صمغ الكونجاك ذات الأوزان الجزيئية المختلفة تكوين هلام مماثل. درجة الحرارة. في هذا النظام المركب، يتم تكوين شبكة الهلام بواسطة الكاراجينان، ويؤدي التفاعل بين جزيئين الكردلان إلى تكوين مناطق ضعيفة مترابطة [248]. نيشيناري وآخرون. درس نظام مركب صمغ جيلان/صمغ الكونجاك، وأظهرت النتائج أن تأثير الكاتيونات أحادية التكافؤ على هلام المركب كان أكثر وضوحًا. يمكن أن يزيد من معامل النظام ودرجة حرارة تكوين الجل. يمكن للكاتيونات ثنائية التكافؤ أن تعزز تكوين المواد الهلامية المركبة إلى حد ما، ولكن الكميات الزائدة ستتسبب في فصل الطور وتقليل معامل النظام [246]. برينير وآخرون. درست تركيبة الكاراجينان وعلكة الجراد وعلكة الكونجاك، ووجدت أن الكاراجينان وعلكة الجراد وعلكة الكونجاك يمكن أن تنتج تأثيرات تآزرية، والنسبة المثالية هي صمغ الجراد/الكاراجينان 1:5.5، صمغ الكونجاك/الكاراجينان 1:7. وعندما يتم تجميع الثلاثة معًا، يكون التأثير التآزري هو نفس تأثير صمغ الكاراجينان/الكونجاك، مما يشير إلى عدم وجود مركب خاص للثلاثة. التفاعل [249].

1.3.2.2 نظامان مركبان غير كوردلان

يمكن لاثنين من السكريات الطبيعية التي لا تحتوي على خصائص هلامية أن تظهرا خصائص هلامية من خلال التركيب، مما يؤدي إلى منتجات هلامية [250]. إن الجمع بين صمغ الجراد وصمغ الزانثان ينتج عنه تأثير تآزري يحفز تكوين مواد هلامية جديدة [251]. يمكن أيضًا الحصول على منتج هلامي جديد عن طريق إضافة صمغ الزانثان إلى كونجاك جلوكومانان للتركيب [252]. وي يانكسيا وآخرون. درس الخصائص الريولوجية لمعقد صمغ الجراد وصمغ الزانثان. أظهرت النتائج أن مركب صمغ الجراد وصمغ الزانثان ينتج تأثيرًا تآزريًا. عندما تكون نسبة حجم المركب 4:6، يكون التأثير التآزري أقوى [253]. فيتزسيمونز وآخرون. مركب كونجاك جلوكومانان مع صمغ الزانثان في درجة حرارة الغرفة وتحت التسخين. أظهرت النتائج أن جميع المركبات أظهرت خصائص هلامية، مما يعكس التأثير التآزري بين الاثنين. لم تؤثر درجة الحرارة المركبة والحالة الهيكلية لصمغ الزانثان على التفاعل بين الاثنين [254]. درس قوه شوجون وآخرون المزيج الأصلي من براز الخنازير وصمغ الزانثان، وأظهرت النتائج أن براز الخنازير وصمغ الزانثان لهما تأثير تآزري قوي. نسبة التركيب المثالية لصمغ براز الخنازير ومركب صمغ الزانثان اللاصق هي 6/4 (وزن/وزن). وهو أكبر بـ 102 مرة من المحلول الواحد لصمغ فول الصويا، ويتكون الهلام عندما يصل تركيز الصمغ المركب إلى 0.4%. تتميز المادة اللاصقة المركبة بلزوجة عالية، وثبات جيد وخصائص انسيابية، وهي مادة ممتازة للصمغ الغذائي [255].

1.3.3 توافق مركبات البوليمر

التوافق، من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، يشير إلى تحقيق التوافق على المستوى الجزيئي، المعروف أيضًا باسم الذوبان المتبادل. وفقًا لنظرية نموذج Flory-Huggins، فإن تغير الطاقة الحرة لنظام مركب البوليمر أثناء عملية التركيب يتوافق مع صيغة Gibbs للطاقة الحرة:

△���=△���—T△س (1-1)

من بينها، △���هي الطاقة الحرة المعقدة، △���هي الحرارة المعقدة، هي الإنتروبيا المعقدة؛ هي درجة الحرارة المطلقة. النظام المعقد هو نظام متوافق فقط عندما تتغير الطاقة الحرة △���خلال العملية المعقدة [256].

ينشأ مفهوم الامتزاج من حقيقة أن عددًا قليلًا جدًا من الأنظمة يمكنها تحقيق التوافق الديناميكي الحراري. تشير القابلية للامتزاج إلى قدرة المكونات المختلفة على تكوين مجمعات متجانسة، والمعيار الشائع الاستخدام هو أن المجمعات تظهر نقطة تحول زجاجية واحدة.

يختلف التوافق المعمم عن التوافق الديناميكي الحراري، ويشير إلى قدرة كل مكون في النظام المركب على استيعاب بعضها البعض، وهو ما يقترح من وجهة نظر عملية [257].

بناءً على التوافق العام، يمكن تقسيم أنظمة مركبات البوليمر إلى أنظمة متوافقة تمامًا، ومتوافقة جزئيًا، وغير متوافقة تمامًا. ويعني النظام المتوافق تمامًا أن المركب قابل للامتزاج ديناميكيًا على المستوى الجزيئي؛ ويعني النظام المتوافق جزئيًا أن المركب متوافق ضمن نطاق معين من درجات الحرارة أو التركيب؛ النظام غير المتوافق تمامًا يعني أن المركب عبارة عن امتزاج على المستوى الجزيئي ولا يمكن تحقيقه عند أي درجة حرارة أو تركيبة.

بسبب بعض الاختلافات الهيكلية والانتروبيا التوافقية بين البوليمرات المختلفة، فإن معظم أنظمة البوليمر المعقدة متوافقة جزئيًا أو غير متوافقة [11، 12]. اعتمادًا على فصل الطور للنظام المركب ومستوى الخلط، فإن توافق النظام المتوافق جزئيًا سيختلف أيضًا بشكل كبير [11]. ترتبط الخصائص العيانية لمركبات البوليمر ارتباطًا وثيقًا بتشكلها المجهري الداخلي والخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل مكون. 240]، لذلك من الأهمية بمكان دراسة الشكل المجهري وتوافق النظام المركب.

طرق البحث والتوصيف لتوافق المركبات الثنائية:

(1) درجة حرارة التحول الزجاجي T���طريقة المقارنة. مقارنة T���من المركب مع T���من مكوناته، ولو واحد T���ويظهر في المركب أن النظام المركب هو نظام متوافق؛ إذا كان هناك اثنان T���، واثنين T���مواضع المركب تكون في المجموعتين منتصف النقطتين T���يشير إلى أن النظام المركب هو نظام متوافق جزئيا؛ إذا كان هناك اثنان T���، ويقعان في مواضع المكونين T���فإنه يدل على أن النظام المركب هو نظام غير متوافق.

T���أدوات الاختبار المستخدمة غالبًا في طريقة المقارنة هي المحلل الميكانيكي الحراري الديناميكي (DMA) ومسعر المسح التفاضلي (DSC). يمكن لهذه الطريقة الحكم بسرعة على مدى توافق النظام المركب، ولكن إذا كان T���من المكونين متشابهان، T واحد���ستظهر أيضًا بعد التركيب، لذا فإن هذه الطريقة بها عيوب معينة [10].

(2) طريقة المراقبة المورفولوجية. أولاً، مراقبة الشكل العياني للمجمع. إذا كان للمركب فصل طور واضح، فيمكن الحكم مبدئيًا على أن النظام المركب هو نظام غير متوافق. ثانياً، يتم ملاحظة الشكل المجهري وبنية الطور للمركب بواسطة المجهر. سيشكل المكونان المتوافقان تمامًا حالة متجانسة. ولذلك، يمكن للمركب ذو التوافق الجيد أن يلاحظ توزيع الطور الموحد وحجم جسيمات الطور المشتت الصغير. وواجهة ضبابية.

أدوات الاختبار المستخدمة غالبًا في طريقة مراقبة التضاريس هي المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). يمكن استخدام طريقة مراقبة التضاريس كطريقة مساعدة بالاشتراك مع طرق التوصيف الأخرى.

(3) طريقة الشفافية. في النظام المركب المتوافق جزئيًا، يمكن أن يكون المكونان متوافقين ضمن نطاق معين لدرجة الحرارة والتركيب، وسوف يحدث فصل الطور خارج هذا النطاق. في عملية تحول النظام المركب من نظام متجانس إلى نظام ثنائي الطور، ستتغير نفاذية الضوء الخاصة به، لذا يمكن دراسة توافقه من خلال دراسة شفافية المركب.

لا يمكن استخدام هذه الطريقة إلا كطريقة مساعدة، لأنه عندما تكون معاملات الانكسار للبوليمرين متماثلة، يكون المركب الذي يتم الحصول عليه عن طريق تركيب البوليمرين غير المتوافقين شفافًا أيضًا.

(4) الطريقة الريولوجية. في هذه الطريقة، يتم استخدام التغيير المفاجئ لمعلمات اللزوجة المرنة للمركب كعلامة على فصل الطور، على سبيل المثال، يتم استخدام التغير المفاجئ في منحنى اللزوجة ودرجة الحرارة للإشارة إلى فصل الطور، والتغير المفاجئ في الطور الظاهر يتم استخدام منحنى إجهاد القص ودرجة الحرارة كعلامة على فصل الطور. يتمتع نظام التركيب بدون فصل الطور بعد التركيب بتوافق جيد، وتلك التي تحتوي على فصل الطور تكون غير متوافقة أو متوافقة جزئيًا [258].

(5) طريقة منحنى هان. منحنى هان هو إل جي���'(���) lg G"، إذا كان منحنى هان للنظام المركب لا يعتمد على درجة الحرارة، ويشكل منحنى هان عند درجات حرارة مختلفة منحنى رئيسي، فإن النظام المركب متوافق؛ إذا كان النظام المركب متوافقا فإن منحنى هان يعتمد على درجة الحرارة. إذا انفصل منحنى هان عن بعضها البعض عند درجات حرارة مختلفة ولم يتمكن من تشكيل منحنى رئيسي، فإن النظام المركب يكون غير متوافق أو متوافق جزئيًا. ولذلك، يمكن الحكم على مدى توافق النظام المركب من خلال فصل منحنى هان.

(6) طريقة لزوجة الحل. تستخدم هذه الطريقة تغيير لزوجة المحلول لتحديد مدى توافق النظام المركب. تحت تركيزات مختلفة من المحلول، يتم رسم لزوجة المركب مقابل التركيبة. وإذا كانت علاقة خطية، فهذا يعني أن النظام المركب متوافق تماما؛ وإذا كانت علاقة غير خطية، فهذا يعني أن النظام المركب متوافق جزئيا؛ فإذا كان منحنى على شكل حرف S، فهذا يدل على أن النظام المركب غير متوافق تمامًا [10].

(7) التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء. بعد أن يتم تركيب البوليمرين، إذا كان التوافق جيدًا، فستكون هناك تفاعلات مثل الروابط الهيدروجينية، وسوف تتغير مواضع النطاق للمجموعات المميزة على طيف الأشعة تحت الحمراء لكل مجموعة على سلسلة البوليمر. يمكن لإزاحة نطاقات المجموعة المميزة للمجمع وكل مكون الحكم على مدى توافق النظام المعقد.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا دراسة توافق المجمعات عن طريق محللات قياس الوزن الحراري، حيود الأشعة السينية، تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة، تشتت الضوء، تشتت الإلكترون النيوتروني، الرنين المغناطيسي النووي وتقنيات الموجات فوق الصوتية [10].

1.3.4 التقدم البحثي لمركب هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز/هيدروكسي بروبيل نشا

1.3.4.1 تركيب هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز ومواد أخرى

تُستخدم مركبات HPMC والمواد الأخرى بشكل رئيسي في أنظمة الإطلاق الخاضعة للرقابة الدوائية ومواد تعبئة الأفلام الصالحة للأكل أو القابلة للتحلل. في تطبيق الإطلاق الخاضع للرقابة الدوائية، تشتمل البوليمرات المركبة غالبًا مع HPMC على بوليمرات اصطناعية مثل كحول البولي فينيل (PVA)، وبوليمر حمض اللاكتيك وحمض الجليكوليك المشترك (PLGA) والبولي كابرولاكتون (PCL)، بالإضافة إلى البروتينات، والبوليمرات الطبيعية مثل السكريات. عبد الظاهر وآخرون. درس التركيب الهيكلي والثبات الحراري وعلاقتهما بأداء مركبات HPMC/PVA، وأظهرت النتائج أن هناك بعض الامتزاج في وجود البوليمرين [259]. ذبيحي وآخرون. استخدم مجمع HPMC/PLGA لتحضير كبسولات دقيقة للإفراج المتحكم والمستدام للأنسولين، والذي يمكن أن يحقق إطلاقًا مستدامًا في المعدة والأمعاء [260]. جافيد وآخرون. HPMC المحبة للماء المركبة وPCL الكارهة للماء واستخدمت مجمعات HPMC/PCL كمواد كبسولة دقيقة للتحكم في الأدوية وإطلاقها بشكل مستدام، والتي يمكن إطلاقها في أجزاء مختلفة من جسم الإنسان عن طريق ضبط نسبة التركيب [261]. دينغ وآخرون. درس الخصائص الريولوجية مثل اللزوجة، واللزوجة المرنة الديناميكية، واستعادة الزحف، وتغير الانسيابية لمجمعات HPMC/الكولاجين المستخدمة في مجال إطلاق الأدوية الخاضعة للرقابة، وتوفير التوجيه النظري للتطبيقات الصناعية [262]. أرتاناري، كاي وراي وآخرون. [263-265] تم تطبيق مجمعات HPMC والسكريات مثل الشيتوزان، وصمغ الزانثان، وجينات الصوديوم في عملية الإطلاق المستدام للقاح والدواء، وأظهرت النتائج تأثير إطلاق دواء يمكن السيطرة عليه [263-265].

في تطوير مواد تغليف الأغشية الصالحة للأكل أو القابلة للتحلل، غالبًا ما تكون البوليمرات المركبة مع HPMC عبارة عن بوليمرات طبيعية بشكل أساسي مثل الدهون والبروتينات والسكريات. كاراكا، فاغونديس وكونتريراس-أوليفا وآخرون. تحضير أغشية مركبة صالحة للأكل تحتوي على مركبات HPMC/الدهون، واستخدامها في حفظ البرقوق والطماطم الكرزية والحمضيات على التوالي. أظهرت النتائج أن الأغشية المعقدة HPMC/الدهون لها تأثير جيد مضاد للبكتيريا لحفظ طازج [266-268]. شيتي، روبيلار، ودينغ وآخرون. درس الخواص الميكانيكية، والثبات الحراري، والبنية المجهرية، والتفاعلات بين مكونات الأفلام المركبة الصالحة للأكل المحضرة من HPMC، وبروتين الحرير، وبروتين مصل اللبن المعزول، والكولاجين، على التوالي [269-271]. استقلال وآخرون. تمت صياغة HPMC مع الجيلاتين لتحضير أغشية صالحة للأكل لاستخدامها في مواد التعبئة والتغليف الحيوية [111]. بريا، كوندافيتي، ساكاتا وأورتيجا تورو وآخرون. أعدت HPMC / الشيتوزان HPMC / الزيلوجلوكان، HPMC / إيثيل السليلوز والأفلام المركبة الصالحة للأكل HPMC / النشا، على التوالي، ودرست ثباتها الحراري، وخصائص الخواص الميكانيكية، والبنية المجهرية والخصائص المضادة للبكتيريا [139، 272-274]. يمكن أيضًا استخدام مركب HPMC/PLA كمواد تعبئة للسلع الغذائية، عادةً عن طريق البثق [275].

في تطوير مواد تغليف الأغشية الصالحة للأكل أو القابلة للتحلل، غالبًا ما تكون البوليمرات المركبة مع HPMC عبارة عن بوليمرات طبيعية بشكل أساسي مثل الدهون والبروتينات والسكريات. كاراكا، فاغونديس وكونتريراس-أوليفا وآخرون. تحضير أغشية مركبة صالحة للأكل تحتوي على مركبات HPMC/الدهون، واستخدامها في حفظ البرقوق والطماطم الكرزية والحمضيات على التوالي. أظهرت النتائج أن الأغشية المعقدة HPMC/الدهون لها تأثير جيد مضاد للبكتيريا لحفظ طازج [266-268]. شيتي، روبيلار، ودينغ وآخرون. درس الخواص الميكانيكية، والثبات الحراري، والبنية المجهرية، والتفاعلات بين مكونات الأفلام المركبة الصالحة للأكل المحضرة من HPMC، وبروتين الحرير، وبروتين مصل اللبن المعزول، والكولاجين، على التوالي [269-271]. استقلال وآخرون. تمت صياغة HPMC مع الجيلاتين لتحضير أغشية صالحة للأكل لاستخدامها في مواد التعبئة والتغليف الحيوية [111]. بريا، كوندافيتي، ساكاتا وأورتيجا تورو وآخرون. أعدت HPMC / الشيتوزان HPMC / الزيلوجلوكان، HPMC / إيثيل السليلوز والأفلام المركبة الصالحة للأكل HPMC / النشا، على التوالي، ودرست ثباتها الحراري، وخصائص الخواص الميكانيكية، والبنية المجهرية والخصائص المضادة للبكتيريا [139، 272-274]. يمكن أيضًا استخدام مركب HPMC/PLA كمواد تعبئة للسلع الغذائية، عادةً عن طريق البثق [275].

1.3.4.2 تركيب النشا والمواد الأخرى

ركز البحث حول تركيب النشا والمواد الأخرى في البداية على العديد من مواد البوليستر الأليفاتية الكارهة للماء، بما في ذلك حمض البولي لاكتيك (PLA)، والبولي كابرولاكتون (PCL)، وحمض البوليبوتين السكسينيك (PBSA)، وما إلى ذلك. 276]. مولر وآخرون. درس بنية وخصائص مركبات النشا/PLA والتفاعل بين الاثنين، وأظهرت النتائج أن التفاعل بين الاثنين كان ضعيفًا وأن الخواص الميكانيكية للمركبات كانت ضعيفة [277]. كوريا، كومور ودياز-جوميز وآخرون. درس الخواص الميكانيكية، والخصائص الريولوجية، وخصائص الهلام والتوافق بين مكوني مجمعات النشا/PCL، والتي تم تطبيقها على تطوير المواد القابلة للتحلل والمواد الطبية الحيوية ومواد سقالات هندسة الأنسجة [278-280]. أوكيكا وآخرون. وجدت أن مزيج نشا الذرة وPBSA واعد للغاية. عندما يكون محتوى النشا 5-30%، فإن زيادة محتوى حبيبات النشا يمكن أن تزيد المعامل وتقلل من إجهاد الشد والاستطالة عند الكسر [281،282]. البوليستر الأليفاتي الكاره للماء غير متوافق ديناميكيًا حراريًا مع النشا المحب للماء، وعادةً ما تتم إضافة العديد من المتوافقات والمواد المضافة لتحسين واجهة الطور بين النشا والبوليستر. زادكوسكا وفيري ولي وآخرون. درس تأثيرات الملدنات المعتمدة على السيلانول، وزيت بذر الكتان أنهيدريد المالئيك، ومشتقات الزيوت النباتية الوظيفية على بنية وخصائص مجمعات النشا/PLA، على التوالي [283-285]. أورتيجا تورو، يو وآخرون. استخدم حامض الستريك وثنائي إيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان للتوافق مع مركب النشا/PCL ومركب النشا/PBSA، على التوالي، لتحسين خصائص المواد واستقرارها [286، 287].

في السنوات الأخيرة، تم إجراء المزيد والمزيد من الأبحاث حول تركيب النشا مع البوليمرات الطبيعية مثل البروتينات والسكريات والدهون. قام كل من Teklehaimanot وSahin-Nadeen وZhang وآخرون بدراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للنشا/الزين والنشا/بروتين مصل اللبن ومجمعات النشا/الجيلاتين، على التوالي، وحققت النتائج جميعها نتائج جيدة، والتي يمكن تطبيقها على المواد الحيوية الغذائية والكبسولات [52، 288، 289]. لوزانو نافارو، تالون ورين وآخرون. درس نفاذية الضوء، والخواص الميكانيكية، والخصائص المضادة للبكتيريا وتركيز الشيتوزان للأغشية المركبة من النشا/الشيتوزان، على التوالي، وإضافة المستخلصات الطبيعية، وبوليفينول الشاي وغيرها من العوامل الطبيعية المضادة للبكتيريا لتحسين التأثير المضاد للبكتيريا للفيلم المركب. تظهر نتائج البحث أن الفيلم المركب النشا/الشيتوسان له إمكانات كبيرة في التعبئة النشطة للأغذية والأدوية [290-292]. كوشيك، غانبارزاده، أرفانيتويانيس، وتشانغ وآخرون. درس خصائص البلورات النانوية النشا/السليلوز، والنشا/كربوكسي ميثيل السليلوز، والنشا/ميثيل السليلوز، والأفلام المركبة النشا/هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، على التوالي، والتطبيقات الرئيسية في مواد التعبئة والتغليف الصالحة للأكل/القابلة للتحلل [293-295]. دافي، جميدين ولاسكومبز وآخرون. درس مركبات النشا/الصمغ الغذائي مثل النشا/البكتين والنشا/الأجار والنشا/الكاراجينان، والتي تستخدم بشكل رئيسي في مجال تغليف المواد الغذائية والمواد الغذائية [296-298]. تمت دراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية لنشا التابيوكا / زيت الذرة ومجمعات النشا / الدهون بواسطة بيريز ودي وآخرون، وذلك أساسًا لتوجيه عملية إنتاج الأطعمة المبثوقة [299، 300].

1.3.4.3 تركيب هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز والنشا

في الوقت الحاضر، لا توجد دراسات كثيرة حول النظام المركب لـ HPMC والنشا في الداخل والخارج، ومعظمها يضيف كمية صغيرة من HPMC إلى مصفوفة النشا لتحسين ظاهرة شيخوخة النشا. جيمينيز وآخرون. يستخدم HPMC لتقليل شيخوخة النشا الأصلي لتحسين نفاذية أغشية النشا. أظهرت النتائج أن إضافة HPMC يقلل من شيخوخة النشا ويزيد من مرونة الغشاء المركب. تمت زيادة نفاذية الأكسجين للغشاء المركب بشكل ملحوظ، لكن أداء مقاومة الماء لم يرتفع. كم تغير[301]. فيلاكريس، باش وآخرون. مزج HPMC ونشا التابيوكا لتحضير مواد تغليف الفيلم المركب HPMC/النشا، ودرس تأثير الجلسرين الملدن على الفيلم المركب وتأثيرات سوربات البوتاسيوم والنيسين على الخواص المضادة للبكتيريا للفيلم المركب. أظهرت النتائج أنه مع زيادة محتوى HPMC، يزداد معامل المرونة وقوة الشد للفيلم المركب، وتنخفض الاستطالة عند الكسر، ويكون لنفاذية بخار الماء تأثير ضئيل؛ يمكن لسوربات البوتاسيوم والنيسين تحسين الفيلم المركب. يكون التأثير المضاد للبكتيريا لاثنين من العوامل المضادة للبكتيريا أفضل عند استخدامهما معًا [112، 302]. أورتيجا تورو وآخرون. دراسة خواص الأغشية المركبة HPMC/النشا المضغوطة بالحرارة، ودراسة تأثير حامض الستريك على خواص الأغشية المركبة. أظهرت النتائج أن HPMC كان مشتتًا في مرحلة النشا المستمرة، وكان لكل من حامض الستريك وHPMC تأثير على تعتيق النشا. إلى درجة معينة من التثبيط [139]. أيوريندي وآخرون. تم استخدام فيلم مركب HPMC/النشا لتغليف أملوديبين عن طريق الفم، وأظهرت النتائج أن وقت التفكك ومعدل إطلاق الفيلم المركب كانا جيدين جدًا [303].

تشاو مينغ وآخرون. درس تأثير النشا على معدل احتباس الماء لأفلام HPMC، وأظهرت النتائج أن النشا وHPMC كان لهما تأثير تآزري معين، مما أدى إلى زيادة إجمالية في معدل احتباس الماء [304]. تشانغ وآخرون. درس خصائص الفيلم لمركب HPMC/HPS والخصائص الريولوجية للمحلول. أظهرت النتائج أن النظام المركب HPMC/HPS له توافق معين، وأداء الغشاء المركب جيد، والخصائص الريولوجية لـ HPMC إلى HPMC لها تأثير توازن جيد [305، 306]. هناك عدد قليل من الدراسات حول نظام مركب HPMC/النشا الذي يحتوي على نسبة عالية من HPMC، ومعظمها في أبحاث الأداء الضحلة، والأبحاث النظرية حول النظام المركب غير متوفرة نسبيًا، وخاصة هلام HPMC/HPS المعكوس بالحرارة الباردة - هلام مركب المرحلة. الدراسات الآلية لا تزال في حالة فارغة.

1.4 ريولوجيا مجمعات البوليمر

في عملية معالجة المواد البوليمرية، سيحدث حتما التدفق والتشوه، والريولوجيا هي العلم الذي يدرس قوانين التدفق والتشوه للمواد [307]. التدفق هو خاصية للمواد السائلة، في حين أن التشوه هو خاصية للمواد الصلبة (البلورية). المقارنة العامة لتدفق السائل والتشوه الصلب هي كما يلي:

في التطبيقات الصناعية العملية لمواد البوليمر، تحدد لزوجتها ومرونتها أداء المعالجة. في عملية المعالجة والقولبة، مع تغير معدل القص، قد يكون لزوجة مواد البوليمر حجم كبير يصل إلى عدة أوامر من حيث الحجم. التغيير [308]. تؤثر الخصائص الريولوجية مثل اللزوجة وترقق القص بشكل مباشر على التحكم في الضخ والتروية والتشتت والرش أثناء معالجة مواد البوليمر، وهي من أهم خصائص مواد البوليمر.

1.4.1 اللزوجة المرنة للبوليمرات

تحت القوة الخارجية، لا يمكن لسائل البوليمر أن يتدفق فحسب، بل يظهر أيضًا تشوهًا، مما يُظهر نوعًا من أداء "اللزوجة المرنة"، وجوهره هو التعايش بين "مرحلتين صلبتين سائلة" [309]. ومع ذلك، فإن هذه اللزوجة المرنة ليست اللزوجة الخطية عند التشوهات الصغيرة، ولكنها اللزوجة المرنة غير الخطية حيث تظهر المادة تشوهات كبيرة وضغطًا طويلًا [310].

ويسمى المحلول المائي الطبيعي متعدد السكاريد أيضًا بالهيدروسول. في المحلول المخفف، تكون جزيئات السكاريد الكبيرة على شكل ملفات مفصولة عن بعضها البعض. عندما يزيد التركيز إلى قيمة معينة، تتداخل الملفات الجزيئية وتتداخل مع بعضها البعض. تسمى القيمة التركيز الحرج [311]. تحت التركيز الحرج، تكون لزوجة المحلول منخفضة نسبيًا، ولا تتأثر بمعدل القص، مما يظهر سلوك السائل النيوتوني؛ عند الوصول إلى التركيز الحرج، تبدأ الجزيئات الكبيرة التي تتحرك في الأصل بمعزل عن بعضها البعض في التشابك مع بعضها البعض، وتزداد لزوجة المحلول بشكل ملحوظ. الزيادة [312]؛ بينما عندما يتجاوز التركيز التركيز الحرج، يتم ملاحظة ترقق القص ويظهر المحلول سلوك سائل غير نيوتوني [245].

يمكن لبعض الهيدروسولات أن تشكل مواد هلامية في ظل ظروف معينة، وعادة ما تتميز خواصها اللزجة المرنة بمعامل التخزين G'، ومعامل الفقد G" واعتمادها على التردد. يتوافق معامل التخزين مع مرونة النظام، بينما يتوافق معامل الفقد مع لزوجة النظام [311]. في المحاليل المخففة، لا يوجد تشابك بين الجزيئات، لذلك على نطاق واسع من الترددات، تكون G′ أصغر بكثير من G″، وتظهر اعتماداً قوياً على التردد. نظرًا لأن G ′ وG ″ يتناسبان مع التردد ω ومربعه التربيعي، على التوالي، عندما يكون التردد أعلى، G ′ > G ″. عندما يكون التركيز أعلى من التركيز الحرج، لا يزال لدى G′ وG″ اعتماد على التردد. عندما يكون التردد أقل، G′ <G″، ويزداد التردد تدريجياً، سيتقاطع الاثنان وينعكسان إلى G′ > في منطقة التردد العالي G”.

تسمى النقطة الحرجة التي يتحول عندها هيدروسول عديد السكاريد الطبيعي إلى هلام بنقطة الهلام. هناك العديد من التعريفات لنقطة الهلام، والأكثر استخدامًا هو تعريف اللزوجة المرنة الديناميكية في علم الريولوجيا. عندما يكون معامل التخزين G′ للنظام مساويًا لمعامل الخسارة G″، فهو نقطة الهلام، وتكوين G′ > G″ Gel [312، 313].

تشكل بعض جزيئات السكاريد الطبيعية ارتباطات ضعيفة، ويتم تدمير بنيتها الهلامية بسهولة، وتكون G' أكبر قليلاً من G"، مما يدل على اعتماد أقل على التردد؛ في حين أن بعض جزيئات السكاريد الطبيعية يمكن أن تشكل مناطق ربط متقاطعة مستقرة، والتي تكون بنية الهلام أقوى، وG ′ أكبر بكثير من G ″، وليس لها اعتماد على التردد [311].

1.4.2 السلوك الريولوجي لمعقدات البوليمر

بالنسبة لنظام مركب بوليمر متوافق تمامًا، يكون المركب نظامًا متجانسًا، وتكون لزوجته المرنة عمومًا مجموع خصائص بوليمر واحد، ويمكن وصف مرونته اللزوجة بقواعد تجريبية بسيطة [314]. لقد أثبتت الممارسة أن النظام المتجانس لا يؤدي إلى تحسين خواصه الميكانيكية. على العكس من ذلك، تتمتع بعض الأنظمة المعقدة ذات الهياكل المفصولة بمراحل بأداء ممتاز [315].

سيتأثر توافق النظام المركب المتوافق جزئيًا بعوامل مثل نسبة مركب النظام ومعدل القص ودرجة الحرارة وبنية المكونات، مما يوضح التوافق أو فصل الطور، ويعتبر الانتقال من التوافق إلى فصل الطور أمرًا لا مفر منه. مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في اللزوجة المرنة للنظام [316، 317]. في السنوات الأخيرة، كانت هناك العديد من الدراسات حول السلوك اللزج المرن لأنظمة البوليمر المعقدة المتوافقة جزئيًا. يوضح البحث أن السلوك الريولوجي للنظام المركب في منطقة التوافق يمثل خصائص النظام المتجانس. في منطقة فصل الطور، يختلف السلوك الريولوجي تمامًا عن المنطقة المتجانسة وهو معقد للغاية.

إن فهم الخصائص الريولوجية لنظام التركيب تحت تركيزات مختلفة ونسب التركيب ومعدلات القص ودرجات الحرارة وما إلى ذلك له أهمية كبيرة للاختيار الصحيح لتكنولوجيا المعالجة والتصميم العقلاني للصيغ والرقابة الصارمة على جودة المنتج والتخفيض المناسب للإنتاج. استهلاك الطاقة. [309]. على سبيل المثال، بالنسبة للمواد الحساسة لدرجة الحرارة، يمكن تغيير لزوجة المادة عن طريق ضبط درجة الحرارة. وتحسين أداء المعالجة؛ فهم منطقة ترقق القص للمادة، واختيار معدل القص المناسب للتحكم في أداء معالجة المادة، وتحسين كفاءة الإنتاج.

1.4.3 العوامل المؤثرة على الخواص الريولوجية للمركب

1.4.3.1 التكوين

تعد الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبنية الداخلية للنظام المركب انعكاسًا شاملاً للمساهمات المجمعة لخصائص كل مكون والتفاعل بين المكونات. ولذلك فإن الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل مكون في حد ذاته لها دور حاسم في النظام المركب. تختلف درجة التوافق بين البوليمرات المختلفة بشكل كبير، فبعضها متوافق للغاية، وبعضها غير متوافق تمامًا تقريبًا.

1.4.3.2 نسبة النظام المركب

سوف تتغير اللزوجة المرنة والخواص الميكانيكية لنظام مركب البوليمر بشكل كبير مع تغير نسبة المركب. وذلك لأن النسبة المركبة تحدد مساهمة كل مكون في النظام المركب، وتؤثر أيضًا على كل مكون. التفاعل وتوزيع المرحلة. شيه ياجي وآخرون. درس الشيتوزان/هيدروكسي بروبيل السليلوز ووجد أن لزوجة المركب زادت بشكل ملحوظ مع زيادة محتوى السليلوز هيدروكسي بروبيل [318]. تشانغ يايوان وآخرون. درس مركب صمغ الزانثان ونشا الذرة ووجد أنه عندما كانت نسبة صمغ الزانثان 10%، زاد معامل الاتساق وإجهاد المحصول ومؤشر السوائل للنظام المعقد بشكل ملحوظ. [319] واضح.

1.4.3.3 معدل القص

معظم سوائل البوليمر هي سوائل زائفة من البلاستيك، والتي لا تتوافق مع قانون نيوتن للتدفق. السمة الرئيسية هي أن اللزوجة لا تتغير بشكل أساسي في ظل القص المنخفض، وتنخفض اللزوجة بشكل حاد مع زيادة معدل القص [308، 320]. يمكن تقسيم منحنى تدفق سائل البوليمر تقريبًا إلى ثلاث مناطق: منطقة نيوتونية منخفضة القص، ومنطقة ترقق القص، ومنطقة استقرار القص العالي. عندما يميل معدل القص إلى الصفر، يصبح الإجهاد والانفعال خطيًا، ويكون سلوك تدفق السائل مشابهًا لسلوك السائل النيوتوني. وفي هذا الوقت تميل اللزوجة إلى قيمة معينة تسمى اللزوجة صفر القص η0. يعكس η0 الحد الأقصى لوقت استرخاء المادة وهو معلمة مهمة لمواد البوليمر، والتي ترتبط بمتوسط ​​الوزن الجزيئي للبوليمر وطاقة التنشيط للتدفق اللزج. وفي منطقة ترقق القص تقل اللزوجة تدريجياً مع زيادة معدل القص، وتحدث ظاهرة "ترقق القص". هذه المنطقة هي منطقة تدفق نموذجية في معالجة المواد البوليمرية. في منطقة استقرار القص العالي، مع استمرار زيادة معدل القص، تميل اللزوجة إلى ثابت آخر، وهو لزوجة القص اللانهائية η∞، لكن عادة ما يصعب الوصول إلى هذه المنطقة.

1.4.3.4 درجة الحرارة

تؤثر درجة الحرارة بشكل مباشر على شدة الحركة الحرارية العشوائية للجزيئات، والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على التفاعلات بين الجزيئات مثل الانتشار، واتجاه السلسلة الجزيئية، والتشابك. بشكل عام، أثناء تدفق المواد البوليمرية، تتم حركة السلاسل الجزيئية في أجزاء؛ مع زيادة درجة الحرارة، يزداد الحجم الحر، وتنخفض مقاومة التدفق للقطاعات، وبالتالي تنخفض اللزوجة. ومع ذلك، بالنسبة لبعض البوليمرات، مع زيادة درجة الحرارة، يحدث ارتباط كاره للماء بين السلاسل، وبالتالي تزداد اللزوجة بدلاً من ذلك.

تتمتع البوليمرات المختلفة بدرجات مختلفة من الحساسية لدرجة الحرارة، كما أن نفس البوليمر العالي له تأثيرات مختلفة على أداء آليته في نطاقات درجات حرارة مختلفة.

1.5 أهمية البحث والغرض من البحث ومحتوى البحث لهذا الموضوع

1.5.1 أهمية البحث

على الرغم من أن HPMC هي مادة آمنة وصالحة للأكل تستخدم على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء، إلا أنها تتمتع بخصائص جيدة في تشكيل الفيلم وتشتيته وتكثيفه وتثبيته. يتمتع فيلم HPMC أيضًا بشفافية جيدة وخصائص حاجز الزيت والخصائص الميكانيكية. ومع ذلك، فإن سعره المرتفع (حوالي 100.000/طن) يحد من استخدامه على نطاق واسع، حتى في التطبيقات الصيدلانية ذات القيمة الأعلى مثل الكبسولات. بالإضافة إلى ذلك، HPMC عبارة عن هلام مستحث حراريًا، يوجد في حالة محلول ذو لزوجة منخفضة عند درجة حرارة منخفضة، ويمكن أن يشكل هلامًا صلبًا لزجًا عند درجة حرارة عالية، لذا يجب أن تتم عمليات المعالجة مثل الطلاء والرش والغمس في درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى ارتفاع استهلاك الطاقة الإنتاج وارتفاع تكلفة الإنتاج. خصائص مثل اللزوجة المنخفضة وقوة هلام HPMC في درجات حرارة منخفضة تقلل من قابلية معالجة HPMC في العديد من التطبيقات.

في المقابل، تعتبر HPS مادة صالحة للأكل رخيصة الثمن (حوالي 20.000/طن) وتستخدم أيضًا على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء. السبب وراء ارتفاع تكلفة HPMC هو أن مادة السليلوز الخام المستخدمة في تحضير HPMC أغلى من نشا المادة الخام المستخدمة في تحضير HPS. بالإضافة إلى ذلك، يتم تطعيم HPMC ببديلين، هيدروكسي بروبيل وميثوكسي. ونتيجة لذلك، فإن عملية التحضير معقدة للغاية، وبالتالي فإن سعر HPMC أعلى بكثير من سعر HPS. ويأمل هذا المشروع في استبدال بعض أجهزة HPMC باهظة الثمن بأجهزة HPMC منخفضة السعر، وخفض سعر المنتج على أساس الحفاظ على وظائف مماثلة.

بالإضافة إلى ذلك، HPS عبارة عن هلام بارد، يوجد في حالة هلامية لزجة مرنة عند درجة حرارة منخفضة ويشكل محلولًا متدفقًا عند درجة حرارة عالية. لذلك، فإن إضافة HPS إلى HPMC يمكن أن يقلل من درجة حرارة هلام HPMC ويزيد من لزوجته عند درجة حرارة منخفضة. وقوة الهلام، مما يحسن قابلية معالجته في درجات حرارة منخفضة. علاوة على ذلك، فإن فيلم HPS الصالح للأكل له خصائص جيدة لحاجز الأكسجين، لذا فإن إضافة HPS إلى HPMC يمكن أن يحسن خصائص حاجز الأكسجين للفيلم الصالح للأكل.

باختصار، الجمع بين HPMC وHPS: أولاً، له أهمية نظرية مهمة. HPMC هو هلام ساخن، وHPS هو هلام بارد. من خلال مضاعفة الاثنين، هناك من الناحية النظرية نقطة انتقال بين المواد الهلامية الساخنة والباردة. إن إنشاء نظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS وأبحاث آليته يمكن أن يوفر طريقة جديدة للبحث في هذا النوع من نظام مركب الهلام البارد والساخن ذو الطور العكسي، التوجيه النظري الثابت. ثانيا، يمكن أن يقلل من تكاليف الإنتاج ويحسن أرباح المنتج. من خلال الجمع بين HPS وHPMC، يمكن تقليل تكلفة الإنتاج من حيث المواد الخام واستهلاك طاقة الإنتاج، ويمكن تحسين ربح المنتج بشكل كبير. ثالثًا، يمكنه تحسين أداء المعالجة وتوسيع التطبيق. يمكن أن تؤدي إضافة HPS إلى زيادة تركيز HPMC وقوة هلامه عند درجة حرارة منخفضة، وتحسين أداء المعالجة عند درجة حرارة منخفضة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين أداء المنتج. من خلال إضافة HPS لتحضير الفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS، يمكن تحسين خصائص حاجز الأكسجين للفيلم الصالح للأكل.

يمكن لتوافق نظام مركب البوليمر أن يحدد بشكل مباشر الشكل المجهري والخصائص الشاملة للمركب، وخاصة الخواص الميكانيكية. لذلك، من المهم جدًا دراسة مدى توافق النظام المركب HPMC/HPS. كل من HPMC وHPS عبارة عن عديدات السكاريد المحبة للماء مع نفس وحدة الجلوكوز الهيكلية ويتم تعديلها بواسطة نفس المجموعة الوظيفية هيدروكسي بروبيل، مما يحسن بشكل كبير توافق نظام مركب HPMC/HPS. ومع ذلك، HPMC عبارة عن هلام بارد وHPS عبارة عن هلام ساخن، ويؤدي سلوك الجل العكسي للاثنين إلى ظاهرة فصل الطور للنظام المركب HPMC/HPS. باختصار، إن مورفولوجيا الطور وانتقال الطور للنظام المركب الهلام البارد الساخن HPMC/HPS معقدان للغاية، وبالتالي فإن التوافق وفصل الطور لهذا النظام سيكون مثيرًا للاهتمام للغاية.

يرتبط التركيب المورفولوجي والسلوك الريولوجي لأنظمة البوليمر المعقدة ببعضها البعض. فمن ناحية، سيكون للسلوك الريولوجي أثناء المعالجة تأثير كبير على البنية المورفولوجية للنظام؛ من ناحية أخرى، يمكن أن يعكس السلوك الريولوجي للنظام بدقة التغيرات في البنية المورفولوجية للنظام. لذلك، من الأهمية بمكان دراسة الخصائص الريولوجية لنظام مركب HPMC/HPS لتوجيه الإنتاج والمعالجة ومراقبة الجودة.

الخصائص العيانية مثل البنية المورفولوجية والتوافق وريولوجيا نظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS ديناميكية، وتتأثر بسلسلة من العوامل مثل تركيز المحلول ونسبة التركيب ومعدل القص ودرجة الحرارة. يمكن تنظيم العلاقة بين البنية المورفولوجية المجهرية والخصائص العيانية للنظام المركب من خلال التحكم في البنية المورفولوجية وتوافق النظام المركب.

1.5.2 غرض البحث

تم بناء نظام مركب هلامي عكسي الطور البارد والساخن HPMC/HPS، وتمت دراسة خواصه الريولوجية، وتم استكشاف تأثيرات التركيب الفيزيائي والكيميائي للمكونات، ونسبة التركيب وظروف المعالجة على الخواص الريولوجية للنظام. تم تحضير الفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS، وتمت دراسة الخصائص العيانية مثل الخواص الميكانيكية ونفاذية الهواء والخصائص البصرية للفيلم، وتم استكشاف العوامل والقوانين المؤثرة. الدراسة المنهجية لانتقال الطور والتوافق وفصل الطور لنظام مجمع الجل ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS، واستكشاف العوامل والآليات المؤثرة، وإقامة العلاقة بين البنية المورفولوجية المجهرية والخصائص العيانية. يتم استخدام البنية المورفولوجية وتوافق النظام المركب للتحكم في خصائص المواد المركبة.

1.5.3 محتوى البحث

ولتحقيق هدف البحث المتوقع فسوف تقوم هذه الورقة بالبحث التالي:

(1) قم ببناء نظام مركب الهلام ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS، واستخدم مقياس الضغط لدراسة الخواص الريولوجية للمحلول المركب، وخاصة تأثيرات التركيز ونسبة التركيب ومعدل القص على مؤشر اللزوجة والتدفق للمحلول المركب. النظام المركب. تم دراسة تأثير وقانون الخواص الريولوجية مثل الانسيابية والتغير الانسيابي، وتم استكشاف آلية تكوين الهلام المركب البارد والساخن بشكل مبدئي.

(2) تم إعداد فيلم مركب صالح للأكل HPMC/HPS، وتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح لدراسة تأثير الخصائص الكامنة لكل مكون ونسبة التركيب على التشكل المجهري للفيلم المركب؛ تم استخدام اختبار الخصائص الميكانيكية لدراسة الخصائص الكامنة لكل مكون، وتكوين الفيلم المركب، وتأثير النسبة والرطوبة النسبية البيئية على الخواص الميكانيكية للفيلم المركب؛ استخدام جهاز اختبار معدل نقل الأكسجين ومقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية لدراسة تأثيرات الخصائص الكامنة للمكونات ونسبة المركب على خصائص نقل الأكسجين والضوء للفيلم المركب. التوافق وفصل الطور لـ HPMC/HPS على البارد تمت دراسة النظام المركب الهلامي المعكوس الساخن عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني، والتحليل الوزني الحراري والتحليل الميكانيكي الحراري الديناميكي.

(3) تم تأسيس العلاقة بين التشكل المجهري والخواص الميكانيكية للنظام المركب الهلامي العكسي الساخن والبارد HPMC/HPS. تم تحضير الفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS، وتمت دراسة تأثير تركيز المركب ونسبة المركب على توزيع الطور وانتقال الطور للعينة بواسطة المجهر الضوئي وطريقة الصباغة باليود؛ تم تأسيس قاعدة تأثير تركيز المركب ونسبة المركب على الخواص الميكانيكية وخصائص انتقال الضوء للعينات. تمت دراسة العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للنظام المركب الهلامي العكسي البارد والساخن HPMC/HPS.

(4) تأثيرات درجة استبدال HPS على الخواص الريولوجية وخصائص الهلام لنظام مركب الجل المركب ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. تمت دراسة تأثيرات درجة استبدال HPS ومعدل القص ودرجة الحرارة على اللزوجة والخواص الريولوجية الأخرى للنظام المركب، وكذلك نقطة التحول الهلامية واعتماد معامل التردد وخواص الهلام الأخرى وقوانينها باستخدام مقياس الجريان. تمت دراسة توزيع الطور المعتمد على درجة الحرارة وانتقال الطور للعينات عن طريق تلطيخ اليود، وتم وصف آلية الجيل لنظام مجمع الجل ذو الطور المعكوس الساخن البارد HPMC/HPS.

(5) آثار تعديل التركيب الكيميائي لـ HPS على الخواص العيانية وتوافق نظام مركب الجل المركب ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. تم تحضير الفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS، وتمت دراسة تأثير درجة استبدال HPS hydroxypropyl على التركيب البلوري وبنية المجال الصغير للفيلم المركب بواسطة تقنية نثر الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة لإشعاع السنكروترون. تمت دراسة قانون تأثير درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS على الخواص الميكانيكية للغشاء المركب بواسطة جهاز اختبار الخواص الميكانيكية؛ تمت دراسة قانون تأثير درجة استبدال HPS على نفاذية الأكسجين للغشاء المركب بواسطة جهاز اختبار نفاذية الأكسجين؛ تأثير HPS hydroxypropyl لدرجة استبدال المجموعة على الثبات الحراري للأغشية المركبة HPMC/HPS.

الفصل الثاني: دراسة ريولوجية للنظام المركب HPMC/HPS

يمكن تحضير الأغشية الصالحة للأكل ذات الأساس البوليمري الطبيعي بطريقة رطبة بسيطة نسبيًا [321]. أولاً، يتم إذابة البوليمر أو تشتيته في الطور السائل لتحضير سائل مكون للفيلم صالح للأكل أو معلق لتشكيل الفيلم، ثم يتم تركيزه عن طريق إزالة المذيب. هنا، يتم إجراء العملية عادةً عن طريق التجفيف عند درجة حرارة أعلى قليلاً. تُستخدم هذه العملية عادةً لإنتاج أفلام صالحة للأكل ومعبأة مسبقًا، أو لتغليف المنتج مباشرة بمحلول تشكيل الفيلم عن طريق الغمس أو التنظيف بالفرشاة أو الرش. يتطلب تصميم معالجة الأفلام الصالحة للأكل الحصول على بيانات ريولوجية دقيقة للسائل المكون للفيلم، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لمراقبة جودة المنتج لأغشية وطلاءات التعبئة والتغليف الصالحة للأكل [322].

HPMC عبارة عن مادة لاصقة حرارية تشكل هلامًا عند درجة حرارة عالية وتكون في حالة محلول عند درجة حرارة منخفضة. خاصية الجل الحراري هذه تجعل اللزوجة عند درجة حرارة منخفضة منخفضة جدًا، وهو ما لا يفضي إلى عمليات إنتاج محددة مثل الغمس، والتنظيف بالفرشاة، والغمس. التشغيل، مما يؤدي إلى ضعف قابلية المعالجة في درجات حرارة منخفضة. في المقابل، HPS عبارة عن هلام بارد، وحالة هلامية لزجة عند درجة حرارة منخفضة، ودرجة حرارة عالية. حالة حل اللزوجة المنخفضة. لذلك، من خلال الجمع بين الاثنين، يمكن موازنة الخصائص الريولوجية لـ HPMC مثل اللزوجة عند درجة حرارة منخفضة إلى حد ما.

يركز هذا الفصل على تأثيرات تركيز المحلول ونسبة التركيب ودرجة الحرارة على الخواص الريولوجية مثل اللزوجة الصفرية القص ومؤشر التدفق والتغير المتغير لنظام مركب الجل المعكوس الساخن البارد HPMC/HPS. يتم استخدام قاعدة الإضافة لمناقشة توافق النظام المركب بشكل مبدئي.

2.2 الطريقة التجريبية

2.2.1 تحضير محلول مركب HPMC/HPS

قم أولاً بوزن المسحوق الجاف HPMC وHPS، واخلطهما وفقًا لتركيز 15% (وزن/وزن) ونسب مختلفة 10:0، 7:3، 5:5، 3:7، 0:10؛ ثم أضف 70 درجة مئوية في الماء C، ويقلب بسرعة لمدة 30 دقيقة عند 120 دورة في الدقيقة/دقيقة لتفريق HPMC بالكامل؛ ثم تسخين المحلول إلى درجة حرارة أعلى من 95 درجة مئوية، ويقلب بسرعة لمدة ساعة واحدة بنفس السرعة لجيلاتين HPS تمامًا؛ اكتملت عملية الجلتنة بعد ذلك، تم تخفيض درجة حرارة المحلول بسرعة إلى 70 درجة مئوية، وتم إذابة HPMC بالكامل عن طريق التحريك بسرعة بطيئة قدرها 80 دورة في الدقيقة لمدة 40 دقيقة. (جميع ما ورد في هذه المقالة هو: كتلة الأساس الجاف للعينة/كتلة المحلول الإجمالي).

2.2.2 الخصائص الريولوجية للنظام المركب HPMC/HPS

2.2.2.1 مبدأ التحليل الريولوجي

تم تجهيز مقياس الجريان الدوراني بزوج من المشابك المتوازية لأعلى ولأسفل، ويمكن تحقيق تدفق القص البسيط من خلال الحركة النسبية بين المشابك. يمكن اختبار مقياس الجريان في وضع الخطوة، ووضع التدفق ووضع التذبذب: في وضع الخطوة، يمكن أن يطبق مقياس الجريان ضغطًا عابرًا على العينة، والذي يستخدم بشكل أساسي لاختبار الاستجابة المميزة العابرة ووقت الحالة المستقرة للعينة. التقييم والاستجابة اللزوجة المرنة مثل تخفيف التوتر والزحف والانتعاش؛ في وضع التدفق، يمكن أن يطبق مقياس الجريان ضغطًا خطيًا على العينة، والذي يستخدم بشكل أساسي لاختبار اعتماد لزوجة العينة على معدل القص واعتماد اللزوجة على درجة الحرارة والتغير المتغير؛ في وضع التذبذب، يمكن أن يولد مقياس الجريان إجهادًا متذبذبًا جيبيًا، والذي يستخدم بشكل أساسي لتحديد المنطقة اللزوجة المرنة الخطية، وتقييم الثبات الحراري ودرجة حرارة هلام العينة.

2.2.2.2 طريقة اختبار وضع التدفق

تم استخدام لوحة متوازية يبلغ قطرها 40 مم، وتم ضبط تباعد اللوحة على 0.5 مم.

1. تتغير اللزوجة مع مرور الوقت. كانت درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، وكان معدل القص 800 ثانية-1، وكان وقت الاختبار 2500 ثانية.

2. اللزوجة تختلف مع معدل القص. درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، معدل القص المسبق 800 ثانية-1، وقت القص المسبق 1000 ثانية؛ معدل القص 10²-10³s.

يتبع إجهاد القص (τ) ومعدل القص (γ) قانون الطاقة Ostwald-de Waele:

̇τ=K.γ ن (2-1)

حيث τ هو إجهاد القص، Pa؛

γ هو معدل القص، s-1؛

n هو مؤشر السيولة.

K هو معامل اللزوجة، Pa·sn.

العلاقة بين اللزوجة (ŋ) من محلول البوليمر ومعدل القص (γ) يمكن تركيبه بواسطة معامل كارين:

من بينها،0لزوجة القص، Pa s؛

ŋ∞هي لزوجة القص اللانهائية، Pa s؛

φهو وقت الاسترخاء، ق؛

n هو مؤشر ترقق القص ；

3. طريقة اختبار الانسيابية على ثلاث مراحل. درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، أ. المرحلة الثابتة، معدل القص هو 1 ثانية-1، ووقت الاختبار هو 50 ثانية؛ ب. مرحلة القص، معدل القص هو 1000 ثانية-1، ووقت الاختبار هو 20 ثانية؛ ج. عملية استعادة الهيكل، معدل القص هو 1 ثانية-1، ووقت الاختبار هو 250 ثانية.

في عملية استعادة الهيكل، يتم التعبير عن درجة استرداد الهيكل بعد وقت استرداد مختلف من خلال معدل استرداد اللزوجة:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

من بينها،ŋt هي اللزوجة في وقت الاسترداد الهيكلي ts، Pa s؛

hŋهي اللزوجة في نهاية المرحلة الأولى، Pa s.

2.3 النتائج والمناقشة

2.3.1 تأثير زمن القص على الخواص الريولوجية للنظام المركب

عند معدل القص الثابت، قد تظهر اللزوجة الظاهرة اتجاهات مختلفة مع زيادة وقت القص. يوضح الشكل 2-1 منحنى نموذجي للزوجة مقابل الوقت في نظام مركب HPMC/HPS. ويتبين من الشكل أنه مع تمديد زمن القص، تتناقص اللزوجة الظاهرة بشكل مستمر. عندما يصل زمن القص إلى حوالي 500 ثانية، تصل اللزوجة إلى حالة مستقرة، مما يشير إلى أن لزوجة النظام المركب في ظل القص عالي السرعة لها قيمة معينة. يتم عرض الاعتماد على الوقت، أي الانسيابية، ضمن نطاق زمني معين.

لذلك، عند دراسة قانون تباين لزوجة النظام المركب مع معدل القص، قبل اختبار القص في الحالة المستقرة الحقيقية، يلزم وجود فترة معينة من القص المسبق عالي السرعة للقضاء على تأثير الانسيابية على النظام المركب . وهكذا يتم الحصول على قانون اختلاف اللزوجة مع معدل القص كعامل واحد. في هذه التجربة، وصلت لزوجة جميع العينات إلى حالة ثابتة قبل 1000 ثانية بمعدل قص مرتفع قدره 800 1/ثانية مع مرور الوقت، وهو ما لم يتم رسمه هنا. ولذلك، في التصميم التجريبي المستقبلي، تم اعتماد القص المسبق لمدة 1000 ثانية بمعدل قص مرتفع قدره 800 1/ثانية للقضاء على تأثير الانسيابية لجميع العينات.

2.3.2 تأثير التركيز على الخواص الريولوجية للنظام المركب

بشكل عام، تزداد لزوجة محاليل البوليمر مع زيادة تركيز المحلول. يوضح الشكل 2-2 تأثير التركيز على اعتماد معدل القص على لزوجة تركيبات HPMC/HPS. من الشكل يمكننا أن نرى أنه عند نفس معدل القص، تزداد لزوجة النظام المركب تدريجيا مع زيادة تركيز المحلول. انخفضت لزوجة المحاليل المركبة HPMC/HPS ذات التراكيز المختلفة تدريجياً مع زيادة معدل القص، مما أظهر ظاهرة ترقق القص الواضحة، مما يدل على أن المحاليل المركبة ذات التراكيز المختلفة تنتمي إلى سوائل شبه بلاستيكية. ومع ذلك، فإن اعتماد معدل القص على اللزوجة أظهر اتجاهاً مختلفاً مع تغير تركيز المحلول. عندما يكون تركيز المحلول منخفضًا، تكون ظاهرة ترقق القص للمحلول المركب صغيرة؛ مع زيادة تركيز المحلول، تصبح ظاهرة ترقق القص للمحلول المركب أكثر وضوحا.

2.3.2.1 تأثير التركيز على لزوجة القص الصفرية للنظام المركب

تم تركيب منحنيات معدل اللزوجة والقص للنظام المركب بتركيزات مختلفة بواسطة نموذج كارين، وتم استقراء اللزوجة الصفرية للمحلول المركب (0.9960 <R₂<0.9997). يمكن دراسة تأثير التركيز على لزوجة المحلول المركب بشكل أكبر من خلال دراسة العلاقة بين لزوجة القص الصفرية والتركيز. من الشكل 2-3، يمكن ملاحظة أن العلاقة بين اللزوجة الصفرية وتركيز المحلول المركب تتبع قانون القوة:

حيث k وm ثوابت.

في الإحداثيات اللوغاريتمية المزدوجة، اعتمادًا على حجم المنحدر m، يمكن ملاحظة أن الاعتماد على التركيز يمثل اتجاهين مختلفين. وفقا لنظرية ديو إدواردز، عند التركيز المنخفض، يكون المنحدر أعلى (م = 11.9، R2 = 0.9942)، والذي ينتمي إلى المحلول المخفف؛ بينما عند التركيز العالي يكون الميل منخفض نسبياً (m = 2.8, R2 = 0.9822) وهو ينتمي للمحلول شبه المركز. ولذلك، يمكن تحديد التركيز الحرج C* للنظام المركب ليكون 8% من خلال تقاطع هاتين المنطقتين. وفقا للعلاقة المشتركة بين الحالات المختلفة وتركيزات البوليمرات في المحلول، يتم اقتراح نموذج الحالة الجزيئية لنظام مركب HPMC/HPS في محلول درجة حرارة منخفضة، كما هو موضح في الشكل 2-3.

HPS عبارة عن مادة هلامية باردة، وهي حالة هلامية عند درجة حرارة منخفضة، وهي حالة محلول عند درجة حرارة عالية. عند درجة حرارة الاختبار (25 درجة مئوية)، تكون HPS حالة هلامية، كما هو موضح في منطقة الشبكة الزرقاء في الشكل؛ على العكس من ذلك، HPMC عبارة عن هلام ساخن، عند درجة حرارة الاختبار، يكون في حالة محلول، كما هو موضح في جزيء الخط الأحمر.

في المحلول المخفف لـ C <C*، توجد السلاسل الجزيئية HPMC بشكل أساسي كهياكل سلسلة مستقلة، والحجم المستبعد يجعل السلاسل منفصلة عن بعضها البعض؛ علاوة على ذلك، تتفاعل مرحلة الهلام HPS مع عدد قليل من جزيئات HPMC لتكوين شكل كامل للسلاسل الجزيئية المستقلة للشكل وHPMC بشكل منفصل عن بعضها البعض، كما هو موضح في الشكل 2-2أ.

مع زيادة التركيز، انخفضت المسافة بين السلاسل الجزيئية المستقلة ومناطق الطور تدريجياً. عند الوصول إلى التركيز الحرج C*، تزداد تدريجيًا جزيئات HPMC التي تتفاعل مع مرحلة هلام HPMC، وتبدأ السلاسل الجزيئية HPMC المستقلة في الاتصال مع بعضها البعض، لتشكل مرحلة HPMC كمركز هلامي، وتتشابك سلاسل HPMC الجزيئية ومتصلة مع بعضها البعض. وتظهر حالة ميكروجيل في الشكل 2-2ب.

مع زيادة التركيز، C > C*، يتم تقليل المسافة بين مراحل هلام HPS بشكل أكبر، وتصبح سلاسل بوليمر HPMC المتشابكة ومنطقة طور HPS أكثر تعقيدًا ويصبح التفاعل أكثر كثافة، لذلك يُظهر المحلول سلوكًا مماثلة لتلك التي يذوبها البوليمر، كما هو مبين في الشكل 2-2ج.

2.3.2.2 تأثير التركيز على سلوك السوائل للنظام المركب

يتم استخدام قانون القدرة Ostwald-de Waele (انظر الصيغة (2-1)) لملاءمة منحنيات إجهاد القص ومعدل القص (غير موضح في النص) للنظام المركب بتركيزات مختلفة، ومؤشر التدفق n ومعامل اللزوجة يمكن الحصول على K. ، وكانت نتيجة التركيب كما هو مبين في الجدول 2-1.

جدول 2-1 مؤشر سلوك التدفق (n) ومؤشر اتساق السوائل (K) لمحلول HPS/HPMC بتركيزات مختلفة عند 25 درجة مئوية

أس تدفق السائل النيوتوني هو n = 1، وأس تدفق السائل الكاذب هو n < 1، وكلما انحرف n عن 1، كلما كانت اللدونة الكاذبة للسائل أقوى، وأس تدفق السائل الموسع هو n > 1. يتبين من الجدول 2-1 أن قيم n للمحاليل المركبة ذات التراكيز المختلفة كلها أقل من 1، مما يشير إلى أن المحاليل المركبة كلها موائع بلاستيكية زائفة. عند التراكيز المنخفضة، تكون قيمة n للمحلول المعاد تكوينه قريبة من 0، مما يشير إلى أن المحلول المركب منخفض التركيز قريب من السائل النيوتوني، لأنه في المحلول المركب منخفض التركيز، توجد سلاسل البوليمر بشكل مستقل عن بعضها البعض. ومع زيادة تركيز المحلول، انخفضت قيمة n للنظام المركب تدريجياً، مما يشير إلى أن زيادة التركيز عززت السلوك اللدن الكاذب للمحلول المركب. حدثت تفاعلات مثل التشابك بين مرحلة HPS ومعها، وكان سلوك تدفقها أقرب إلى سلوك ذوبان البوليمر.

عند التركيز المنخفض، يكون معامل اللزوجة K للنظام المركب صغيرًا (C < 8%، K < 1 Pa·sn)، ومع زيادة التركيز، تزداد قيمة K للنظام المركب تدريجيًا، مما يشير إلى أن لزوجة انخفض النظام المركب، وهو ما يتوافق مع اعتماد التركيز على لزوجة القص الصفرية.

2.3.3 تأثير نسبة التركيب على الخواص الريولوجية لنظام التركيب

الشكل 2-4 اللزوجة مقابل معدل القص لمحلول HPMC/HPS مع نسبة مزج مختلفة عند 25 درجة مئوية

جدول 2-2 مؤشر سلوك التدفق (n) ومؤشر اتساق السوائل (K) لمحلول HPS/HPMC مع نسبة مزج مختلفة عند 25 درجة

توضح الأشكال 2-4 تأثير نسبة المركب على اعتماد معدل القص لزوجة محلول المركب HPMC/HPS. يمكن أن نرى من الشكل أن لزوجة النظام المركب ذي المحتوى المنخفض من HPS (HPS < 20%) لا تتغير بشكل كبير مع زيادة معدل القص، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه في النظام المركب ذي المحتوى المنخفض من HPS، يكون HPMC في حالة المحلول عند درجة حرارة منخفضة هي المرحلة المستمرة. إن لزوجة النظام المركب ذو المحتوى العالي من HPS تتناقص تدريجيا مع زيادة معدل القص، مما يدل على ظاهرة ترقق القص الواضحة، مما يدل على أن المحلول المركب هو سائل كاذب. وبنفس معدل القص، تزداد لزوجة المحلول المركب مع زيادة محتوى HPS، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن HPS في حالة هلامية أكثر لزوجة عند درجة حرارة منخفضة.

استخدام قانون القدرة Ostwald-de Waele (انظر الصيغة (2-1)) لملاءمة منحنيات معدل إجهاد القص (غير موضح في النص) للأنظمة المركبة ذات النسب المركبة المختلفة، وأس التدفق n، ومعامل اللزوجة K، تظهر نتائج التركيب في الجدول 2-2. يتبين من الجدول أن 0.9869 <R2 <0.9999، نتيجة التركيب أفضل. يتناقص مؤشر التدفق n للنظام المركب تدريجياً مع زيادة محتوى HPS، بينما يظهر معامل اللزوجة K اتجاهاً متزايداً تدريجياً مع زيادة محتوى HPS، مما يشير إلى أن إضافة HPS يجعل المحلول المركب أكثر لزوجة وصعوبة التدفق . يتوافق هذا الاتجاه مع نتائج بحث Zhang، ولكن بالنسبة لنفس نسبة التركيب، تكون القيمة n للمحلول المركب أعلى من نتيجة Zhang [305]، ويرجع ذلك أساسًا إلى إجراء القص المسبق في هذه التجربة للقضاء على تأثير الانسيابية المتغيرة. يتم القضاء عليه؛ نتيجة تشانغ هي نتيجة العمل المشترك لمعدل الانسياب والقص؛ وسيتم مناقشة الفصل بين هاتين الطريقتين بالتفصيل في الفصل الخامس.

2.3.3.1 تأثير نسبة التركيب على لزوجة القص الصفرية لنظام التركيب

العلاقة بين الخواص الريولوجية لنظام مركب البوليمر المتجانس والخواص الريولوجية للمكونات في النظام تتوافق مع قاعدة الجمع اللوغاريتمي. بالنسبة للنظام المركب المكون من مكونين، يمكن التعبير عن العلاقة بين النظام المركب وكل مكون بالمعادلة التالية:

من بينها، F هي معلمة الخاصية الريولوجية للنظام المعقد؛

F1، F2 هي المعلمات الانسيابية للمكون 1 والمكون 2، على التوالي؛

∅1 و ∅2 هما الكسور الكتلية للمكون 1 والمكون 2 على التوالي، و ∅1 ∅2 .

لذلك، يمكن حساب لزوجة القص الصفرية للنظام المركب بعد التركيب بنسب مركبة مختلفة وفقًا لمبدأ الجمع اللوغاريتمي لحساب القيمة المتوقعة المقابلة. لا يزال يتم استقراء القيم التجريبية للمحاليل المركبة ذات النسب المركبة المختلفة عن طريق تركيب كارين لمنحنى معدل اللزوجة والقص. تتم مقارنة القيمة المتوقعة للزوجة القص الصفرية لنظام مركب HPMC/HPS بنسب مركبة مختلفة مع القيمة التجريبية، كما هو موضح في الشكل 2-5.

جزء الخط المنقط في الشكل هو القيمة المتوقعة للزوجة القص الصفرية للمحلول المركب التي تم الحصول عليها بواسطة قاعدة المجموع اللوغاريتمي، والرسم البياني الخطي المنقط هو القيمة التجريبية للنظام المركب بنسب مركبة مختلفة. يمكن أن نرى من الشكل أن القيمة التجريبية للمحلول المركب تظهر انحرافًا إيجابيًا سلبيًا معينًا بالنسبة لقاعدة المركب، مما يشير إلى أن النظام المركب لا يمكنه تحقيق التوافق الديناميكي الحراري، والنظام المركب عبارة عن تشتت طور مستمر عند درجة حرارة منخفضة هيكل "الجزيرة البحرية" للنظام ثنائي المرحلتين؛ ومع التخفيض المستمر لنسبة التركيب HPMC/HPS، تغيرت المرحلة المستمرة لنظام التركيب بعد أن كانت نسبة التركيب 4:6. ويتناول الفصل البحث بالتفصيل.

يمكن أن نرى بوضوح من الشكل أنه عندما تكون نسبة مركب HPMC/HPS كبيرة، يكون للنظام المركب انحراف سلبي، والذي قد يكون بسبب توزيع HPS اللزوجة العالية في حالة الطور المشتت في المرحلة المتوسطة المستمرة HPMC ذات اللزوجة المنخفضة . مع زيادة محتوى HPS، هناك انحراف إيجابي في النظام المركب، مما يدل على أن انتقال الطور المستمر يحدث في النظام المركب في هذا الوقت. تصبح HPS ذات اللزوجة العالية المرحلة المستمرة للنظام المركب، بينما يتم تشتيت HPMC في المرحلة المستمرة من HPS في حالة أكثر تجانسًا.

2.3.3.2 تأثير نسبة التركيب على سلوك السوائل لنظام التركيب

توضح الأشكال 2-6 مؤشر التدفق n للنظام المركب كدالة لمحتوى HPS. وبما أن مؤشر التدفق n تم تركيبه من إحداثيات لوغاريتمية، فإن n هنا عبارة عن مجموع خطي. يمكن أن نرى من الشكل أنه مع زيادة محتوى HPS، يتناقص مؤشر التدفق n للنظام المركب تدريجيًا، مما يشير إلى أن HPS يقلل من خصائص السائل النيوتوني للمحلول المركب ويحسن سلوك السائل الكاذب. الجزء السفلي هو حالة هلامية ذات لزوجة أعلى. كما يمكن ملاحظة من الشكل أن العلاقة بين مؤشر تدفق النظام المركب ومحتوى HPS تتوافق مع علاقة خطية (R2 هي 0.98062)، وهذا يدل على أن النظام المركب يتمتع بتوافق جيد.

2.3.3.3 تأثير نسبة التركيب على معامل اللزوجة لنظام التركيب

يوضح الشكل 2-7 معامل اللزوجة K للمحلول المركب كدالة لمحتوى HPS. يمكن أن نرى من الشكل أن قيمة K لـ HPMC النقي صغيرة جدًا، في حين أن قيمة K لـ HPMC النقي هي الأكبر، والتي ترتبط بخصائص هلام HPMC وHPS، والتي تكون في حالة المحلول والهلام على التوالي عند درجة حرارة منخفضة. عندما يكون محتوى المكون منخفض اللزوجة مرتفعًا، أي عندما يكون محتوى HPS منخفضًا، يكون معامل اللزوجة للمحلول المركب قريبًا من معامل اللزوجة المنخفض HPMC؛ بينما عندما يكون محتوى المكون عالي اللزوجة مرتفعاً فإن قيمة K للمحلول المركب تزداد مع زيادة محتوى HPS بشكل ملحوظ، مما يشير إلى أن HPS يزيد من لزوجة HPMC عند درجة حرارة منخفضة. يعكس هذا بشكل أساسي مساهمة لزوجة الطور المستمر في لزوجة النظام المركب. في حالات مختلفة حيث يكون مكون اللزوجة المنخفضة هو الطور المستمر ومكون اللزوجة العالية هو الطور المستمر، فإن مساهمة لزوجة الطور المستمر في لزوجة النظام المركب تختلف بشكل واضح. عندما تكون اللزوجة المنخفضة HPMC هي المرحلة المستمرة، فإن لزوجة النظام المركب تعكس بشكل أساسي مساهمة لزوجة الطور المستمر؛ وعندما تكون HPS عالية اللزوجة هي المرحلة المستمرة، فإن HPMC باعتبارها المرحلة المشتتة سوف تقلل من لزوجة HPS عالية اللزوجة. تأثير.

2.3.4 متغيرة الانسيابية

يمكن استخدام الانسيابية لتقييم ثبات المواد أو الأنظمة المتعددة، لأن الانسيابية يمكن أن تحصل على معلومات عن البنية الداخلية ودرجة الضرر تحت قوة القص [323-325]. يمكن أن يرتبط الانسياب المتغير بالتأثيرات الزمنية وتاريخ القص الذي يؤدي إلى تغييرات في البنية المجهرية [324، 326]. تم استخدام طريقة الانسيابية ثلاثية المراحل لدراسة تأثير نسب التركيب المختلفة على الخواص المتغيرة الانسيابية لنظام المركب. كما يتبين من الأشكال 2-5، أظهرت جميع العينات درجات مختلفة من الانسيابية. عند معدلات القص المنخفضة، زادت لزوجة المحلول المركب بشكل ملحوظ مع زيادة محتوى HPS، والذي كان متسقًا مع تغير اللزوجة الصفرية مع محتوى HPS.

يتم حساب درجة الاسترداد الهيكلي DSR للعينات المركبة في أوقات الاسترداد المختلفة بالصيغة (2-3)، كما هو موضح في الجدول 2-1. إذا كان DSR < 1، تكون العينة ذات مقاومة قص منخفضة، وتكون العينة متغيرة الانسيابية؛ على العكس من ذلك، إذا كان DSR > 1، فإن العينة تحتوي على مضاد للتغير المتغير. من الجدول، يمكننا أن نرى أن قيمة DSR لـ HPMC النقي عالية جدًا، تقريبًا 1، وذلك لأن جزيء HPMC عبارة عن سلسلة صلبة، ووقت استرخائها قصير، ويتم استعادة الهيكل بسرعة تحت قوة القص العالية. قيمة DSR لـ HPS منخفضة نسبيًا، مما يؤكد خصائصها القوية المتغيرة، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن HPS عبارة عن سلسلة مرنة ووقت استرخائها طويل. لم يتعاف الهيكل بالكامل خلال الإطار الزمني للاختبار.

بالنسبة للمحلول المركب، في نفس وقت الاسترداد، عندما يكون محتوى HPMC أكبر من 70%، يتناقص DSR بسرعة مع زيادة محتوى HPS، لأن السلسلة الجزيئية HPS عبارة عن سلسلة مرنة، وعدد السلاسل الجزيئية الصلبة في النظام المركب يزداد مع إضافة HPS. إذا تم تقليله، فسيتم إطالة وقت استرخاء الجزء الجزيئي الكلي للنظام المركب، ولا يمكن استعادة الانسيابية للنظام المركب بسرعة تحت تأثير القص العالي. عندما يكون محتوى HPMC أقل من 70%، فإن DSR يزداد مع زيادة محتوى HPS، مما يشير إلى وجود تفاعل بين السلاسل الجزيئية لـ HPS وHPMC في النظام المركب، مما يحسن الصلابة الكلية للجزيئات. يتم تقليل الأجزاء الموجودة في النظام المركب وتقصير وقت استرخاء النظام المركب، ويتم تقليل الانسيابية.

بالإضافة إلى ذلك، كانت قيمة DSR للنظام المركب أقل بكثير من قيمة HPMC النقي، مما يشير إلى أن تسييل HPMC قد تحسن بشكل ملحوظ عن طريق المركب. كانت قيم DSR لمعظم العينات في النظام المركب أكبر من قيم HPS النقي، مما يشير إلى تحسن استقرار HPS إلى حد ما.

يمكن أيضًا ملاحظة من الجدول أنه في أوقات الاسترداد المختلفة، تظهر جميع قيم DSR أدنى نقطة عندما يكون محتوى HPMC 70%، وعندما يكون محتوى النشا أكبر من 60%، تكون قيمة DSR للمجمع أعلى من أن HPS النقي. تكون قيم DSR خلال 10 ثوانٍ لجميع العينات قريبة جدًا من قيم DSR النهائية، مما يشير إلى أن بنية النظام المركب أكملت بشكل أساسي معظم مهام استعادة البنية خلال 10 ثوانٍ. ومن الجدير بالذكر أن العينات المركبة ذات المحتوى العالي من HPS أظهرت اتجاهاً للزيادة في البداية ثم التناقص مع إطالة وقت الاسترداد، مما يدل على أن العينات المركبة أظهرت أيضاً درجة معينة من الانسيابية تحت تأثير القص المنخفض، و هيكلها أكثر غير مستقرة.

يتوافق التحليل النوعي للحلقة المتغيرة الانسيابية مع نتائج اختبار الحلقة المتغيرة الانسيابية المُبلغ عنها، لكن نتائج التحليل الكمي غير متوافقة مع نتائج اختبار الحلقة المتغيرة الانسيابية. تم قياس الانسيابية لنظام مركب HPMC/HPS بطريقة الحلقة المتغيرة الانسيابية مع زيادة محتوى HPS [305]. انخفض الانحطاط أولاً ثم زاد. يمكن لاختبار الحلقة المتغيرة الانسيابية أن يتكهن فقط بوجود ظاهرة متغيرة الانسيابية، لكنه لا يستطيع تأكيدها، لأن الحلقة المتغيرة الانسيابية هي نتيجة العمل المتزامن لوقت القص ومعدل القص [325-327].

2.4 ملخص هذا الفصل

في هذا الفصل، تم استخدام الهلام الحراري HPMC والهلام البارد HPS كمواد خام رئيسية لبناء نظام مركب ثنائي الطور من الهلام البارد والساخن. تأثير الخواص الريولوجية مثل اللزوجة ونمط التدفق والتغير المتغير. وفقًا للعلاقة المشتركة بين الحالات المختلفة وتركيزات البوليمرات في المحلول، يُقترح نموذج الحالة الجزيئية لنظام مركب HPMC/HPS في محلول درجة حرارة منخفضة. استناداً إلى مبدأ الجمع اللوغاريتمي لخصائص المكونات المختلفة في النظام المركب، تمت دراسة توافق النظام المركب. النتائج الرئيسية هي كما يلي:

1. أظهرت جميع العينات المركبة ذات التراكيز المختلفة درجة معينة من ترقق القص، وتزداد درجة ترقق القص مع زيادة التركيز.
2. مع زيادة التركيز، انخفض مؤشر التدفق للنظام المركب، وزاد معامل اللزوجة واللزوجة صفر القص، مما يشير إلى تعزيز السلوك الشبيه بالصلب للنظام المركب.
3. يوجد تركيز حرج (8%) في نظام مركب HPMC/HPS، أقل من التركيز الحرج، ويتم فصل السلاسل الجزيئية HPMC ومنطقة طور الجل HPMC في المحلول المركب عن بعضها البعض وتوجد بشكل مستقل؛ عندما يتم الوصول إلى التركيز الحرج، في المحلول المركب، تتشكل حالة ميكروجيل مع مرحلة HPS كمركز هلام، وتتشابك السلاسل الجزيئية HPMC وتتصل ببعضها البعض؛ فوق التركيز الحرج، تكون سلاسل الجزيئات الكبيرة HPMC المزدحمة وتشابكها مع منطقة مرحلة HPS أكثر تعقيدًا، ويكون التفاعل أكثر تعقيدًا. أكثر كثافة، وبالتالي فإن المحلول يتصرف مثل ذوبان البوليمر.
4. نسبة التركيب لها تأثير كبير على الخواص الريولوجية لمحلول مركب HPMC/HPS. مع زيادة محتوى HPS، أصبحت ظاهرة ترقق القص للنظام المركب أكثر وضوحًا، ويتناقص مؤشر التدفق تدريجيًا، وتزداد اللزوجة الصفرية ومعامل اللزوجة تدريجيًا. يزيد، مما يشير إلى أن السلوك الشبيه بالصلب للمجمع قد تحسن بشكل ملحوظ.
5. تُظهر لزوجة القص الصفرية للنظام المركب انحرافًا إيجابيًا سلبيًا معينًا بالنسبة لقاعدة الجمع اللوغاريتمي. النظام المركب عبارة عن نظام ثنائي الطور مع بنية "جزيرة بحرية" ذات طور متناثر ومستمر عند درجة حرارة منخفضة، ومع انخفاض نسبة مركب HPMC/HPS بعد 4:6، تغيرت المرحلة المستمرة لنظام المركب.
6. توجد علاقة خطية بين مؤشر التدفق ونسبة التركيب للمحاليل المركبة بنسب مركبة مختلفة، مما يدل على أن نظام التركيب يتمتع بتوافق جيد.
7. بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS، عندما يكون المكون منخفض اللزوجة هو الطور المستمر والمكون عالي اللزوجة هو الطور المستمر، فإن مساهمة لزوجة الطور المستمر في لزوجة النظام المركب تختلف بشكل كبير. عندما يكون HPMC منخفض اللزوجة هو الطور المستمر، فإن لزوجة النظام المركب تعكس بشكل أساسي مساهمة لزوجة الطور المستمر؛ بينما عندما تكون HPS عالية اللزوجة هي المرحلة المستمرة، فإن HPMC كمرحلة تشتيت سوف تقلل من لزوجة HPS عالية اللزوجة. تأثير.
8. تم استخدام الانسيابية ثلاثية المراحل لدراسة تأثير نسبة التركيب على الانسيابية في النظام المركب. أظهر تغير الانسيابية في النظام المركب اتجاهًا للتناقص أولاً ثم الزيادة مع انخفاض نسبة مركب HPMC/HPS.
9. تظهر النتائج التجريبية المذكورة أعلاه أنه من خلال تركيب HPMC وHPS، تمت موازنة الخصائص الريولوجية للمكونين، مثل اللزوجة وظاهرة ترقق القص والتغير المتغير إلى حد ما.

الفصل الثالث تحضير وخصائص الأغشية المركبة الصالحة للأكل HPMC/HPS

يعد تركيب البوليمر الطريقة الأكثر فعالية لتحقيق تكامل الأداء متعدد المكونات، وتطوير مواد جديدة ذات أداء ممتاز، وخفض أسعار المنتجات، وتوسيع نطاق تطبيق المواد [240-242، 328]. بعد ذلك، نظرًا لوجود اختلافات معينة في البنية الجزيئية والانتروبيا التوافقية بين البوليمرات المختلفة، فإن معظم أنظمة تركيب البوليمرات غير متوافقة أو متوافقة جزئيًا [11، 12]. ترتبط الخواص الميكانيكية والخصائص العيانية الأخرى لنظام مركب البوليمر ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل مكون، ونسبة التركيب لكل مكون، والتوافق بين المكونات، والبنية المجهرية الداخلية وعوامل أخرى [240، 329].

من وجهة نظر التركيب الكيميائي، فإن كلا من HPMC وHPS عبارة عن كوردلان محب للماء، ولهما نفس الوحدة الهيكلية - الجلوكوز، ويتم تعديلهما بواسطة نفس المجموعة الوظيفية - مجموعة الهيدروكسي بروبيل، لذلك يجب أن يكون لدى HPMC وHPS مرحلة جيدة. السعة. ومع ذلك، HPMC عبارة عن هلام مستحث حراريًا، وهو في حالة محلول بلزوجة منخفضة جدًا عند درجة حرارة منخفضة، ويشكل مادة غروانية عند درجة حرارة عالية؛ HPS عبارة عن جل ناتج عن البرد، وهو عبارة عن جل ذو درجة حرارة منخفضة ويكون في حالة محلول عند درجة حرارة عالية؛ ظروف وسلوك الجل معاكسة تمامًا. لا يؤدي تفاقم HPMC وHPS إلى تكوين نظام متجانس يتمتع بتوافق جيد. مع الأخذ في الاعتبار كل من التركيب الكيميائي والديناميكا الحرارية، من الأهمية النظرية الكبيرة والقيمة العملية لمركب HPMC مع HPS لإنشاء نظام مركب هلامي بارد وساخن.

يركز هذا الفصل على دراسة الخصائص الكامنة للمكونات في نظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS، ونسبة التركيب والرطوبة النسبية للبيئة على الشكل المجهري، والتوافق وفصل الطور، والخواص الميكانيكية، والخصائص البصرية. وخصائص الهبوط الحراري للنظام المركب. وتأثير الخصائص العيانية مثل خصائص حاجز الأكسجين.

3.1 المواد والمعدات

3.1.1 المواد التجريبية الرئيسية

3.1.2 الأدوات والمعدات الرئيسية

3.2 الطريقة التجريبية

3.2.1 تحضير الفيلم المركب القابل للأكل HPMC/HPS

تم خلط المسحوق الجاف بنسبة 15% (وزن/وزن) من HPMC وHPS مع 3% (وزن/وزن) وتم تركيب ملدن البولي إيثيلين جلايكول في ماء منزوع الأيونات للحصول على سائل تكوين الفيلم المركب، والفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/ تم تحضير HPS بطريقة الصب.

طريقة التحضير: قم أولاً بوزن المسحوق الجاف HPMC وHPS، وخلطهما بنسب مختلفة؛ ثم تضاف إلى 70 درجة مئوية من الماء، ويقلب بسرعة عند 120 دورة في الدقيقة / دقيقة لمدة 30 دقيقة لتفريق HPMC بالكامل؛ ثم قم بتسخين المحلول إلى ما فوق 95 درجة مئوية، وحركه بسرعة بنفس السرعة لمدة ساعة واحدة لجيلاتين HPS بالكامل؛ بعد اكتمال عملية الجلتنة، تنخفض درجة حرارة المحلول بسرعة إلى 70 درجة مئوية، ويقلب المحلول بسرعة بطيئة تبلغ 80 دورة في الدقيقة لمدة 40 دقيقة. حل HPMC بالكامل. صب 20 جم من محلول تشكيل الفيلم المختلط في طبق بتري من البوليسترين بقطر 15 سم، ثم قم بصبه بشكل مسطح، وجففه عند درجة حرارة 37 درجة مئوية. يتم تقشير الفيلم المجفف من القرص للحصول على غشاء مركب صالح للأكل.

تمت معايرة جميع الأفلام الصالحة للأكل عند رطوبة 57% لأكثر من 3 أيام قبل الاختبار، وتمت معايرة جزء الفيلم الصالح للأكل المستخدم لاختبار الخصائص الميكانيكية عند رطوبة 75% لأكثر من 3 أيام.

3.2.2 الشكل الدقيق للفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS

3.2.2.1 مبدأ تحليل المجهر الإلكتروني الماسح

يمكن لمسدس الإلكترون الموجود أعلى المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن ينبعث منه كمية كبيرة من الإلكترونات. وبعد اختزاله وتركيزه، يمكن أن يشكل شعاعًا إلكترونيًا بطاقة وكثافة معينة. مدفوعًا بالمجال المغناطيسي لملف المسح، وفقًا لترتيب زمني ومكاني معين، قم بمسح سطح العينة نقطة بنقطة. ونظرًا للاختلاف في خصائص المنطقة الدقيقة السطحية، فإن التفاعل بين العينة وشعاع الإلكترون سيولد إشارات إلكترونية ثانوية ذات شدة مختلفة، والتي يجمعها الكاشف ويحولها إلى إشارات كهربائية يتم تضخيمها بالفيديو وإدخالها إلى شبكة أنبوب الصورة، بعد ضبط سطوع أنبوب الصورة، يمكن الحصول على صورة إلكترونية ثانوية يمكن أن تعكس شكل وخصائص المنطقة الدقيقة على سطح العينة. بالمقارنة مع المجاهر الضوئية التقليدية، فإن دقة SEM عالية نسبيًا، حوالي 3 نانومتر -6 نانومتر من الطبقة السطحية للعينة، وهي أكثر ملاءمة لمراقبة ميزات البنية الدقيقة على سطح المواد.

3.2.2.2 طريقة الاختبار

تم وضع الفيلم الصالح للأكل في مجفف للتجفيف، وتم اختيار حجم مناسب للفيلم الصالح للأكل، ولصقه على مرحلة العينة الخاصة SEM بمادة لاصقة موصلة، ثم مطلي بالذهب بطبقة فراغية. أثناء الاختبار، تم وضع العينة في SEM، وتم ملاحظة الشكل المجهري للعينة وتصويرها بتكبير 300 مرة و1000 مرة تحت جهد تسريع شعاع الإلكترون البالغ 5 كيلو فولت.

3.2.3 نفاذية الضوء للفيلم المركب القابل للأكل HPMC/HPS

3.2.3.1 مبدأ تحليل القياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية

يمكن لمقياس الطيف الضوئي UV-Vis أن ينبعث ضوءًا بطول موجي يتراوح من 200 إلى 800 نانومتر ويقوم بإشعاعه على الجسم. تمتص المادة بعض الأطوال الموجية المحددة للضوء الموجود في الضوء الساقط، ويحدث انتقال لمستوى طاقة الاهتزازات الجزيئية وانتقال لمستوى الطاقة الإلكتروني. وبما أن كل مادة لها هياكل مكانية جزيئية وذرية وجزيئية مختلفة، فإن كل مادة لها طيف امتصاص خاص بها، ويمكن تحديد أو تحديد محتوى المادة وفقا لمستوى الامتصاص عند بعض الأطوال الموجية المحددة على طيف الامتصاص. ولذلك، يعد التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية أحد الوسائل الفعالة لدراسة تركيب المواد وبنيتها وتفاعلها.

عندما يضرب شعاع من الضوء جسمًا ما، يمتص الجسم جزءًا من الضوء الساقط، وينتقل الجزء الآخر من الضوء الساقط عبر الجسم؛ نسبة شدة الضوء المرسلة إلى شدة الضوء الساقط هي النفاذية.

صيغة العلاقة بين الامتصاص والنفاذية هي:

من بينها، أ هو الامتصاص؛

T هو النفاذية،٪.

تم تصحيح الامتصاص النهائي بشكل موحد عن طريق الامتصاص × 0.25 مم / سمك.

3.2.3.2 طريقة الاختبار

إعداد 5% HPMC وHPS الحلول، ومزجها وفقا لنسب مختلفة، وصب 10 غرام من محلول تشكيل الفيلم في طبق بيتري البوليسترين التي يبلغ قطرها 15 سم، وتجفيفها عند 37 درجة مئوية لتشكيل فيلم. قم بقطع الغشاء الصالح للأكل إلى شريط مستطيل مقاس 1 مم × 3 مم، ثم ضعه في الكوفيت، واجعل الغشاء الصالح للأكل قريبًا من الجدار الداخلي للكفيت. تم استخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية WFZ UV-3802 لمسح العينات عند الطول الموجي الكامل 200-800 نانومتر، وتم اختبار كل عينة 5 مرات.

3.2.4 الخواص الميكانيكية الحرارية الديناميكية للأغشية المركبة الصالحة للأكل HPMC/HPS

3.2.4.1 مبدأ التحليل الديناميكي الحراري

التحليل الميكانيكي الحراري الديناميكي (DMA) هو أداة يمكنها قياس العلاقة بين كتلة العينة ودرجة حرارتها تحت حمل صدمة معين ودرجة الحرارة المبرمجة، ويمكنها اختبار الخواص الميكانيكية للعينة تحت تأثير الضغط والوقت المتناوبين الدوريين، درجة الحرارة ودرجة الحرارة. علاقة التردد.

تتميز البوليمرات الجزيئية العالية بخصائص لزجة مرنة، يمكنها تخزين الطاقة الميكانيكية مثل المطاط الصناعي من ناحية، واستهلاك الطاقة مثل المخاط من ناحية أخرى. عند تطبيق القوة المتناوبة الدورية، يحول الجزء المرن الطاقة إلى طاقة محتملة ويخزنها؛ بينما الجزء اللزج يحول الطاقة إلى طاقة حرارية ويفقدها. تظهر مواد البوليمر بشكل عام حالتين من الحالة الزجاجية ذات درجة الحرارة المنخفضة والحالة المطاطية ذات درجة الحرارة المرتفعة، ودرجة حرارة الانتقال بين الحالتين هي درجة حرارة التحول الزجاجي. تؤثر درجة حرارة التزجج بشكل مباشر على بنية المواد وخصائصها، وهي واحدة من أهم درجات الحرارة المميزة للبوليمرات.

من خلال تحليل الخواص الميكانيكية الحرارية الديناميكية للبوليمرات، يمكن ملاحظة اللزوجة المرنة للبوليمرات، ويمكن الحصول على المعلمات المهمة التي تحدد أداء البوليمرات، بحيث يمكن تطبيقها بشكل أفضل على بيئة الاستخدام الفعلي. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر التحليل الميكانيكي الحراري الديناميكي حساسًا للغاية للتزجج، وفصل الطور، والربط المتبادل، والتبلور، والحركة الجزيئية على جميع مستويات الأجزاء الجزيئية، ويمكنه الحصول على الكثير من المعلومات حول بنية البوليمرات وخصائصها. وغالبا ما يستخدم لدراسة جزيئات البوليمرات. سلوك الحركة. وباستخدام وضع اكتساح درجة الحرارة في DMA، يمكن اختبار حدوث تحولات الطور مثل التزجج. بالمقارنة مع DSC، يتميز DMA بحساسية أعلى وهو أكثر ملاءمة لتحليل المواد التي تحاكي الاستخدام الفعلي.

3.2.4.2 طريقة الاختبار

اختيار عينات نظيفة وموحدة ومسطحة وغير تالفة، وتقطيعها إلى شرائح مستطيلة مقاس 10 مم × 20 مم. تم اختبار العينات في وضع الشد باستخدام محلل ميكانيكي حراري ديناميكي Pydris Diamond من شركة PerkinElmer، الولايات المتحدة الأمريكية. كان نطاق درجة حرارة الاختبار 25 ~ 150 درجة مئوية، وكان معدل التسخين 2 درجة مئوية / دقيقة، وكان التردد 1 هرتز، وتم تكرار الاختبار مرتين لكل عينة. أثناء التجربة، تم تسجيل معامل التخزين (E') ومعامل الخسارة (E") للعينة، ويمكن أيضًا حساب نسبة معامل الخسارة إلى معامل التخزين، أي زاوية الظل tan δ.

3.2.5 الثبات الحراري للأغشية المركبة الصالحة للأكل HPMC/HPS

3.2.5.1 مبدأ التحليل الوزني الحراري

يمكن لمحلل الوزن الحراري (TGA) قياس التغير في كتلة العينة مع درجة الحرارة أو الوقت عند درجة حرارة مبرمجة، ويمكن استخدامه لدراسة التبخر المحتمل والذوبان والتسامي والجفاف والتحلل والأكسدة للمواد أثناء عملية التسخين . وغيرها من الظواهر الفيزيائية والكيميائية. يسمى منحنى العلاقة بين كتلة المادة ودرجة الحرارة (أو الوقت) الذي تم الحصول عليه مباشرة بعد اختبار العينة بقياس الوزن الحراري (منحنى TGA). فقدان الوزن وغيرها من المعلومات. يمكن الحصول على منحنى قياس الوزن الحراري المشتق (منحنى DTG) بعد الاشتقاق من الدرجة الأولى لمنحنى TGA، والذي يعكس تغير معدل فقدان الوزن للعينة المختبرة مع درجة الحرارة أو الوقت، ونقطة الذروة هي النقطة القصوى للثابت معدل.

3.2.5.2 طريقة الاختبار

حدد الفيلم الصالح للأكل بسمك موحد، وقم بتقطيعه إلى دائرة بنفس قطر قرص اختبار محلل قياس الحرارة الحراري، ثم ضعه بشكل مسطح على قرص الاختبار، واختبره في جو من النيتروجين بمعدل تدفق 20 مل / دقيقة . كان نطاق درجة الحرارة 30-700 درجة مئوية، وكان معدل التسخين 10 درجات مئوية / دقيقة، وتم اختبار كل عينة مرتين.

3.2.6.1 مبدأ تحليل خاصية الشد

3.2.6 خصائص الشد للأغشية المركبة الصالحة للأكل HPMC/HPS

يمكن لجهاز اختبار الخصائص الميكانيكية تطبيق حمل شد ثابت على الشريحة على طول المحور الطولي تحت ظروف درجة حرارة ورطوبة وسرعة محددة حتى يتم كسر الشريحة. أثناء الاختبار، تم تسجيل الحمل المطبق على الشريحة ومقدار التشوه بواسطة اختبار الخصائص الميكانيكية، وتم رسم منحنى الإجهاد والانفعال أثناء تشوه الشد للخط. من منحنى الإجهاد والانفعال، يمكن حساب قوة الشد (ζt)، والاستطالة عند الكسر (εb) ومعامل المرونة (E) لتقييم خصائص الشد للفيلم.

يمكن عمومًا تقسيم علاقة الإجهاد والانفعال للمواد إلى قسمين: منطقة التشوه المرنة ومنطقة التشوه البلاستيكي. في منطقة التشوه المرنة، يكون لضغط وسلالة المادة علاقة خطية، ويمكن استعادة التشوه بالكامل في هذا الوقت، وهو ما يتماشى مع قانون كوك؛ في منطقة التشوه البلاستيكي، لم يعد إجهاد وسلالة المادة خطيين، والتشوه الذي يحدث في هذا الوقت لا رجعة فيه، وفي النهاية تنكسر المادة.

صيغة حساب قوة الشد ：

حيث: هي قوة الشد، MPa؛

p هو الحمولة القصوى أو حمولة الكسر، N؛

ب هو عرض العينة، مم؛

د هو سمك العينة، مم.

صيغة حساب الاستطالة عند الاستراحة:

حيث: εb هو الاستطالة عند الكسر، %؛

L هي المسافة بين خطوط العلامات عند كسر العينة، مم؛

L0 هو طول المقياس الأصلي للعينة، مم.

صيغة حساب معامل المرونة:

من بينها: E هو المعامل المرن، MPa؛

ζ هو الإجهاد، MPa؛

ε هو السلالة.

3.2.6.2 طريقة الاختبار

حدد عينات نظيفة وموحدة ومسطحة وغير تالفة، وراجع المعيار الوطني GB13022-91، وقم بتقطيعها إلى شرائح على شكل دمبل بطول إجمالي 120 مم، ومسافة أولية بين التركيبات 86 مم، ومسافة بين العلامات 40 مم، و عرض 10 ملم. تم وضع الشرائح عند نسبة رطوبة 75% و57% (في جو من كلوريد الصوديوم المشبع ومحلول بروميد الصوديوم)، وتمت معايرتها لأكثر من 3 أيام قبل القياس. في هذه التجربة، تم استخدام جهاز اختبار الخصائص الميكانيكية ASTM D638, 5566 لشركة Instron Corporation بالولايات المتحدة ومشبك هوائي 2712-003 للاختبار. وكانت سرعة الشد 10 ملم/دقيقة، وتم تكرار العينة 7 مرات، وتم حساب القيمة المتوسطة.

3.2.7 نفاذية الأكسجين للفيلم المركب القابل للأكل HPMC/HPS

3.2.7.1 مبدأ تحليل نفاذية الأكسجين

بعد تثبيت عينة الاختبار، يتم تقسيم تجويف الاختبار إلى قسمين، A وB؛ يتم تمرير تدفق الأكسجين عالي النقاء بمعدل تدفق معين إلى التجويف A، ويتم تمرير تدفق النيتروجين بمعدل تدفق معين إلى التجويف B؛ أثناء عملية الاختبار، يتخلل التجويف A الأكسجين من خلال العينة إلى التجويف B، ويتم حمل الأكسجين المتسلل إلى التجويف B بواسطة تدفق النيتروجين ويترك التجويف B للوصول إلى مستشعر الأكسجين. يقوم مستشعر الأكسجين بقياس محتوى الأكسجين في تدفق النيتروجين ويخرج إشارة كهربائية مقابلة، وبالتالي حساب عينة الأكسجين. النفاذية.

3.2.7.2 طريقة الاختبار

اختيار الأفلام المركبة الصالحة للأكل غير التالفة، وقطعها إلى 10.16 × 10.16 سم عينات على شكل الماس، ومعطف أسطح حافة المشابك مع الشحوم فراغ، والمشبك العينات إلى كتلة الاختبار. تم اختبارها وفقًا للمواصفة ASTM D-3985، كل عينة لها مساحة اختبار تبلغ 50 سم2.

3.3 النتائج والمناقشة

3.3.1 تحليل البنية المجهرية للأفلام المركبة الصالحة للأكل

التفاعل بين مكونات السائل المكون للفيلم وظروف التجفيف - يحدد البنية النهائية للفيلم ويؤثر بشكل خطير على الخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة للفيلم [330، 331]. يمكن أن تؤثر خصائص الهلام المتأصلة ونسبة التركيب لكل مكون على شكل المركب، مما يؤثر أيضًا على البنية السطحية والخصائص النهائية للغشاء [301، 332]. ولذلك، يمكن أن يوفر التحليل المجهري للأفلام معلومات ذات صلة حول إعادة الترتيب الجزيئي لكل مكون، والذي بدوره يمكن أن يساعدنا على فهم خصائص الحاجز، والخواص الميكانيكية، والخصائص البصرية للأفلام بشكل أفضل.

تظهر الصور المجهرية السطحية للمجهر الإلكتروني للأفلام الصالحة للأكل HPS/HPMC بنسب مختلفة في الشكل 3-1. كما يتبين من الشكل 3-1، أظهرت بعض العينات شقوقًا دقيقة على السطح، والتي قد تكون ناجمة عن انخفاض الرطوبة في العينة أثناء الاختبار، أو عن طريق هجوم شعاع الإلكترون في تجويف المجهر [122 ، 139]. في الشكل، غشاء HPS نقي وHPMC نقي. أظهرت الأغشية أسطحًا مجهرية ناعمة نسبيًا، وكانت البنية المجهرية لأغشية HPS النقية أكثر تجانسًا وأكثر سلاسة من أغشية HPMC النقية، والتي قد ترجع بشكل أساسي إلى جزيئات النشا الكبيرة (جزيئات الأميلوز وجزيئات الأميلوبكتين) أثناء عملية التبريد.) حققت إعادة ترتيب جزيئي أفضل. في محلول مائي. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن نظام أميلوز-أميلوبكتين-الماء في عملية التبريد

قد تكون هناك آلية تنافسية بين تكوين الهلام وفصل الطور. إذا كان معدل فصل الطور أقل من معدل تكوين الهلام، فلن يحدث فصل الطور في النظام، وإلا سيحدث فصل الطور في النظام [333، 334]. علاوة على ذلك، عندما يتجاوز محتوى الأميلوز 25%، فإن جلتنة الأميلوز وبنية شبكة الأميلوز المستمرة يمكن أن تمنع بشكل كبير ظهور فصل الطور [334]. يبلغ محتوى الأميلوز من HPS المستخدم في هذه الورقة 80%، وهو أعلى بكثير من 25%، مما يوضح بشكل أفضل ظاهرة أن أغشية HPS النقية أكثر تجانسًا وأكثر سلاسة من أغشية HPMC النقية.

يمكن ملاحظة من مقارنة الأرقام أن أسطح جميع الأفلام المركبة خشنة نسبيًا، وبعض النتوءات غير المنتظمة متناثرة، مما يشير إلى وجود درجة معينة من عدم الامتزاج بين HPMC وHPS. علاوة على ذلك، أظهرت الأغشية المركبة ذات المحتوى العالي من HPMC بنية أكثر تجانسًا من تلك التي تحتوي على نسبة عالية من HPS. التكثيف القائم على HPS عند درجة حرارة تكوين الفيلم 37 درجة مئوية

استناداً إلى خصائص هلام، قدمت HPS حالة هلام لزج؛ بينما يعتمد HPMC على خصائص الجل الحراري لـ HPMC، فقد قدم حالة محلول تشبه الماء. في الغشاء المركب الذي يحتوي على نسبة عالية من HPS (7:3 HPS/HPMC)، يكون HPS اللزج هو الطور المستمر، ويتم تشتيت HPMC الشبيه بالماء في الطور المستمر HPS عالي اللزوجة كمرحلة مشتتة، وهو أمر غير مناسب إلى التوزيع الموحد للمرحلة المشتتة ; في الفيلم المركب الذي يحتوي على محتوى HPMC عالي (3:7 HPS/HPMC)، يتحول HPMC منخفض اللزوجة إلى الطور المستمر، ويتم تشتيت HPMC اللزج في مرحلة HPMC منخفضة اللزوجة كمرحلة مشتتة، وهو ما يفضي إلى تشكيل مرحلة متجانسة. نظام مركب.

يمكن أن نرى من الشكل أنه على الرغم من أن جميع الأفلام المركبة تظهر هياكل سطحية خشنة وغير متجانسة، إلا أنه لم يتم العثور على واجهة طور واضحة، مما يشير إلى أن HPMC وHPS يتمتعان بتوافق جيد. أظهرت الأفلام المركبة HPMC/النشا بدون مواد ملدنة مثل PEG فصلًا واضحًا للطور [301]، مما يشير إلى أن كلا من تعديل الهيدروكسي بروبيل للنشا وملدنات PEG يمكن أن يحسن توافق النظام المركب.

3.3.2 تحليل الخصائص البصرية للأفلام المركبة الصالحة للأكل

تم اختبار خصائص نقل الضوء للأغشية المركبة الصالحة للأكل من HPMC/HPS بنسب مختلفة بواسطة مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية، ويظهر أطياف الأشعة فوق البنفسجية في الشكل 3-2. كلما كانت قيمة نفاذية الضوء أكبر، كلما كان الفيلم أكثر اتساقًا وشفافية؛ على العكس من ذلك، كلما كانت قيمة نفاذية الضوء أصغر، كلما كان الفيلم غير متساوٍ وغير شفاف. ويتبين من الشكل 3-2 (أ) أن جميع الأفلام المركبة تظهر اتجاها مماثلا مع زيادة الطول الموجي للمسح في نطاق المسح للطول الموجي الكامل، وتزداد نفاذية الضوء تدريجيا مع زيادة الطول الموجي. عند 350 نانومتر، تميل المنحنيات إلى الهضبة.

حدد النفاذية عند الطول الموجي 500 نانومتر للمقارنة، كما هو موضح في الشكل 3-2(ب)، تكون نفاذية فيلم HPS النقي أقل من نفاذية فيلم HPMC النقي، ومع زيادة محتوى HPMC، تنخفض النفاذية أولاً، ثم تزداد بعد الوصول إلى الحد الأدنى للقيمة. عندما زاد محتوى HPMC إلى 70%، كانت نفاذية الضوء للفيلم المركب أكبر من HPS النقي. ومن المعروف أن النظام المتجانس سيظهر نفاذية أفضل للضوء، وتكون قيمة النفاذية المقاسة بالأشعة فوق البنفسجية أعلى بشكل عام؛ تكون المواد غير المتجانسة عمومًا أكثر عتامة ولها قيم نفاذية أقل للأشعة فوق البنفسجية. كانت قيم النفاذية للأفلام المركبة (7:3، 5:5) أقل من تلك الخاصة بأفلام HPS وHPMC النقية، مما يشير إلى وجود درجة معينة من فصل الطور بين مكوني HPS وHPMC.

شكل 3-2 أطياف الأشعة فوق البنفسجية عند جميع الأطوال الموجية (أ)، وعند 500 نانومتر (ب)، للأفلام الممزوجة HPS/HPMC. يمثل الشريط الانحرافات المعيارية المتوسطة. ac: تختلف الحروف المختلفة بشكل كبير مع نسبة مزج مختلفة (p <0.05)، مطبقة في الرسالة الكاملة

3.3.3 التحليل الديناميكي الحراري للأغشية المركبة الصالحة للأكل

يوضح الشكل 3-3 الخواص الميكانيكية الحرارية الديناميكية للأغشية الصالحة للأكل من HPMC/HPS بتركيبات مختلفة. ويتبين من الشكل 3-3(أ) أن معامل التخزين (E') يتناقص مع زيادة محتوى HPMC. بالإضافة إلى ذلك، انخفض معامل تخزين جميع العينات تدريجيًا مع زيادة درجة الحرارة، فيما عدا أن معامل تخزين فيلم HPS النقي (10:0) زاد قليلاً بعد زيادة درجة الحرارة إلى 70 درجة مئوية. عند درجة حرارة عالية، بالنسبة للفيلم المركب الذي يحتوي على نسبة عالية من HPMC، فإن معامل تخزين الفيلم المركب له اتجاه هبوطي واضح مع زيادة درجة الحرارة؛ بينما بالنسبة للعينة ذات المحتوى العالي من HPS، فإن معامل التخزين يتناقص قليلاً فقط مع زيادة درجة الحرارة.

الشكل. 3-3 معامل التخزين (E′) (a) وظل الخسارة (tan δ) (b) لأغشية مزيج HPS/HPMC

يمكن أن نرى من الشكل 3-3(ب) أن العينات التي تحتوي على محتوى HPMC أعلى من 30% (5:5، 3:7، 0:10) تظهر جميعها ذروة التزجج، ومع زيادة محتوى HPMC، أثناء التزجج، تحولت درجة حرارة التحول إلى درجة حرارة عالية، مما يشير إلى انخفاض مرونة سلسلة البوليمر HPMC. من ناحية أخرى، يُظهر غشاء HPS النقي ذروة غلاف كبيرة تبلغ حوالي 67 درجة مئوية، في حين أن الغشاء المركب الذي يحتوي على 70% من HPS لا يحتوي على تزجج واضح. قد يكون هذا بسبب وجود درجة معينة من التفاعل بين HPMC وHPS، وبالتالي تقييد حركة الأجزاء الجزيئية من HPMC وHPS.

3.3.4 تحليل الثبات الحراري للأغشية المركبة الصالحة للأكل

الشكل. 3-4 منحنيات TGA (أ) ومنحنياتها المشتقة (DTG) (ب) لأغشية مزيج HPS/HPMC

تم اختبار الثبات الحراري للفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS بواسطة محلل قياس الوزن الحراري. يوضح الشكل 3-4 منحنى قياس الوزن الحراري (TGA) ومنحنى معدل فقدان الوزن (DTG) للفيلم المركب. من منحنى TGA في الشكل 3-4(أ)، يمكن ملاحظة أن عينات الغشاء المركب ذات النسب المختلفة تظهر مرحلتين واضحتين للتغير الوزني الحراري مع زيادة درجة الحرارة. يؤدي تطاير الماء الممتص بواسطة جزيء السكاريد الكبير إلى مرحلة صغيرة من فقدان الوزن عند 30-180 درجة مئوية قبل حدوث التدهور الحراري الفعلي. بعد ذلك، هناك مرحلة أكبر لفقدان الوزن عند 300 ~ 450 درجة مئوية، وهنا مرحلة التحلل الحراري لـ HPMC وHPS.

من منحنيات DTG في الشكل 3-4(ب)، يمكن ملاحظة أن درجات حرارة ذروة التدهور الحراري لـ HPS النقي وHPMC النقي هي 338 درجة مئوية و400 درجة مئوية، على التوالي، وأن درجة حرارة ذروة التدهور الحراري لـ HPMC النقي هي 338 درجة مئوية و400 درجة مئوية، على التوالي. أعلى من HPS، مما يشير إلى أن HPMC ثبات حراري أفضل من HPS. عندما كان محتوى HPMC 30٪ (7:3)، ظهرت ذروة واحدة عند 347 درجة مئوية، وهو ما يتوافق مع الذروة المميزة لـ HPS، ولكن درجة الحرارة كانت أعلى من ذروة التدهور الحراري لـ HPS؛ عندما كان محتوى HPMC 70% (3:7)، ظهرت فقط الذروة المميزة لـ HPMC عند 400 درجة مئوية؛ عندما كان محتوى HPMC 50٪، ظهرت ذروتان للتدهور الحراري على منحنى DTG، 345 درجة مئوية و396 درجة مئوية، على التوالي. تتوافق القمم مع القمم المميزة لـ HPS وHPMC، على التوالي، ولكن ذروة التدهور الحراري المقابلة لـ HPS أصغر، وكلا القمتين لهما تحول معين. يمكن ملاحظة أن معظم الأغشية المركبة تظهر فقط ذروة واحدة مميزة تتوافق مع مكون معين، ويتم إزاحتها مقارنة بغشاء المكون النقي، مما يشير إلى أن هناك اختلافًا معينًا بين مكونات HPMC وHPS. درجة التوافق. كانت درجة حرارة ذروة التحلل الحراري للغشاء المركب أعلى من درجة حرارة HPS النقي، مما يشير إلى أن HPMC يمكن أن يحسن الاستقرار الحراري لغشاء HPS إلى حد معين.

3.3.5 تحليل الخواص الميكانيكية للفيلم المركب الصالح للأكل

تم قياس خواص الشد للأغشية المركبة HPMC/HPS بنسب مختلفة بواسطة محلل الخواص الميكانيكية عند 25 درجة مئوية، ورطوبة نسبية 57% و75%. يوضح الشكل 3-5 معامل المرونة (أ)، والاستطالة عند الكسر (ب) وقوة الشد (ج) للأغشية المركبة HPMC/HPS بنسب مختلفة تحت رطوبة نسبية مختلفة. يمكن أن نرى من الشكل أنه عندما تكون الرطوبة النسبية 57%، يكون معامل المرونة وقوة الشد لفيلم HPS النقي هو الأكبر، ويكون HPMC النقي هو الأصغر. مع زيادة محتوى HPS، زاد معامل المرونة وقوة الشد للأغشية المركبة بشكل مستمر. الاستطالة عند كسر غشاء HPMC النقي أكبر بكثير من استطالة غشاء HPS النقي، وكلاهما أكبر من الغشاء المركب.

عندما كانت الرطوبة النسبية أعلى (75%) مقارنة بالرطوبة النسبية 57%، انخفض معامل المرونة وقوة الشد لجميع العينات، بينما زادت الاستطالة عند الكسر بشكل ملحوظ. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الماء، باعتباره ملدنًا معممًا، يمكن أن يخفف مصفوفة HPMC وHPS، ويقلل القوة بين سلاسل البوليمر، ويحسن حركة شرائح البوليمر. في الرطوبة النسبية العالية، كان معامل المرونة وقوة الشد لأفلام HPMC النقية أعلى من تلك الموجودة في أفلام HPS النقية، ولكن الاستطالة عند الكسر كانت أقل، وهي نتيجة كانت مختلفة تمامًا عن النتائج عند الرطوبة المنخفضة. ومن الجدير بالذكر أن تباين الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة مع نسب المكونات عند رطوبة عالية 75% يتعارض تماماً مع ذلك عند رطوبة منخفضة مقارنة بالحالة عند رطوبة نسبية 57%. في ظل الرطوبة العالية، يزيد محتوى الرطوبة في الفيلم، والماء ليس له تأثير تلدين معين على مصفوفة البوليمر فحسب، بل يساهم أيضًا في إعادة بلورة النشا. بالمقارنة مع HPMC، فإن HPS لديه ميل أقوى لإعادة البلورة، وبالتالي فإن تأثير الرطوبة النسبية على HPMC أكبر بكثير من تأثير HPMC.

الشكل 3-5: خصائص الشد لأغشية HPS/HPMC بنسب مختلفة من HPS/HPMC تمت معايرتها تحت ظروف تواضع نسبي مختلفة (RH). *: تختلف حروف الأرقام المختلفة بشكل كبير مع اختلاف RH، وتم تطبيقها في الرسالة الكاملة

3.3.6 تحليل نفاذية الأكسجين للأفلام المركبة الصالحة للأكل

يتم استخدام الفيلم المركب الصالح للأكل كمواد لتغليف المواد الغذائية لإطالة العمر الافتراضي للأغذية، ويعد أداء حاجز الأكسجين أحد المؤشرات المهمة. لذلك، تم قياس معدلات نقل الأكسجين للأغشية الصالحة للأكل بنسب مختلفة من HPMC/HPS عند درجة حرارة 23 درجة مئوية، وتظهر النتائج في الشكل 3-6. يمكن أن نرى من الشكل أن نفاذية الأكسجين لغشاء HPS النقي أقل بكثير من غشاء HPMC النقي، مما يشير إلى أن غشاء HPS له خصائص حاجز أكسجين أفضل من غشاء HPMC. بسبب اللزوجة المنخفضة ووجود مناطق غير متبلورة، HPMC من السهل تشكيل بنية شبكة منخفضة الكثافة فضفاضة نسبيًا في الفيلم؛ بالمقارنة مع HPS، لديه ميل أعلى لإعادة البلورة، ومن السهل تشكيل بنية كثيفة في الفيلم. أظهرت العديد من الدراسات أن أفلام النشا لها خصائص حاجز أكسجين جيدة مقارنة بالبوليمرات الأخرى [139، 301، 335، 336].

الشكل 3-6 نفاذية الأكسجين لأغشية مزيج HPS/HPMC

إضافة HPS يمكن أن تقلل بشكل كبير من نفاذية الأكسجين لأغشية HPMC، وتنخفض نفاذية الأكسجين للأغشية المركبة بشكل حاد مع زيادة محتوى HPS. إضافة HPS غير منفذة للأكسجين يمكن أن تزيد من تعرج قناة الأكسجين في الغشاء المركب، الأمر الذي يؤدي بدوره إلى انخفاض في معدل تخلل الأكسجين وانخفاض نفاذية الأكسجين في نهاية المطاف. وقد تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة بالنسبة للنشويات المحلية الأخرى [139,301].

3.4 ملخص هذا الفصل

في هذا الفصل، باستخدام HPMC وHPS كمواد خام رئيسية، وإضافة البولي إيثيلين جلايكول كمادة ملدنة، تم تحضير الأغشية المركبة الصالحة للأكل من HPMC/HPS بنسب مختلفة بطريقة الصب. تمت دراسة تأثير الخواص الكامنة للمكونات ونسبة التركيب على الشكل المجهري للغشاء المركب عن طريق المجهر الإلكتروني الماسح؛ تمت دراسة الخواص الميكانيكية للغشاء المركب بواسطة جهاز اختبار الخواص الميكانيكية. تمت دراسة تأثير الخواص الكامنة للمكونات ونسبة التركيب على خصائص حاجز الأكسجين ونفاذية الضوء للفيلم المركب بواسطة جهاز اختبار نفاذية الأكسجين ومقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية. تم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح والتحليل الحراري الوزني والتحليل الحراري الديناميكي. تم استخدام التحليل الميكانيكي وطرق تحليلية أخرى لدراسة التوافق والفصل الطوري لنظام مركب الهلام البارد والساخن. النتائج الرئيسية هي كما يلي:

1. بالمقارنة مع HPMC النقي، فإن HPS النقي أسهل في تكوين مورفولوجيا سطحية مجهرية متجانسة وناعمة. ويرجع ذلك أساسًا إلى إعادة الترتيب الجزيئي الأفضل لجزيئات النشا الكبيرة (جزيئات الأميلوز وجزيئات الأميلوبكتين) في محلول النشا المائي أثناء عملية التبريد.
2. من المرجح أن تشكل المركبات ذات المحتوى العالي من HPMC هياكل غشائية متجانسة. يعتمد هذا بشكل أساسي على خصائص هلام HPMC وHPS. عند درجة حرارة تشكيل الفيلم، يُظهر HPMC وHPS حالة محلول منخفضة اللزوجة وحالة جل عالية اللزوجة، على التوالي. يتم تشتيت المرحلة المشتتة عالية اللزوجة في المرحلة المستمرة منخفضة اللزوجة. فمن الأسهل تشكيل نظام متجانس.
3. للرطوبة النسبية تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة HPMC/HPS، وتزداد درجة تأثيرها مع زيادة محتوى HPS. عند الرطوبة النسبية المنخفضة، زاد كل من معامل المرونة وقوة الشد للأغشية المركبة مع زيادة محتوى HPS، وكان الاستطالة عند كسر الأفلام المركبة أقل بكثير من استطالة الأفلام المكونة النقية. مع زيادة الرطوبة النسبية، انخفض معامل المرونة وقوة الشد للفيلم المركب، وزاد الاستطالة عند الكسر بشكل ملحوظ، وأظهرت العلاقة بين الخواص الميكانيكية للفيلم المركب ونسبة التركيب نمط تغيير معاكس تمامًا تحت ظروف مختلفة الرطوبة النسبية. تُظهر الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة ذات نسب التركيب المختلفة تقاطعًا تحت ظروف رطوبة نسبية مختلفة، مما يوفر إمكانية تحسين أداء المنتج وفقًا لمتطلبات التطبيقات المختلفة.
4. أدت إضافة HPS إلى تحسين خصائص حاجز الأكسجين للغشاء المركب بشكل ملحوظ. انخفضت نفاذية الأكسجين للغشاء المركب بشكل حاد مع زيادة محتوى HPS.
5. في نظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS، يوجد توافق معين بين المكونين. لم يتم العثور على واجهة واضحة ثنائية الطور في صور SEM لجميع الأفلام المركبة، وكان لمعظم الأفلام المركبة نقطة تحول زجاجية واحدة فقط في نتائج DMA، وظهرت ذروة تحلل حراري واحدة فقط في منحنيات DTG لمعظم المواد المركبة أفلام. إنه يوضح أن هناك وصفًا معينًا بين HPMC وHPS.

تظهر النتائج التجريبية المذكورة أعلاه أن تركيب HPS وHPMC لا يمكن أن يقلل فقط من تكلفة إنتاج فيلم HPMC الصالح للأكل، ولكن أيضًا يحسن أدائه. يمكن تحقيق الخواص الميكانيكية وخصائص حاجز الأكسجين والخصائص البصرية للفيلم المركب الصالح للأكل عن طريق ضبط نسبة التركيب للمكونين والرطوبة النسبية للبيئة الخارجية.

الفصل الرابع العلاقة بين علم الشكل الدقيق والخواص الميكانيكية لنظام مركب HPMC/HPS

بالمقارنة مع إنتروبيا الخلط الأعلى أثناء خلط السبائك المعدنية، فإن إنتروبيا الخلط أثناء تركيب البوليمر عادة ما تكون صغيرة جدًا، وعادة ما تكون حرارة التركيب أثناء التركيب موجبة، مما يؤدي إلى عمليات تركيب البوليمر. إن تغير الطاقة الحرة لجيبس هو إيجابي (���>)، وبالتالي، تميل تركيبات البوليمر إلى تكوين أنظمة ثنائية الطور مفصولة الطور، وتركيبات البوليمر المتوافقة تمامًا نادرة جدًا [242].

يمكن لأنظمة المركبات القابلة للامتزاج عادة تحقيق الامتزاج على المستوى الجزيئي في الديناميكا الحرارية وتكوين مركبات متجانسة، لذلك فإن معظم أنظمة مركبات البوليمر غير قابلة للامتزاج. ومع ذلك، يمكن للعديد من أنظمة مركبات البوليمر أن تصل إلى حالة متوافقة في ظل ظروف معينة وتصبح أنظمة مركبة ذات توافق معين [257].

تعتمد الخواص العيانية مثل الخواص الميكانيكية لأنظمة البوليمر المركبة إلى حد كبير على التفاعل وتشكل الطور لمكوناتها، وخاصة التوافق بين المكونات وتكوين المراحل المستمرة والمشتتة [301]. لذلك، من الأهمية بمكان دراسة الشكل المجهري والخصائص العيانية للنظام المركب وإقامة العلاقة بينهما، وهو أمر ذو أهمية كبيرة للتحكم في خصائص المواد المركبة من خلال التحكم في بنية الطور وتوافق النظام المركب.

في عملية دراسة الشكل والمخطط المرحلي للنظام المعقد، من المهم جدًا اختيار الوسائل المناسبة للتمييز بين المكونات المختلفة. ومع ذلك، فإن التمييز بين HPMC وHPS أمر صعب للغاية، لأن كلاهما يتمتع بشفافية جيدة ومعامل انكسار مماثل، لذلك من الصعب التمييز بين المكونين عن طريق الفحص المجهري الضوئي؛ بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن كلاهما عبارة عن مادة عضوية تعتمد على الكربون، فإن كلاهما لهما امتصاص مماثل للطاقة، لذلك من الصعب أيضًا على الفحص المجهري الإلكتروني التمييز بدقة بين زوج المكونات. يمكن أن يعكس التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه التغيرات في الشكل ومخطط الطور لنظام مركب البروتين والنشا من خلال نسبة مساحة شريط السكاريد عند 1180-953 سم-1 ونطاق الأميد عند 1750-1483 سم-1 [52، 337]، ولكن هذه التقنية معقدة للغاية وتتطلب عادةً إشعاع السنكروترون وتقنيات تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء لتوليد تباين كافٍ للأنظمة الهجينة HPMC/HPS. هناك أيضًا تقنيات لتحقيق هذا الفصل بين المكونات، مثل المجهر الإلكتروني النافذ وتشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة، لكن هذه التقنيات عادةً ما تكون معقدة [338]. في هذا الموضوع، يتم استخدام طريقة التحليل المجهري الضوئي البسيطة لصبغ اليود، ويتم استخدام مبدأ أن المجموعة النهائية من البنية الحلزونية للأميلوز يمكن أن تتفاعل مع اليود لتكوين مجمعات متضمنة لصبغ النظام المركب HPMC/HPS عن طريق صباغة اليود، لذلك أن مكونات HPS تم تمييزها عن مكونات HPMC بألوانها المختلفة تحت المجهر الضوئي. ولذلك، فإن طريقة التحليل المجهري البصري لصبغ اليود هي طريقة بحث بسيطة وفعالة للتشكل ومخطط الطور للأنظمة المعقدة القائمة على النشا.

في هذا الفصل، تمت دراسة الشكل المجهري وتوزيع الطور وانتقال الطور والبنى المجهرية الأخرى للنظام المركب HPMC/HPS عن طريق تحليل المجهر الضوئي بصبغ اليود؛ والخواص الميكانيكية وغيرها من الخواص العيانية؛ ومن خلال تحليل الارتباط للتشكل المجهري والخصائص العيانية لتركيزات المحاليل المختلفة ونسب التركيب، تم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية لنظام مركب HPMC/HPS، من أجل التحكم في HPMC/HPS. توفير الأساس لخصائص المواد المركبة.

4.1 المواد والمعدات

4.1.1 المواد التجريبية الرئيسية

4.2 الطريقة التجريبية

4.2.1 تحضير محلول مركب HPMC/HPS

قم بتحضير محلول HPMC ومحلول HPS بتركيز 3%، 5%، 7% و9%، انظر 2.2.1 لمعرفة طريقة التحضير. مزيج الحل HPMC وحل HPS وفقا ل100:0، 90:10، 80:20، 70:30، 60:40، 50:50، 45:55، 40:60، 30:70، 20:80، 0: تم خلط 100 نسب مختلفة بسرعة 250 دورة في الدقيقة عند 21 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، وتم الحصول على محاليل مختلطة بتركيزات مختلفة ونسب مختلفة.

4.2.2 تحضير الغشاء المركب HPMC/HPS

انظر 3.2.1.

4.2.3 تحضير الكبسولات المركبة HPMC/HPS

الرجوع إلى الحل الذي أعدته الطريقة في 2.2.1، واستخدام قالب من الفولاذ المقاوم للصدأ للغمس، وتجفيفه عند 37 درجة مئوية. اسحبي الكبسولات المجففة، واقطعي الكبسولات الزائدة، ثم ضعيها معًا لتشكل زوجًا.

4.2.4 المجهر الضوئي المركب HPMC/HPS

4.2.4.1 مبادئ التحليل المجهري البصري

يستخدم المجهر الضوئي المبدأ البصري المتمثل في تكبير التصوير بواسطة عدسة محدبة، ويستخدم عدستين متقاربتين لتوسيع زاوية فتح المواد الدقيقة القريبة من العين، وتكبير حجم المواد الدقيقة التي لا يمكن تمييزها بالعين البشرية حتى يمكن تمييز حجم المواد بالعين البشرية.

4.2.4.2 طريقة الاختبار

تم إخراج المحاليل المركبة HPMC/HPS بتركيزات مختلفة ونسب مركبة عند درجة حرارة 21 درجة مئوية، وإسقاطها على شريحة زجاجية، وصبها في طبقة رقيقة، وتجفيفها عند نفس درجة الحرارة. تم تلوين الأفلام بمحلول 1% من اليود (تم وضع 1 جم من اليود و10 جم من يوديد البوتاسيوم في دورق حجمي سعة 100 مل، وتم إذابته في الإيثانول)، ووضعها في مجال المجهر الضوئي للمراقبة وتصويرها.

4.2.5 نفاذية الضوء للفيلم المركب HPMC/HPS

4.2.5.1 مبدأ تحليل القياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية

نفس 3.2.3.1.

4.2.5.1 طريقة الاختبار

انظر 3.2.3.2.

4.2.6 خصائص الشد للأغشية المركبة HPMC/HPS

4.2.6.1 مبدأ تحليل خاصية الشد

نفس 3.2.3.1.

4.2.6.1 طريقة الاختبار

تم اختبار العينات بعد موازنة الرطوبة عند 73% لمدة 48 ساعة. انظر 3.2.3.2 للتعرف على طريقة الاختبار.

4.3 النتائج والمناقشة

4.3.1 مراقبة شفافية المنتج

ويبين الشكل 4-1 الأفلام والكبسولات الصالحة للأكل التي تم إعدادها عن طريق مضاعفة HPMC وHPS بنسبة تركيب 70:30. كما يتبين من الشكل، تتمتع المنتجات بشفافية جيدة، مما يشير إلى أن HPMC وHPS لهما معاملات انكسار متشابهة، ويمكن الحصول على مركب متجانس بعد مضاعفة الاثنين.

4.3.2 صور المجهر الضوئي لمجمعات HPMC/HPS قبل وبعد التلوين

ويبين الشكل 4-2 الشكل النموذجي قبل وبعد صباغة مجمعات HPMC/HPS بنسب مركبة مختلفة يتم ملاحظتها تحت المجهر الضوئي. كما يتبين من الشكل، من الصعب التمييز بين مرحلة HPMC ومرحلة HPS في الشكل غير الملوث؛ يُظهر HPMC النقي المصبوغ وHPS النقي ألوانهما الفريدة، وذلك لأن تفاعل HPMC واليود من خلال تلطيخ اليود يصبح لونه أغمق. لذلك، يتم التمييز بين المرحلتين في النظام المركب HPMC/HPS ببساطة ووضوح، مما يثبت أيضًا أن HPMC وHPS غير قابلين للامتزاج ولا يمكن أن يشكلا مركبًا متجانسًا. كما يتبين من الشكل، مع زيادة محتوى HPS، تستمر مساحة المنطقة المظلمة (مرحلة HPS) في الشكل في الزيادة كما هو متوقع، مما يؤكد حدوث إعادة ترتيب على مرحلتين أثناء هذه العملية. عندما يكون محتوى HPMC أعلى من 40%، يعرض HPMC حالة الطور المستمر، ويتم تشتيت HPMC في الطور المستمر لـ HPMC كمرحلة مشتتة. في المقابل، عندما يكون محتوى HPMC أقل من 40%، فإن HPS يقدم حالة من الطور المستمر، ويتم تشتيت HPMC في الطور المستمر من HPS كمرحلة مشتتة. ولذلك، في محلول مركب HPMC/HPS بنسبة 5%، مع زيادة محتوى HPS، حدث العكس عندما كانت نسبة المركب HPMC/HPS 40:60. تتغير المرحلة المستمرة من مرحلة HPMC الأولية إلى مرحلة HPS اللاحقة. من خلال ملاحظة شكل الطور، يمكن ملاحظة أن طور HPMC في مصفوفة HPMC يكون كرويًا بعد التشتت، في حين أن الشكل المشتت لطور HPMC في مصفوفة HPMC يكون أكثر انتظامًا.

علاوة على ذلك، من خلال حساب نسبة مساحة المنطقة ذات الألوان الفاتحة (HPMC) إلى المنطقة ذات الألوان الداكنة (HPS) في مجمع HPMC/HPS بعد الصباغة (دون النظر إلى حالة الطور المتوسط)، وجد أن مساحة HPMC (لون فاتح)/HPS (لون داكن) في الشكل. تكون النسبة دائمًا أكبر من نسبة مركب HPMC/HPS الفعلية. على سبيل المثال، في الرسم التخطيطي المصبوغ لمركب HPMC/HPS مع نسبة مركبة 50:50، لا يتم حساب مساحة HPS في منطقة الطور البيني، ونسبة المنطقة الفاتحة/المظلمة هي 71/29. تؤكد هذه النتيجة وجود عدد كبير من الأطوار المتوسطة في النظام المركب HPMC/HPS.

من المعروف أن أنظمة تركيب البوليمر المتوافقة تمامًا نادرة جدًا لأنه أثناء عملية تركيب البوليمر، تكون حرارة التركيب عادةً موجبة وعادةً ما يتغير إنتروبيا التركيب قليلاً، مما يؤدي إلى طاقة حرة أثناء تغير التركيب إلى قيمة موجبة. ومع ذلك، في النظام المركب HPMC/HPS، لا يزال HPMC وHPS واعدين بإظهار درجة أكبر من التوافق، لأن HPMC وHPS كلاهما من السكريات المحبة للماء، ولهما نفس الوحدة الهيكلية - الجلوكوز، وتمرير نفس المجموعة الوظيفية التي يتم تعديلها باستخدام هيدروكسي بروبيل. تشير ظاهرة الأطوار المتوسطة المتعددة في نظام مركب HPMC/HPS أيضًا إلى أن HPMC وHPS في المركب لديهم درجة معينة من التوافق، وتحدث ظاهرة مماثلة في نظام مزيج كحول النشا والبولي فينيل مع إضافة الملدنات. وظهر أيضًا [339].

4.3.3 العلاقة بين الشكل المجهري والخواص العيانية للنظام المركب

تمت دراسة العلاقة بين الشكل وظاهرة فصل الطور والشفافية والخواص الميكانيكية للنظام المركب HPMC/HPS بالتفصيل. يوضح الشكل 4-3 تأثير محتوى HPS على الخواص العيانية مثل الشفافية ومعامل الشد للنظام المركب HPMC/HPS. يمكن أن نرى من الشكل أن شفافية HPMC النقي أعلى من شفافية HPS النقي، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن إعادة بلورة النشا تقلل من شفافية HPS، ويعد تعديل الهيدروكسي بروبيل للنشا أيضًا سببًا مهمًا لتقليل شفافية HPS [340، 341]. يمكن أن نجد من الشكل أن نفاذية النظام المركب HPMC/HPS سيكون لها قيمة دنيا مع اختلاف محتوى HPS. تزداد نفاذية النظام المركب، في نطاق محتوى HPS أقل من 70%، معiيتناقص مع زيادة محتوى HPS؛ عندما يتجاوز محتوى HPS 70%، فإنه يزيد مع زيادة محتوى HPS. تعني هذه الظاهرة أن النظام المركب HPMC/HPS غير قابل للامتزاج، لأن ظاهرة فصل الطور في النظام تؤدي إلى انخفاض نفاذية الضوء. وعلى العكس من ذلك، ظهر أيضًا معامل يونج للنظام المركب نقطة صغرى مع اختلاف النسب، واستمر معامل يونج في الانخفاض مع زيادة محتوى HPS، ووصل إلى أدنى نقطة عندما كان محتوى HPS 60%. استمر المعامل في الزيادة، وزاد المعامل قليلاً. أظهر معامل يونج للنظام المركب HPMC/HPS قيمة دنيا، مما يشير أيضًا إلى أن النظام المركب كان نظامًا غير قابل للامتزاج. تتوافق أدنى نقطة من نفاذية الضوء لنظام مركب HPMC/HPS مع نقطة انتقال الطور من الطور المستمر HPMC إلى الطور المشتت وأدنى نقطة لقيمة معامل Young في الشكل 4-2.

4.3.4 تأثير تركيز المحلول على الشكل المجهري للنظام المركب

يوضح الشكل 4-4 تأثير تركيز المحلول على الشكل والانتقال المرحلي للنظام المركب HPMC/HPS. كما يتبين من الشكل، فإن التركيز المنخفض لنظام مركب HPMC/HPS بنسبة 3%، في نسبة مركب HPMC/HPS هو 40:60، ويمكن ملاحظة مظهر الهيكل المستمر المشترك؛ بينما في التركيز العالي لمحلول 7%، يُلاحظ هذا الهيكل المستمر في الشكل مع نسبة مضاعفة تبلغ 50:50. توضح هذه النتيجة أن نقطة انتقال الطور لنظام مركب HPMC/HPS لها اعتماد معين على التركيز، وتزداد نسبة مركب HPMC/HPS لانتقال الطور مع زيادة تركيز المحلول المركب، ويميل HPMC إلى تشكيل مرحلة مستمرة . . بالإضافة إلى ذلك، أظهرت مجالات HPS المشتتة في مرحلة HPMC المستمرة أشكالًا ومورفولوجيات مماثلة مع تغير التركيز؛ بينما أظهرت مراحل HPMC المشتتة في مرحلة HPS المستمرة أشكالًا ومورفولوجيات مختلفة بتركيزات مختلفة. ومع زيادة تركيز المحلول، أصبحت منطقة تشتت HPMC غير منتظمة أكثر فأكثر. السبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو أن لزوجة محلول HPS أعلى بكثير من لزوجة محلول HPMC في درجة حرارة الغرفة، ويتم قمع ميل مرحلة HPMC لتشكيل حالة كروية أنيقة بسبب التوتر السطحي.

4.3.5 تأثير تركيز المحلول على الخواص الميكانيكية للنظام المركب

وبالتوافق مع الشكل 4-4، يوضح الشكل 4-5 خواص الشد للأغشية المركبة المتكونة تحت محاليل تركيز مختلفة. يمكن أن نرى من الشكل أن معامل يونغ واستطالته عند كسر النظام المركب HPMC/HPS تميل إلى الانخفاض مع زيادة تركيز المحلول، وهو ما يتوافق مع التحول التدريجي لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت في الشكل 4 -4. التشكل المجهري ثابت. نظرًا لأن معامل يونج للبوليمر المتجانس HPMC أعلى من معامل HPS، فمن المتوقع أن يتم تحسين معامل يونج للنظام المركب HPMC/HPS عندما يكون HPMC هو المرحلة المستمرة.

4.4 ملخص هذا الفصل

في هذا الفصل، تم إعداد المحاليل المركبة HPMC/HPS والأغشية المركبة الصالحة للأكل بتركيزات ونسب مركبة مختلفة، وتم ملاحظة التشكل المجهري وانتقال الطور للنظام المركب HPMC/HPS من خلال تحليل المجهر الضوئي لتلوين اليود لتمييز مراحل النشا. تمت دراسة نفاذية الضوء والخواص الميكانيكية للفيلم المركب الصالح للأكل من HPMC/HPS بواسطة مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية واختبار الخواص الميكانيكية، وتمت دراسة تأثيرات التراكيز المختلفة ونسب التركيب على الخواص البصرية والخواص الميكانيكية لنظام التركيب. تم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية للنظام المركب HPMC/HPS من خلال الجمع بين البنية المجهرية للنظام المركب، مثل البنية المجهرية وانتقال الطور وفصل الطور، والخصائص العيانية مثل الخواص البصرية والخواص الميكانيكية. النتائج الرئيسية هي كما يلي:

1. تعد طريقة التحليل بالمجهر الضوئي للتمييز بين مراحل النشا عن طريق تلوين اليود هي الطريقة الأكثر بساطة ومباشرة وفعالية لدراسة التشكل والانتقال المرحلي للأنظمة المركبة القائمة على النشا. مع تلطيخ اليود، تظهر مرحلة النشا أغمق وأكثر قتامة تحت المجهر الضوئي، في حين أن HPMC غير ملطخ وبالتالي يبدو أفتح في اللون.
2. النظام المركب HPMC/HPS غير قابل للامتزاج، وهناك نقطة انتقال طور في النظام المركب، ونقطة انتقال الطور هذه لها اعتماد معين على نسبة المركب واعتماد على تركيز المحلول.
3. يتمتع النظام المركب HPMC/HPS بتوافق جيد، ويوجد عدد كبير من الأطوار المتوسطة في النظام المركب. في المرحلة المتوسطة، يتم تشتيت الطور المستمر في الطور المشتت في حالة الجزيئات.
4. أظهرت المرحلة المشتتة من HPS في مصفوفة HPMC شكلًا كرويًا مشابهًا بتركيزات مختلفة؛ أظهر HPMC شكلًا غير منتظم في مصفوفة HPS، ويزداد عدم انتظام الشكل مع زيادة التركيز.
5. تم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية وانتقال الطور والشفافية والخواص الميكانيكية للنظام المركب HPMC/HPS. أ. تتوافق أدنى نقطة شفافية للنظام المركب مع نقطة انتقال الطور لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت والحد الأدنى لنقطة انخفاض معامل الشد. ب. يتناقص معامل يونغ واستطالته عند الكسر مع زيادة تركيز المحلول، والذي يرتبط سببيًا بالتغير المورفولوجي لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت في النظام المركب.

باختصار، ترتبط الخصائص العيانية للنظام المركب HPMC/HPS ارتباطًا وثيقًا ببنيته المورفولوجية المجهرية وانتقال الطور وفصل الطور والظواهر الأخرى، ويمكن تنظيم خصائص المركبات من خلال التحكم في بنية الطور وتوافق المركب نظام.

الفصل الخامس تأثير درجة إحلال HPS Hydroxypropyl على الخواص الريولوجية لنظام مركب HPMC/HPS

ومن المعروف أن التغيرات الصغيرة في التركيب الكيميائي للنشا يمكن أن تؤدي إلى تغيرات جذرية في خصائصه الريولوجية. لذلك، يوفر التعديل الكيميائي إمكانية تحسين والتحكم في الخواص الريولوجية للمنتجات المعتمدة على النشا [342]. في المقابل، فإن إتقان تأثير التركيب الكيميائي للنشا على خصائصه الريولوجية يمكن أن يفهم بشكل أفضل الخصائص الهيكلية للمنتجات القائمة على النشا، ويوفر أساسًا لتصميم النشا المعدل مع خصائص وظيفية محسنة للنشا [235]. نشا الهيدروكسي بروبيل هو نشا معدل احترافي يستخدم على نطاق واسع في مجال الغذاء والدواء. يتم تحضيره عادةً عن طريق تفاعل الأثير للنشا الأصلي مع أكسيد البروبيلين في ظل ظروف قلوية. هيدروكسي بروبيل هي مجموعة محبة للماء. إن إدخال هذه المجموعات في سلسلة النشا الجزيئية يمكن أن يكسر أو يضعف روابط الهيدروجين داخل الجزيئات التي تحافظ على بنية حبيبات النشا. لذلك، ترتبط الخواص الفيزيائية والكيميائية لنشا الهيدروكسي بروبيل بدرجة استبدال مجموعات الهيدروكسي بروبيل في سلسلته الجزيئية [233، 235، 343، 344].

لقد قامت العديد من الدراسات بدراسة تأثير درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل على الخواص الفيزيائية والكيميائية لنشا الهيدروكسي بروبيل. هان وآخرون. دراسة تأثيرات النشا الشمعي الهيدروكسي بروبيل ونشا الذرة الهيدروكسي بروبيل على البنية وخصائص التراجع في كعك الأرز اللزج الكوري. وجدت الدراسة أن الهيدروكسي بروبيل يمكن أن يقلل من درجة حرارة جلتنة النشا ويحسن قدرة النشا على الاحتفاظ بالماء. الأداء، وتمنع بشكل كبير ظاهرة شيخوخة النشا في كعك الأرز اللزج الكوري [345]. كور وآخرون. درست تأثير إحلال الهيدروكسي بروبيل على الخواص الفيزيائية والكيميائية لأصناف مختلفة من نشا البطاطس، ووجدت أن درجة إحلال الهيدروكسي بروبيل لنشا البطاطس تختلف باختلاف الأصناف، كما أن تأثيره على خواص النشا ذات الحجم الجزيئي الكبير أكثر أهمية؛ يتسبب تفاعل الهيدروكسي بروبيل في ظهور العديد من الشظايا والأخاديد على سطح حبيبات النشا؛ يمكن أن يؤدي استبدال الهيدروكسي بروبيل إلى تحسين خصائص التورم بشكل كبير، وقابلية الذوبان في الماء وقابلية ذوبان النشا في ثنائي ميثيل سلفوكسيد، وتحسين شفافية النشا في العجينة [346]. لاوال وآخرون. دراسة تأثير استبدال الهيدروكسي بروبيل على خواص نشاء البطاطا الحلوة. وأظهرت الدراسة أنه بعد تعديل الهيدروكسي بروبيل، تم تحسين قدرة التورم الحر وقابلية الذوبان في الماء للنشا؛ تم منع إعادة بلورة وتراجع النشا الأصلي؛ تم تحسين عملية الهضم [347]. شميتز وآخرون. تم تحضير نشا التابيوكا هيدروكسي بروبيل ووجد أنه يتمتع بقدرة تورم ولزوجة أعلى، ومعدل شيخوخة أقل، وثبات أعلى في ذوبان التجميد [344].

ومع ذلك، هناك القليل من الدراسات حول الخواص الريولوجية لنشا الهيدروكسي بروبيل، ونادرًا ما تم الإبلاغ عن تأثيرات تعديل الهيدروكسي بروبيل على الخواص الريولوجية وخصائص الهلام للأنظمة المركبة القائمة على النشا حتى الآن. تشون وآخرون. درس ريولوجية محلول نشا الأرز الهيدروكسي بروبيل منخفض التركيز (5٪). أظهرت النتائج أن تأثير تعديل الهيدروكسي بروبيل على الحالة المستقرة واللزوجة الديناميكية لمحلول النشا كان مرتبطًا بدرجة الاستبدال، وأن كمية صغيرة من استبدال الهيدروكسي بروبيل يمكن أن تغير بشكل كبير الخواص الريولوجية لمحاليل النشا؛ يتناقص معامل اللزوجة لمحاليل النشا مع زيادة درجة الإحلال، ويزداد الاعتماد على درجة الحرارة لخصائصه الريولوجية مع زيادة درجة إحلال الهيدروكسي بروبيل. يتناقص المبلغ مع زيادة درجة الاستبدال [342]. لي وآخرون. دراسة تأثير استبدال الهيدروكسي بروبيل على الخواص الفيزيائية والخصائص الريولوجية لنشا البطاطا الحلوة، وأظهرت النتائج أن قابلية التورم والذوبان في الماء للنشا تزداد مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل؛ تتناقص قيمة المحتوى الحراري مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. معامل اللزوجة واللزوجة المعقدة وإجهاد الخضوع واللزوجة المعقدة والمعامل الديناميكي لمحلول النشا كلها تتناقص مع زيادة درجة إحلال الهيدروكسي بروبيل ومؤشر الموائع وعامل الخسارة وتزداد مع درجة إحلال الهيدروكسي بروبيل. تتناقص قوة هلام غراء النشا، ويزداد ثبات ذوبان التجميد، ويتناقص تأثير التآزر [235].

في هذا الفصل، تمت دراسة تأثير درجة استبدال هيدروكسي بروبيل HPS على الخواص الريولوجية والخواص الهلامية لنظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS. تعتبر الحالة الانتقالية ذات أهمية كبيرة لفهم متعمق للعلاقة بين تكوين الهيكل والخصائص الريولوجية. بالإضافة إلى ذلك، تمت مناقشة آلية تكوين نظام مركب التبريد العكسي HPMC/HPS بشكل مبدئي، من أجل توفير بعض التوجيه النظري لأنظمة هلام التبريد العكسي المماثلة الأخرى.

5.1 المواد والمعدات

5.1.1 المواد التجريبية الرئيسية

5.1.2 الأدوات والمعدات الرئيسية

5.2 الطريقة التجريبية

5.2.1 تحضير المحاليل المركبة

تم تحضير 15% من المحاليل المركبة HPMC/HPS بنسب تركيب مختلفة (100/0، 50/50، 0/100) ومحاليل HPS بدرجات مختلفة لاستبدال الهيدروكسي بروبيل (G80، A939، A1081). يتم عرض طرق تحضير A1081 وA939 وHPMC وحلولها المركبة في 2.2.1. يتم تحويل G80 ومحاليله المركبة مع HPMC إلى جلتنة عن طريق التحريك تحت ظروف 1500 رطل لكل بوصة مربعة و110 درجة مئوية في الأوتوكلاف، لأن النشا الأصلي G80 يحتوي على نسبة عالية من الأميلوز (80٪)، ودرجة حرارة جلتنته أعلى من 100 درجة مئوية، وهو ما لا يمكن أن يكون تم التوصل إليه عن طريق طريقة جلتنة حمام الماء الأصلية [348].

5.2.2 الخصائص الريولوجية لمحاليل مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl

5.2.2.1 مبدأ التحليل الريولوجي

نفس 2.2.2.1

5.2.2.2 طريقة اختبار وضع التدفق

تم استخدام مشبك لوحة متوازية يبلغ قطرها 60 مم، وتم ضبط تباعد اللوحة على 1 مم.

1. هناك طريقة اختبار تدفق ما قبل القص وتغير الانسيابية على ثلاث مراحل. نفس 2.2.2.2.
2. طريقة اختبار التدفق بدون القص المسبق والتغير المتغير للحلقة. درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، أ. القص بسرعة متزايدة، نطاق معدل القص 0-1000 ثانية-1، وقت القص 1 دقيقة؛ ب. القص المستمر، معدل القص 1000 ثانية -1، وقت القص 1 دقيقة؛ ج. سرعة قص منخفضة، نطاق معدل القص هو 1000-0s-1، ووقت القص هو 1 دقيقة.

5.2.2.3 طريقة اختبار وضع التذبذب

تم استخدام تركيبات لوحة متوازية يبلغ قطرها 60 مم، وتم ضبط تباعد اللوحة على 1 مم.

1. تشوه متغير الاجتياح. درجة حرارة الاختبار 25 درجة مئوية، التردد 1 هرتز، التشوه 0.01-100%.
2. مسح درجة الحرارة. التردد 1 هرتز، التشوه 0.1%، أ. عملية التسخين، درجة الحرارة 5-85 درجة مئوية، معدل التسخين 2 درجة مئوية/دقيقة؛ ب. عملية التبريد، درجة الحرارة 85-5 درجة مئوية، معدل التبريد 2 درجة مئوية/دقيقة. يتم استخدام ختم زيت السيليكون حول العينة لتجنب فقدان الرطوبة أثناء الاختبار.
3. اكتساح التردد. التغير 0.1%، التردد 1-100 راد/ثانية. تم إجراء الاختبارات عند 5 درجات مئوية و85 درجة مئوية، على التوالي، وتمت معايرتها عند درجة حرارة الاختبار لمدة 5 دقائق قبل الاختبار.

العلاقة بين معامل التخزين G′ ومعامل الخسارة G″ لمحلول البوليمر والتردد الزاوي ω تتبع قانون الطاقة:

حيث n ′ و n ″ هما منحدرات السجل G′-log ω وlog G″-log ω على التوالي؛

G0 ′ وG0 ″ هما تقاطعات السجل G′-log ω وlog G″-log ω على التوالي.

5.2.3 المجهر الضوئي

5.2.3.1 مبدأ الصك

نفس 4.2.3.1

5.2.3.2 طريقة الاختبار

تم إخراج المحلول المركب HPMC/HPS بنسبة 3% 5:5 عند درجات حرارة مختلفة تبلغ 25 درجة مئوية، و45 درجة مئوية، و85 درجة مئوية، وإسقاطه على شريحة زجاجية محفوظة عند نفس درجة الحرارة، وصبه في طبقة رقيقة. طبقة الحل وتجفيفها في نفس درجة الحرارة. تم صبغ الأفلام بمحلول اليود 1%، ووضعها في مجال المجهر الضوئي للمراقبة وتصويرها.

5.3 النتائج والمناقشة

5.3.1 تحليل اللزوجة ونمط التدفق

5.3.1.1 طريقة اختبار التدفق بدون القص المسبق والحلقة المتغيرة الانسيابية

باستخدام طريقة اختبار التدفق دون القص المسبق وطريقة الانسيابية الحلقية المتغيرة الانسيابية، تمت دراسة لزوجة محلول مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS. وتظهر النتائج في الشكل 5-1. يتبين من الشكل أن لزوجة جميع العينات تظهر اتجاها تنازليا مع زيادة معدل القص تحت تأثير قوة القص، مما يدل على درجة معينة من ظاهرة ترقق القص. تخضع معظم المحاليل أو المصهورات البوليمرية عالية التركيز لتفكيك قوي وإعادة ترتيب جزيئي تحت القص، وبالتالي تظهر سلوك السائل الكاذب [305، 349، 350]. ومع ذلك، فإن درجات ترقق القص لمحاليل مركب HPMC/HPS لـ HPS بدرجات استبدال هيدروكسي بروبيل مختلفة مختلفة.

الشكل 5-1 اللزوجة مقابل معدل القص لمحلول HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS (بدون القص المسبق، تظهر الرموز الصلبة والمجوفة معدل متزايد وعملية معدل متناقص، على التوالي)

يمكن أن نرى من الشكل أن درجة اللزوجة وترقق القص لعينة HPS النقية أعلى من تلك الخاصة بعينة مركب HPMC/HPS، في حين أن درجة ترقق القص لمحلول HPMC هي الأدنى، ويرجع ذلك أساسًا إلى لزوجة HPMC عند درجة حرارة منخفضة أعلى بكثير من درجة حرارة HPMC. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لمحلول مركب HPMC/HPS بنفس نسبة المركب، تزداد اللزوجة مع درجة استبدال HPS hydroxypropyl. قد يكون ذلك بسبب إضافة مجموعات الهيدروكسي بروبيل في جزيئات النشا إلى كسر الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات وبالتالي يؤدي إلى تفكك حبيبات النشا. قلل الهيدروكسي بروبيل بشكل كبير من ظاهرة ترقق القص للنشا، وكانت ظاهرة ترقق القص للنشا الأصلي هي الأكثر وضوحًا. ومع الزيادة المستمرة لدرجة إحلال الهيدروكسي بروبيل، انخفضت درجة ترقق القص لـ HPS تدريجياً.

تحتوي جميع العينات على حلقات متغيرة الانسيابية على منحنى معدل إجهاد القص، مما يشير إلى أن جميع العينات لديها درجة معينة من الانسيابية. يتم تمثيل القوة المتغيرة الانسيابية بحجم منطقة الحلقة المتغيرة الانسيابية. كلما كانت العينة أكثر متغيرة الانسيابية [351]. يمكن حساب مؤشر التدفق n ومعامل اللزوجة K لمحلول العينة بواسطة قانون الطاقة Ostwald-de Waele (انظر المعادلة (2-1)).

جدول 5-1 مؤشر سلوك التدفق (n) ومؤشر اتساق السوائل (K) أثناء عملية المعدل المتزايد والمتناقص ومنطقة حلقة الانسياب لمحلول HPS/HPMC مع درجة استبدال هيدروبروبيل مختلفة لـ HPS عند 25 درجة مئوية

يوضح الجدول 5-1 مؤشر التدفق n ومعامل اللزوجة K ومنطقة الحلقة المتغيرة الانسيابية لمحاليل مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS في عملية زيادة القص وتقليل القص. يمكن أن نرى من الجدول أن مؤشر التدفق n لجميع العينات أقل من 1، مما يشير إلى أن جميع محاليل العينات هي سوائل كاذبة. بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS بنفس درجة استبدال HPS hydroxypropyl، يزيد مؤشر التدفق n مع زيادة محتوى HPMC، مما يشير إلى أن إضافة HPMC يجعل المحلول المركب يظهر خصائص سائل نيوتوني أقوى. ومع ذلك، مع زيادة محتوى HPMC، انخفض معامل اللزوجة K بشكل مستمر، مما يشير إلى أن إضافة HPMC قلل من لزوجة المحلول المركب، لأن معامل اللزوجة K كان متناسبًا مع اللزوجة. انخفضت قيمة n وقيمة K لـ HPS النقي مع درجات استبدال هيدروكسي بروبيل مختلفة في مرحلة القص الصاعد مع زيادة درجة استبدال هيدروكسي بروبيل، مما يشير إلى أن تعديل الهيدروكسي بروبيل يمكن أن يحسن اللدونة الكاذبة للنشا ويقلل من لزوجة محاليل النشا. على العكس من ذلك، فإن قيمة n تزداد مع زيادة درجة الإحلال في مرحلة القص المتناقصة، مما يدل على أن الهيدروكسي بروبيل يحسن سلوك السائل النيوتوني للمحلول بعد القص عالي السرعة. تأثرت قيمة n وقيمة K للنظام المركب HPMC/HPS بكل من HPS hydroxypropylation وHPMC، اللذين كانا نتيجة لعملهما المشترك. بالمقارنة مع مرحلة القص المتزايدة، أصبحت قيم n لجميع العينات في مرحلة القص المتناقصة أكبر، بينما أصبحت قيم K أصغر، مما يشير إلى انخفاض لزوجة المحلول المركب بعد القص عالي السرعة، و تم تحسين سلوك السوائل النيوتونية للمحلول المركب. .

انخفضت مساحة الحلقة المتغيرة الانسيابية مع زيادة محتوى HPMC، مما يشير إلى أن إضافة HPMC قلل من انسيابية المحلول المركب وحسن ثباته. بالنسبة لمحلول مركب HPMC/HPS بنفس نسبة التركيب، تتناقص مساحة الحلقة المتغيرة الانسيابية مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl، مما يشير إلى أن الهيدروكسي بروبيل يحسن استقرار HPS.

5.3.1.2 طريقة القص مع طريقة القطع المسبق والطريقة المتغيرة الانسيابية على ثلاث مراحل

تم استخدام طريقة القص مع القص المسبق لدراسة تغير لزوجة محلول مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS مع معدل القص. وتظهر النتائج في الشكل 5-2. يمكن أن نرى من الشكل أن محلول HPMC لا يُظهر تقريبًا أي ترقق للقص، بينما تظهر العينات الأخرى ترقق القص. وهذا يتوافق مع النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة القص دون القص المسبق. ويمكن أيضًا أن نرى من الشكل أنه عند معدلات القص المنخفضة، تظهر العينة المستبدلة بدرجة عالية من الهيدروكسي بروبيل منطقة هضبة.

الشكل. 5-2 اللزوجة مقابل معدل القص لمحلول HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS (مع القص المسبق)

اللزوجة صفر القص (h0)، مؤشر التدفق (n) ومعامل اللزوجة (K) التي تم الحصول عليها عن طريق التركيب موضحة في الجدول 5-2. من الجدول، يمكننا أن نرى أنه بالنسبة لعينات HPS النقية، فإن قيم n التي تم الحصول عليها بكلتا الطريقتين تزداد مع درجة الاستبدال، مما يشير إلى أن السلوك الشبيه بالصلب لمحلول النشا يتناقص مع زيادة درجة الاستبدال. مع زيادة محتوى HPMC، أظهرت جميع القيم n اتجاهًا تنازليًا، مما يشير إلى أن HPMC قلل من السلوك الشبيه بالصلب للحل. وهذا يدل على أن نتائج التحليل النوعي للطريقتين متسقة.

وبمقارنة البيانات التي تم الحصول عليها لنفس العينة تحت طرق اختبار مختلفة، وجد أن قيمة n التي تم الحصول عليها بعد القص المسبق تكون دائمًا أكبر من تلك التي تم الحصول عليها بالطريقة دون القص المسبق، مما يشير إلى أن النظام المركب الذي تم الحصول عليه بواسطة القص المسبق - طريقة القص هي طريقة صلبة تشبه السلوك أقل من تلك التي تقاس بالطريقة دون القص المسبق. وذلك لأن النتيجة النهائية التي تم الحصول عليها في الاختبار بدون القص المسبق هي في الواقع نتيجة العمل المشترك لمعدل القص وزمن القص، في حين أن طريقة الاختبار مع القص المسبق أولاً تلغي التأثير المتغير الانسيابية بواسطة القص العالي لفترة معينة من الوقت. لذلك، يمكن لهذه الطريقة أن تحدد بشكل أكثر دقة ظاهرة ترقق القص وخصائص التدفق للنظام المركب.

من الجدول، يمكننا أيضًا أن نرى أنه بالنسبة لنفس نسبة التركيب (5:5)، تكون قيمة n لنظام التركيب قريبة من 1، وتزداد n المقطوعة مسبقًا مع درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. طور مستمر في النظام المركب، و HPMC له تأثير أقوى على عينات النشا ذات درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل المنخفضة، وهو ما يتوافق مع النتيجة التي تزيد قيمة n مع زيادة درجة الإحلال دون القص المسبق على العكس. تتشابه قيم K للأنظمة المركبة ذات درجات الاستبدال المختلفة في الطريقتين، ولا يوجد اتجاه واضح بشكل خاص، بينما تظهر اللزوجة صفر القص اتجاه تنازلي واضح، لأن اللزوجة صفر القص مستقلة عن القص معدل. اللزوجة الجوهرية يمكن أن تعكس بدقة خصائص المادة نفسها.

شكل 5-3 تسييل ثلاثي الفترات لمحلول مزيج HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS

تم استخدام الطريقة ثلاثية المراحل المتغيرة الانسيابية لدراسة تأثير درجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل بنشا الهيدروكسي بروبيل على الخواص المتغيرة الانسيابية للنظام المركب. يتبين من الشكل 5-3 أنه في مرحلة القص المنخفضة، تتناقص لزوجة المحلول مع زيادة محتوى HPMC، وتتناقص مع زيادة درجة الإحلال، وهو ما يتوافق مع قانون لزوجة القص الصفرية.

يتم التعبير عن درجة الاسترداد الهيكلي بعد وقت مختلف في مرحلة الاسترداد من خلال معدل استرداد اللزوجة DSR، وتظهر طريقة الحساب في 2.3.2. يمكن أن نرى من الجدول 5-2 أنه خلال نفس وقت الاسترداد، يكون DSR لـ HPS النقي أقل بكثير من HPMC النقي، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن جزيء HPMC عبارة عن سلسلة صلبة، ووقت استرخائها قصير، و يمكن استعادة الهيكل في وقت قصير. يتعافى. على الرغم من أن HPS عبارة عن سلسلة مرنة، إلا أن وقت استرخائها طويل، كما أن استعادة الهيكل تستغرق وقتًا طويلاً. مع زيادة درجة الإحلال، يتناقص DSR لـ HPS النقي مع زيادة درجة الإحلال، مما يشير إلى أن الهيدروكسي بروبيل يحسن مرونة السلسلة الجزيئية للنشا ويجعل وقت استرخاء HPS أطول. يكون DSR للمحلول المركب أقل من عينات HPS النقية وعينات HPMC النقية، ولكن مع زيادة درجة إحلال HPS hydroxypropyl، يزداد DSR للعينة المركبة، مما يشير إلى أن تسيُّل النظام المركب يزداد مع زيادة زيادة استبدال HPS هيدروكسي بروبيل. فهو يتناقص مع زيادة درجة الاستبدال الجذري، وهو ما يتوافق مع النتائج دون القص المسبق.

جدول 5-2 اللزوجة القصية الصفرية (h0)، مؤشر سلوك التدفق (n)، مؤشر اتساق السوائل (K) أثناء زيادة المعدل ودرجة استعادة الهيكل (DSR) بعد وقت استرداد معين لمحلول HPS/HPMC مع هيدروبروبيل مختلف درجة استبدال HPS عند 25 درجة مئوية

باختصار، يمكن لاختبار الحالة المستقرة دون القص المسبق واختبار الانسيابية الحلقية المتغيرة الانسيابية تحليل العينات نوعيًا مع اختلافات كبيرة في الأداء، ولكن بالنسبة للمركبات ذات درجات استبدال هيدروكسي بروبيل HPS المختلفة مع اختلافات صغيرة في الأداء، فإن نتائج البحث الخاصة بالحل تتعارض مع النتائج الحقيقية، لأن البيانات المقاسة هي النتائج الشاملة لتأثير معدل القص وزمن القص، ولا يمكن أن تعكس بشكل حقيقي تأثير متغير واحد.

5.3.2 المنطقة اللزوجة المرنة الخطية

ومن المعروف أنه بالنسبة للهلاميات المائية، يتم تحديد معامل التخزين G′ بواسطة صلابة وقوة وعدد السلاسل الجزيئية الفعالة، ويتم تحديد معامل الفقد G′′ بواسطة هجرة وحركة واحتكاك الجزيئات الصغيرة والمجموعات الوظيفية . يتم تحديده من خلال استهلاك الطاقة الاحتكاكية مثل الاهتزاز والدوران. علامة وجود تقاطع معامل التخزين G′ ومعامل الخسارة G″ (أي tan δ = 1). يسمى الانتقال من المحلول إلى الجل بنقطة الهلام. غالبًا ما يتم استخدام معامل التخزين G ′ ومعامل الفقد G ″ لدراسة سلوك الجيل، ومعدل التكوين والخصائص الهيكلية لبنية شبكة الهلام [352]. يمكن أن تعكس أيضًا تطور البنية الداخلية والبنية الجزيئية أثناء تكوين بنية الشبكة الهلامية. التفاعل [353].

يوضح الشكل 5-4 منحنيات اكتساح الانفعال لمحاليل مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS عند تردد 1 هرتز ومدى انفعال قدره 0.01%-100%. يمكن أن نرى من الشكل أنه في منطقة التشوه السفلية (0.01-1٪)، تكون جميع العينات باستثناء HPMC هي G ′ > G ″، مما يظهر حالة هلامية. بالنسبة لـ HPMC، يكون G′ في الشكل الكامل ويكون النطاق المتغير دائمًا أقل من G"، مما يشير إلى أن HPMC في حالة الحل. وبالإضافة إلى ذلك، فإن اعتماد تشوه اللزوجة المرنة للعينات المختلفة يختلف. بالنسبة لعينة G80، يكون اعتماد تردد اللزوجة أكثر وضوحًا: عندما يكون التشوه أكبر من 0.3%، يمكن ملاحظة أن G' يتناقص تدريجيًا، مصحوبًا بزيادة كبيرة في G". زيادة، فضلا عن زيادة كبيرة في تان δ؛ وتتقاطع عندما تكون نسبة التشوه 1.7%، مما يشير إلى أن بنية الشبكة الهلامية لـ G80 تعرضت لأضرار بالغة بعد أن تتجاوز كمية التشوه 1.7%، وهي في حالة محلول.

الشكل 5-4 معامل التخزين (G′) ومعامل الفقد (G″) مقابل الانفعال لمزيج HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS (الرموز الصلبة والمجوفة تمثل G′ وG″، على التوالي)

الشكل 5-5 tan δ مقابل السلالة لمحلول مزيج HPMC/HPS مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS

يمكن أن نرى من الشكل أن المنطقة الخطية المرنة من HPS النقي قد ضاقت بشكل واضح مع انخفاض درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. بمعنى آخر، مع زيادة درجة الاستبدال HPS hydroxypropyl، تميل التغييرات المهمة في منحنى tan δ إلى الظهور في نطاق مقدار التشوه الأعلى. على وجه الخصوص، تعد المنطقة اللزوجة المرنة الخطية لـ G80 هي الأضيق بين جميع العينات. ولذلك، يتم استخدام المنطقة اللزوجة المرنة الخطية لـ G80 لتحديد

معايير تحديد قيمة متغير التشوه في سلسلة الاختبارات التالية. بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS الذي له نفس نسبة التركيب، تضيق المنطقة اللزوجة المرنة الخطية أيضًا مع انخفاض درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل لـ HPS، لكن تأثير التقلص لدرجة استبدال الهيدروكسي بروبيل على المنطقة اللزجية المرنة الخطية ليس واضحًا جدًا.

5.3.3 خصائص اللزوجة المرنة أثناء التسخين والتبريد

يتم عرض خصائص اللزوجة المرنة الديناميكية لمحاليل مركب HPMC/HPS لـ HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل في الشكل 5-6. كما يتبين من الشكل، يعرض HPMC أربع مراحل أثناء عملية التسخين: منطقة الهضبة الأولية، ومرحلتي تشكيل الهيكل، ومنطقة الهضبة النهائية. في مرحلة الهضبة الأولية، G ′ < G ″، تكون قيم G ′ و G ″ صغيرة، وتميل إلى الانخفاض قليلاً مع زيادة درجة الحرارة، مما يدل على السلوك اللزج المرن السائل الشائع. يحتوي الجيل الحراري لـ HPMC على مرحلتين متميزتين من تكوين الهيكل يحدهما تقاطع G ′ و G ″ (أي نقطة انتقال جل المحلول، حوالي 49 درجة مئوية)، وهو ما يتوافق مع التقارير السابقة. متسقة [160، 354]. في درجات الحرارة المرتفعة، بسبب الارتباط الكاره للماء والارتباط المحب للماء، يشكل HPMC تدريجيًا بنية عبر الشبكة [344، 355، 356]. في منطقة هضبة الذيل، تكون قيم G ′ وG ″ عالية، مما يشير إلى أن بنية شبكة هلام HPMC قد تم تشكيلها بالكامل.

تظهر هذه المراحل الأربع من HPMC بالتتابع بترتيب عكسي مع انخفاض درجة الحرارة. ينتقل تقاطع G ′ وG ″ إلى منطقة درجة الحرارة المنخفضة عند حوالي 32 درجة مئوية أثناء مرحلة التبريد، والذي قد يكون بسبب التباطؤ [208] أو تأثير تكثيف السلسلة عند درجة حرارة منخفضة [355]. على غرار HPMC، هناك أيضًا أربع مراحل أثناء عملية التسخين، وتحدث الظاهرة العكسية أثناء عملية التبريد. ومع ذلك، يمكن أن نرى من الشكل أن G80 وA939 يظهران عملية مبسطة مع عدم وجود تقاطع بين G' وG"، ولا يظهر منحنى G80 حتى. منطقة المنصة في الخلف.

بالنسبة لـ HPS النقي، يمكن لدرجة أعلى من استبدال الهيدروكسي بروبيل أن تحول كلاً من درجات الحرارة الأولية والنهائية لتكوين الهلام، وخاصة درجة الحرارة الأولية، وهي 61 درجة مئوية لـ G80 وA939 وA1081، على التوالي. و 62 درجة مئوية و 54 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لعينات HPMC/HPS التي لها نفس نسبة التركيب، مع زيادة درجة الاستبدال، تميل قيم G ′ وG ″ إلى الانخفاض، وهو ما يتوافق مع نتائج الدراسات السابقة [357، 358]. مع زيادة درجة الاستبدال، يصبح ملمس الجل ناعمًا. ولذلك، فإن الهيدروكسي بروبيل يكسر البنية المطلوبة للنشا الأصلي ويحسن محبته للماء [343].

بالنسبة لعينات مركب HPMC/HPS، انخفض كل من G ′ وG ″ مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl، والتي كانت متسقة مع نتائج HPS النقي. علاوة على ذلك، مع إضافة HPMC، كان لدرجة الإحلال تأثير كبير على G′ ويصبح التأثير مع G أقل وضوحًا.

أظهرت المنحنيات اللزوجة المرنة لجميع العينات المركبة HPMC/HPS نفس الاتجاه، والذي يتوافق مع HPMC عند درجة حرارة منخفضة وHPMC عند درجة حرارة عالية. بمعنى آخر، عند درجة الحرارة المنخفضة، يهيمن HPS على الخواص اللزوجة المرنة للنظام المركب، بينما يحدد HPMC عند درجة الحرارة المرتفعة الخواص اللزوجة المرنة للنظام المركب. وتعزى هذه النتيجة بشكل رئيسي إلى HPMC. على وجه الخصوص، HPS عبارة عن هلام بارد، يتغير من حالة هلامية إلى حالة محلول عند تسخينه؛ على العكس من ذلك، HPMC عبارة عن هلام ساخن، والذي يشكل هلامًا تدريجيًا مع زيادة هيكل الشبكة في درجة الحرارة. بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS، عند درجة حرارة منخفضة، يتم المساهمة بشكل رئيسي في خصائص الهلام للنظام المركب من خلال الهلام البارد HPS، وعند درجة حرارة عالية، عند درجات الحرارة الدافئة، يهيمن جيل HPMC في النظام المركب.

الشكل. 5-6 معامل التخزين (G′)، معامل الخسارة (G″) وtan δ مقابل درجة الحرارة لمحلول مزيج HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS

يقع معامل النظام المركب HPMC/HPS، كما هو متوقع، بين معاملات HPMC النقية وHPS النقي. علاوة على ذلك، يُظهر النظام المعقد G′> G″ في نطاق مسح درجة الحرارة بالكامل، مما يشير إلى أن كلاً من HPMC وHPS يمكنهما تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع جزيئات الماء، على التوالي، ويمكنهما أيضًا تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، على منحنى عامل الخسارة، تتمتع جميع الأنظمة المعقدة بذروة تان عند حوالي 45 درجة مئوية، مما يشير إلى أن انتقال الطور المستمر قد حدث في النظام المعقد. ستتم مناقشة هذه المرحلة الانتقالية في 5.3.6 القادمة. مواصلة المناقشة.

5.3.4 تأثير درجة الحرارة على لزوجة المركب

يعد فهم تأثير درجة الحرارة على الخواص الريولوجية للمواد أمرًا مهمًا بسبب النطاق الواسع من درجات الحرارة التي قد تحدث أثناء المعالجة والتخزين [359، 360]. في نطاق 5 درجات مئوية - 85 درجة مئوية، يظهر تأثير درجة الحرارة على اللزوجة المعقدة لمحاليل مركب HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS في الشكل 5-7. من الشكل 5-7(أ)، يمكن ملاحظة أن اللزوجة المعقدة للـ HPS النقي تتناقص بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة؛ تنخفض لزوجة HPMC النقية قليلاً من البداية إلى 45 درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة. يحسن.

أظهرت منحنيات اللزوجة لجميع العينات المركبة اتجاهات مماثلة مع درجة الحرارة، حيث تتناقص أولاً مع زيادة درجة الحرارة ثم تزيد مع زيادة درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، فإن لزوجة العينات المركبة تكون أقرب إلى لزوجة HPS عند درجة حرارة منخفضة وأقرب إلى لزوجة HPMC عند درجة حرارة عالية. ترتبط هذه النتيجة أيضًا بسلوك التبلور الغريب لكل من HPMC وHPS. أظهر منحنى اللزوجة للعينة المركبة تحولًا سريعًا عند 45 درجة مئوية، ربما بسبب انتقال المرحلة في النظام المركب HPMC/HPS. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن لزوجة عينة المركب G80/HPMC 5:5 عند درجة حرارة عالية أعلى من لزوجة HPMC النقية، والذي يرجع بشكل أساسي إلى اللزوجة الجوهرية الأعلى لـ G80 عند درجة حرارة عالية [361]. تحت نفس نسبة التركيب، تقل لزوجة المركب لنظام التركيب مع زيادة درجة إحلال HPS hydroxypropyl. ولذلك، فإن إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل في جزيئات النشا قد يؤدي إلى كسر روابط الهيدروجين داخل الجزيئات في جزيئات النشا.

الشكل 5-7: اللزوجة المعقدة مقابل درجة الحرارة لـ HPS/HPMC تمتزج مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS

يتوافق تأثير درجة الحرارة على اللزوجة المعقدة للنظام المركب HPMC/HPS مع علاقة أرينيوس ضمن نطاق درجة حرارة معين، واللزوجة المعقدة لها علاقة أسية مع درجة الحرارة. معادلة أرهينيوس هي كما يلي:

من بينها، η* هي اللزوجة المعقدة، Pa s؛

A ثابت، Pa s؛

T هي درجة الحرارة المطلقة، K؛

R هو ثابت الغاز، 8.3144 J·mol–1·K–1؛

E هي طاقة التنشيط، J·mol–1.

يتم تركيبه وفقًا للصيغة (5-3)، ويمكن تقسيم منحنى درجة حرارة اللزوجة للنظام المركب إلى جزأين وفقًا لذروة tan δ عند 45 درجة مئوية؛ النظام المركب عند 5 درجات مئوية – 45 درجة مئوية و45 درجة مئوية – 85 درجة تظهر قيم طاقة التنشيط E والثابت A التي تم الحصول عليها عن طريق التركيب في نطاق C في الجدول 5-3. القيم المحسوبة لطاقة التنشيط E تتراوح بين −174 kJ·mol−1 و124 kJ·mol−1، وقيم الثابت A تتراوح بين 6.24×10−11 Pa·s و1.99×1028 Pa·s. ضمن نطاق التركيب، كانت معاملات الارتباط المجهزة أعلى (R2 = 0.9071 –0.9892) باستثناء عينة G80/HPMC. تحتوي عينة G80/HPMC على معامل ارتباط أقل (R2 = 0.4435) في نطاق درجة الحرارة من 45 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية، والذي قد يكون بسبب الصلابة العالية بطبيعتها لـ G80 ووزنها الأسرع مقارنة بمعدل تبلور HPS الآخر [ 362]. هذه الخاصية لـ G80 تجعلها أكثر عرضة لتكوين مركبات غير متجانسة عند تفاقمها مع HPMC.

في نطاق درجة الحرارة من 5 درجات مئوية إلى 45 درجة مئوية، تكون قيمة E للعينة المركبة HPMC/HPS أقل قليلاً من قيمة HPS النقية، والذي قد يكون بسبب التفاعل بين HPMC وHPMC. تقليل الاعتماد على درجة حرارة اللزوجة. قيمة E لـ HPMC النقي أعلى من قيمة العينات الأخرى. كانت طاقات التنشيط لجميع العينات المحتوية على النشا ذات قيم موجبة منخفضة، مما يشير إلى أنه في درجات الحرارة المنخفضة، كان انخفاض اللزوجة مع درجة الحرارة أقل وضوحًا وأظهرت التركيبات نسيجًا يشبه النشا.

جدول 5-3 معلمات معادلة أرينيوس (E: طاقة التنشيط؛ A: ثابت؛ R 2: معامل التحديد) من المعادلة (1) لمزيج HPS/HPMC بدرجات مختلفة من الهيدروكسي بروبيل من HPS

ومع ذلك، في نطاق درجة الحرارة الأعلى الذي يتراوح بين 45 درجة مئوية - 85 درجة مئوية، تغيرت قيمة E نوعيًا بين عينات HPS النقية وHPMC/HPS المركبة، وكانت قيمة E لـ HPSs النقية 45.6 كيلو جول · مول - 1 - في نطاق 124 kJ·mol−1، قيم E للمجمعات تقع في نطاق -3.77 kJ·mol−1– -72.2 kJ·mol−1 . يوضح هذا التغيير التأثير القوي لـ HPMC على طاقة التنشيط للنظام المعقد، حيث أن قيمة E لـ HPMC النقي هي -174 كيلوجول مول−1. تكون قيم E لـ HPMC النقي والنظام المركب سالبة، مما يشير إلى أنه عند درجات الحرارة المرتفعة، تزداد اللزوجة مع زيادة درجة الحرارة، ويظهر المركب نسيج سلوك يشبه HPMC.

تتوافق تأثيرات HPMC وHPS على اللزوجة المعقدة للأنظمة المركبة HPMC/HPS عند درجة حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة مع خصائص اللزوجة المرنة التي تمت مناقشتها.

5.3.5 الخواص الميكانيكية الديناميكية

توضح الأشكال 5-8 منحنيات اكتساح التردد عند 5 درجات مئوية لمحاليل مركب HPMC/HPS لـ HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل. يمكن أن نرى من الشكل أن HPS النقي يُظهر سلوكًا نموذجيًا يشبه الحالة الصلبة (G ′ > G ″)، في حين أن HPMC هو سلوك يشبه السائل (G ′ < G ″). أظهرت جميع تركيبات HPMC/HPS سلوكًا شبيهًا بالصلابة. بالنسبة لمعظم العينات، يزداد كل من G′ وG″ مع زيادة التردد، مما يشير إلى أن السلوك الشبيه بالصلب للمادة قوي.

تظهر HPMCs النقية اعتمادًا واضحًا على التردد يصعب رؤيته في عينات HPS النقية. كما هو متوقع، أظهر النظام المعقد HPMC/HPS درجة معينة من الاعتماد على التردد. بالنسبة لجميع العينات التي تحتوي على HPS، تكون n′ دائمًا أقل من n″، وتظهر G″ اعتمادًا على التردد أقوى من G′، مما يشير إلى أن هذه العينات أكثر مرونة من اللزوجة [352، 359، 363]. لذلك، يتم تحديد أداء العينات المركبة بشكل أساسي بواسطة HPS، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن HPMC يقدم حالة محلول منخفضة اللزوجة عند درجة حرارة منخفضة.

الجدول 5-4 n′ وn″ وG0′ وG0″ لـ HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS عند 5 درجات مئوية كما هو محدد من المعادلات. (5-1) و (5-2)

الشكل. 5-8 معامل التخزين (G′) ومعامل الخسارة (G″) مقابل تردد مزيج HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS عند 5 درجات مئوية

تظهر HPMCs النقية اعتمادًا واضحًا على التردد يصعب رؤيته في عينات HPS النقية. كما هو متوقع بالنسبة لمجمع HPMC/HPS، أظهر نظام يجند درجة معينة من الاعتماد على التردد. بالنسبة لجميع العينات التي تحتوي على HPS، تكون n′ دائمًا أقل من n″، وتظهر G″ اعتمادًا على التردد أقوى من G′، مما يشير إلى أن هذه العينات أكثر مرونة من اللزوجة [352، 359، 363]. لذلك، يتم تحديد أداء العينات المركبة بشكل أساسي بواسطة HPS، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن HPMC يقدم حالة محلول منخفضة اللزوجة عند درجة حرارة منخفضة.

توضح الأشكال 5-9 منحنيات اكتساح التردد لمحاليل مركب HPMC/HPS لـ HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل عند 85 درجة مئوية. كما يتبين من الشكل، أظهرت جميع عينات HPS الأخرى باستثناء A1081 سلوكًا نموذجيًا يشبه الحالة الصلبة. بالنسبة لـ A1081، تكون قيم G' وG" متقاربة جدًا، وG' أصغر قليلاً من G"، مما يشير إلى أن A1081 يتصرف كسائل.

قد يكون هذا بسبب أن A1081 عبارة عن هلام بارد ويخضع لعملية انتقال من هلام إلى محلول عند درجة حرارة عالية. من ناحية أخرى، بالنسبة للعينات التي لها نفس نسبة التركيب، انخفضت قيم n′ وn″ وG0′ وG0″ (الجدول 5-5) مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، مما يشير إلى أن الهيدروكسي بروبيل قلل من المادة الصلبة- مثل سلوك النشا عند درجة حرارة عالية (85 درجة مئوية). على وجه الخصوص، فإن n′ وn″ لـ G80 قريبان من 0، مما يُظهر سلوكًا قويًا يشبه المادة الصلبة؛ في المقابل، فإن قيم n' وn' لـ A1081 قريبة من 1، مما يُظهر سلوكًا قويًا للسوائل. تتوافق قيمتي n' وn' هذه مع بيانات G' وG". بالإضافة إلى ذلك، كما يتبين من الأشكال 5-9، فإن درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل يمكن أن تحسن بشكل كبير اعتماد تردد HPS عند درجة حرارة عالية.

الشكل 5-9 معامل التخزين (G′) ومعامل الخسارة (G″) مقابل تردد مزيج HPS/HPMC مع درجة استبدال الهيدروبروبيل المختلفة لـ HPS عند 85 درجة مئوية

توضح الأشكال 5-9 أن HPMC يُظهر سلوكًا نموذجيًا يشبه الحالة الصلبة (G ′ > G ″) عند 85 درجة مئوية، والذي يُعزى بشكل أساسي إلى خصائصه الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن G′ وG″ لـ HPMC يختلفان مع التردد ولم تتغير الزيادة كثيرًا، مما يشير إلى أنه لا يوجد لديه اعتماد واضح على التردد.

بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS، تكون قيم n ′ و n ″ قريبة من 0، وG0 ′ أعلى بكثير من G0 (الجدول ″ 5-5)، مما يؤكد سلوكه الشبيه بالصلب. من ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي استبدال الهيدروكسي بروبيل العالي إلى تحويل HPS من السلوك الشبيه بالصلب إلى السلوك الشبيه بالسائل، وهي ظاهرة لا تحدث في المحاليل المركبة. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للنظام المركب المضاف مع HPMC، مع زيادة التردد، بقي كل من G' وG" مستقرًا نسبيًا، وكانت قيم n' وn" قريبة من تلك الخاصة بـ HPMC. تشير كل هذه النتائج إلى أن HPMC يهيمن على اللزوجة المرنة للنظام المركب عند درجة حرارة عالية تبلغ 85 درجة مئوية.

الجدول 5-5 n′ وn″ وG0′ وG0″ لـ HPS/HPMC مع استبدال هيدروبروبيل مختلف لـ HPS عند 85 درجة مئوية كما هو محدد من المعادلات. (5-1) و (5-2)

5.3.6 مورفولوجية النظام المركب HPMC/HPS

تمت دراسة انتقال المرحلة لنظام مركب HPMC/HPS بواسطة المجهر الضوئي المصبوغ باليود. تم اختبار النظام المركب HPMC/HPS بنسبة مركبة 5:5 عند 25 درجة مئوية، و45 درجة مئوية، و85 درجة مئوية. تظهر صور المجهر الضوئي الملون أدناه في الأشكال 5-10. يمكن أن نرى من الشكل أنه بعد الصباغة باليود، يتم صبغ مرحلة HPS بلون أغمق، وتظهر مرحلة HPMC بلون أفتح لأنه لا يمكن صبغها باليود. لذلك، يمكن التمييز بوضوح بين مرحلتي HPMC/HPS. عند درجات الحرارة المرتفعة، تزداد مساحة المناطق المظلمة (مرحلة HPS) وتقل مساحة المناطق المضيئة (مرحلة HPMC). على وجه الخصوص، عند 25 درجة مئوية، HPMC (اللون الساطع) هو المرحلة المستمرة في النظام المركب HPMC/HPS، ويتم تشتيت مرحلة HPMC الكروية الصغيرة (اللون الداكن) في المرحلة المستمرة HPMC. في المقابل، عند 85 درجة مئوية، أصبح HPMC مرحلة مشتتة صغيرة جدًا وغير منتظمة الشكل ومشتتة في مرحلة HPS المستمرة.

الشكل. 5-8 مورفولوجيات خليط HPMC/HPS المصبوغ بنسبة 1:1 عند 25 درجة مئوية، و45 درجة مئوية، و85 درجة مئوية

مع زيادة درجة الحرارة، يجب أن تكون هناك نقطة انتقالية لمورفولوجية الطور للمرحلة المستمرة من HPMC إلى HPS في النظام المركب HPMC/HPS. من الناحية النظرية، يجب أن يحدث ذلك عندما تكون لزوجة HPMC وHPS متماثلة أو متشابهة جدًا. كما يمكن رؤيته من الصور المجهرية البالغة 45 درجة مئوية في الأشكال 5-10، لا يظهر مخطط طور "الجزيرة البحرية" النموذجي، ولكن يتم ملاحظة مرحلة متواصلة. تؤكد هذه الملاحظة أيضًا حقيقة أن انتقال الطور للمرحلة المستمرة ربما حدث عند ذروة tan δ في منحنى درجة حرارة عامل التبديد الذي تمت مناقشته في 5.3.3.

يمكن أيضًا أن نرى من الشكل أنه عند درجة حرارة منخفضة (25 درجة مئوية)، تظهر بعض أجزاء الطور المشتت HPS الداكن درجة معينة من اللون الساطع، والذي قد يكون بسبب وجود جزء من طور HPMC في طور HPS في شكل مرحلة متفرقة. وسط. من قبيل الصدفة، عند درجة حرارة عالية (85 درجة مئوية)، يتم توزيع بعض الجزيئات الداكنة الصغيرة في الطور المشتت HPMC ذو الألوان الزاهية، وهذه الجزيئات الداكنة الصغيرة هي الطور المستمر HPS. تشير هذه الملاحظات إلى وجود درجة معينة من الطور المتوسط ​​في النظام المركب HPMC-HPS، مما يشير أيضًا إلى أن HPMC لديه توافق معين مع HPS.

5.3.7 رسم تخطيطي للانتقال المرحلي للنظام المركب HPMC/HPS

استنادًا إلى السلوك الريولوجي الكلاسيكي لمحاليل البوليمر ونقاط الهلام المركبة [216، 232] والمقارنة مع المجمعات التي تمت مناقشتها في الورقة، يُقترح نموذج أساسي للتحول الهيكلي لمجمعات HPMC/HPS مع درجة الحرارة، كما هو مبين في الشكل 5-11.

الشكل. 5-11 الهياكل التخطيطية لانتقال sol-gel لـ HPMC (a)؛ HPS ( ب ) ؛ و HPMC/HPS (ج)

تمت دراسة سلوك هلام HPMC وآلية الانتقال ذات الصلة بالجل المحلول كثيرًا [159، 160، 207، 208]. واحدة من تلك المقبولة على نطاق واسع هي أن سلاسل HPMC موجودة في الحل في شكل حزم مجمعة. ترتبط هذه المجموعات ببعضها البعض عن طريق تغليف بعض هياكل السليلوز غير المستبدلة أو القابلة للذوبان بشكل طفيف، وترتبط بالمناطق ذات الاستبدال الكثيف عن طريق التجميع الكاره للماء لمجموعات الميثيل ومجموعات الهيدروكسيل. عند درجة حرارة منخفضة، تشكل جزيئات الماء هياكل تشبه القفص خارج مجموعات الميثيل الكارهة للماء وهياكل قشرة الماء خارج المجموعات المحبة للماء مثل مجموعات الهيدروكسيل، مما يمنع HPMC من تكوين روابط هيدروجينية بين السلاسل عند درجات حرارة منخفضة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يمتص HPMC الطاقة وتتكسر هياكل القفص المائي والقشرة المائية، وهي حركية التحول إلى هلام المحلول. يؤدي تمزق القفص المائي وقذيفة الماء إلى تعريض مجموعات الميثيل والهيدروكسي بروبيل للبيئة المائية، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الحجم الحر. عند درجة حرارة أعلى، وبسبب الارتباط الكاره للماء للمجموعات الكارهة للماء والارتباط المحب للماء للمجموعات المحبة للماء، يتم أخيرًا تشكيل بنية الشبكة ثلاثية الأبعاد للجيل، كما هو موضح في الشكل 5-11 (أ).

بعد جلتنة النشا، يذوب الأميلوز من حبيبات النشا ليشكل بنية حلزونية مفردة مجوفة، والتي يتم لفها باستمرار وتقدم في النهاية حالة من الملفات العشوائية. يشكل هذا الهيكل الحلزوني الأحادي تجويفًا كارهًا للماء من الداخل وسطحًا محبًا للماء من الخارج. هذا الهيكل الكثيف من النشا يمنحه استقرارًا أفضل [230-232]. ولذلك فإن HPS يتواجد على شكل ملفات عشوائية متغيرة مع بعض القطع الحلزونية الممدودة في محلول مائي عند درجة حرارة عالية. مع انخفاض درجة الحرارة، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين HPS وجزيئات الماء ويفقد الماء المرتبط. وأخيرًا، يتم تكوين بنية شبكية ثلاثية الأبعاد بسبب تكوين روابط هيدروجينية بين السلاسل الجزيئية، ويتم تكوين مادة هلامية، كما هو موضح في الشكل 5-11(ب).

عادة، عندما يتم تركيب مكونين لهما لزوجة مختلفة جدًا، يميل مكون اللزوجة العالية إلى تكوين طور مشتت ويتم تشتيته في الطور المستمر للمكون منخفض اللزوجة. في درجات الحرارة المنخفضة، تكون لزوجة HPMC أقل بكثير من لزوجة HPS. لذلك، يشكل HPMC مرحلة مستمرة تحيط بمرحلة هلام HPS عالية اللزوجة. عند حواف المرحلتين، تفقد مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في سلاسل HPMC جزءًا من الماء المرتبط وتشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع السلاسل الجزيئية HPS. أثناء عملية التسخين، تتحرك السلاسل الجزيئية HPS بسبب امتصاصها طاقة كافية وتكونت روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء، مما أدى إلى تمزق البنية الهلامية. وفي الوقت نفسه، تم تدمير هيكل القفص المائي وهيكل الصدفة المائية على سلسلة HPMC وتمزق تدريجيًا لكشف المجموعات المحبة للماء والمجموعات الكارهة للماء. عند درجة حرارة عالية، يشكل HPMC بنية شبكة هلامية بسبب روابط الهيدروجين بين الجزيئات والارتباط الكاره للماء، وبالتالي يصبح مرحلة مشتتة عالية اللزوجة منتشرة في الطور المستمر HPS للملفات العشوائية، كما هو موضح في الشكل 5-11 (ج). ولذلك، سيطر HPS وHPMC على الخواص الريولوجية، وخصائص الهلام ومورفولوجيا الطور للمواد الهلامية المركبة عند درجات حرارة منخفضة وعالية، على التوالي.

يؤدي إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل إلى جزيئات النشا إلى كسر بنية الرابطة الهيدروجينية الداخلية المنظمة داخل الجزيئات، بحيث تكون جزيئات الأميلوز الجيلاتينية في حالة منتفخة وممتدة، مما يزيد من حجم الترطيب الفعال للجزيئات ويمنع ميل جزيئات النشا إلى التشابك بشكل عشوائي. في محلول مائي [362]. ولذلك، فإن الخصائص الضخمة والمحبة للماء للهيدروكسي بروبيل تجعل إعادة تركيب سلاسل الأميلوز الجزيئية وتكوين مناطق الارتباط المتقاطع أمرًا صعبًا [233]. لذلك، مع انخفاض درجة الحرارة، مقارنة بالنشا الأصلي، يميل HPS إلى تكوين بنية شبكة هلامية أكثر مرونة ونعومة.

مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، هناك شظايا حلزونية ممتدة أكثر في محلول HPS، والتي يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية أكثر بين الجزيئات مع سلسلة HPMC الجزيئية عند حدود المرحلتين، وبالتالي تشكيل بنية أكثر تجانسًا. بالإضافة إلى ذلك، يقلل الهيدروكسي بروبيل من لزوجة النشا، مما يقلل من فرق اللزوجة بين HPMC وHPS في التركيبة. لذلك، تتحول نقطة انتقال الطور في النظام المعقد HPMC/HPS إلى درجة حرارة منخفضة مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl. ويمكن تأكيد ذلك من خلال التغير المفاجئ في اللزوجة مع درجة حرارة العينات المعاد تشكيلها في 5.3.4.

5.4 ملخص الفصل

في هذا الفصل، تم تحضير محاليل مركب HPMC/HPS مع درجات استبدال هيدروكسي بروبيل HPS مختلفة، وتم دراسة تأثير درجة استبدال HPMC هيدروكسي بروبيل على الخواص الريولوجية وخصائص الهلام لنظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS بواسطة مقياس الجريان. تمت دراسة توزيع الطور للنظام المركب للهلام البارد والساخن HPMC/HPS عن طريق تحليل المجهر الضوئي المصبوغ باليود. النتائج الرئيسية هي كما يلي:

1. في درجة حرارة الغرفة، انخفضت اللزوجة وتخفيف القص لمحلول مركب HPMC/HPS مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن إدخال مجموعة الهيدروكسي بروبيل في جزيء النشا يدمر بنية الرابطة الهيدروجينية داخل الجزيئات ويحسن محبة النشا للماء.
2. في درجة حرارة الغرفة، تتأثر اللزوجة الصفرية h0، ومؤشر التدفق n، ومعامل اللزوجة K للمحاليل المركبة HPMC/HPS بكل من HPMC والبروبيل الهيدروكسي. مع زيادة محتوى HPMC، تنخفض لزوجة القص الصفرية h0، ويزيد مؤشر التدفق n، وينخفض ​​معامل اللزوجة K؛ لزوجة القص الصفرية h0، مؤشر التدفق n ومعامل اللزوجة K من HPS النقي كلها تزيد مع الهيدروكسيل مع زيادة درجة استبدال البروبيل، تصبح أصغر؛ أما بالنسبة للنظام المركب فإن لزوجة القص الصفرية h0 تتناقص مع زيادة درجة الإحلال، بينما يزداد مؤشر التدفق n وثابت اللزوجة K مع زيادة درجة الإحلال.
3. يمكن لطريقة القص مع القص المسبق والتغير المتغير ثلاثي المراحل أن تعكس بشكل أكثر دقة اللزوجة وخصائص التدفق وتغير الانسيابية للمحلول المركب.
4. تضيق المنطقة اللزوجة المرنة الخطية لنظام مركب HPMC/HPS مع انخفاض درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل لـ HPS.
5. في هذا النظام المركب الهلام البارد والساخن، يمكن أن يشكل HPMC وHPS مراحل مستمرة عند درجات حرارة منخفضة وعالية، على التوالي. يمكن أن يؤثر تغيير بنية الطور بشكل كبير على اللزوجة المعقدة وخصائص اللزوجة المرنة والاعتماد على التردد وخصائص الجل للجيل المعقد.
6. كمراحل متفرقة، يمكن لـ HPMC وHPS تحديد الخواص الريولوجية وخصائص الجل للأنظمة المركبة HPMC/HPS في درجات حرارة عالية ومنخفضة، على التوالي. كانت المنحنيات اللزوجة المرنة للعينات المركبة HPMC/HPS متوافقة مع HPMC عند درجة حرارة منخفضة وHPMC عند درجة حرارة عالية.
7. كما كان للدرجات المختلفة للتعديل الكيميائي لبنية النشا تأثير كبير على خصائص الهلام. أظهرت النتائج أن اللزوجة المعقدة ومعامل التخزين ومعامل الفقد جميعها تتناقص مع زيادة درجة إحلال HPS hydroxypropyl. ولذلك، فإن الهيدروكسي بروبيل للنشا الأصلي يمكن أن يعطل بنيته المنظمة ويزيد من محبة النشا للماء، مما يؤدي إلى تكوين هلام ناعم.
8. يمكن أن يقلل الهيدروكسي بروبيل من السلوك الصلب لمحاليل النشا عند درجة حرارة منخفضة والسلوك الشبيه بالسائل عند درجة حرارة عالية. عند درجة حرارة منخفضة، أصبحت قيم n ′ و n ″ أكبر مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl؛ عند درجة حرارة عالية، أصبحت قيم n ′ و n أصغر مع زيادة درجة استبدال HPS hydroxypropyl.
9. تم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص الريولوجية وخصائص الهلام للنظام المركب HPMC/HPS. يظهر كل من التغيير المفاجئ في منحنى اللزوجة للنظام المركب وذروة tan δ في منحنى عامل الخسارة عند 45 درجة مئوية، وهو ما يتوافق مع ظاهرة الطور المستمر المشترك التي لوحظت في الصورة المجهرية (عند 45 درجة مئوية).

باختصار، يُظهر النظام المركب للهلام البارد الساخن HPMC/HPS مورفولوجيا وخصائص طورية خاصة يتم التحكم في درجة حرارتها. من خلال التعديلات الكيميائية المختلفة للنشا والسليلوز، يمكن استخدام نظام مركب الهلام البارد والساخن HPMC/HPS لتطوير وتطبيق المواد الذكية ذات القيمة العالية.

الفصل السادس تأثيرات درجة استبدال HPS على الخصائص وتوافق النظام للأغشية المركبة HPMC/HPS

يمكن أن نرى من الفصل الخامس أن تغير التركيب الكيميائي للمكونات في النظام المركب يحدد الفرق في الخواص الريولوجية وخصائص الهلام وخصائص المعالجة الأخرى للنظام المركب. الأداء العام له تأثير كبير.

يركز هذا الفصل على تأثير التركيب الكيميائي للمكونات على البنية المجهرية والخصائص العيانية للغشاء المركب HPMC/HPS. بالاشتراك مع تأثير الفصل 5 على الخواص الريولوجية للنظام المركب، يتم تحديد الخواص الريولوجية للنظام المركب HPMC/HPS- العلاقة بين خصائص الفيلم.

6.1 المواد والمعدات

6.1.1 المواد التجريبية الرئيسية

6.1.2 الأدوات والمعدات الرئيسية

6.2 الطريقة التجريبية

6.2.1 تحضير الأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة لاستبدال HPS هيدروكسي بروبيل

التركيز الإجمالي للمحلول المركب هو 8% (وزن/وزن)، نسبة مركب HPMC/HPS هي 10:0، 5:5، 0:10، الملدنات 2.4% (وزن/وزن) بولي إيثيلين جلايكول، المادة الصالحة للأكل. تم تحضير الفيلم المركب من HPMC/HPS بطريقة الصب. لمعرفة طريقة التحضير المحددة، انظر 3.2.1.

6.2.2 بنية المجال الجزئي للأغشية المركبة HPMC/HPS مع درجات مختلفة لاستبدال HPS هيدروكسي بروبيل

6.2.2.1 مبدأ تحليل البنية المجهرية لإشعاع السنكروترون ونثر الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة

يشير تشتت الأشعة السينية الصغيرة (SAXS) إلى ظاهرة التشتت الناتجة عن شعاع الأشعة السينية الذي يشع العينة قيد الاختبار ضمن زاوية صغيرة قريبة من شعاع الأشعة السينية. استنادًا إلى اختلاف كثافة الإلكترون النانوي بين المشتت والوسط المحيط به، يُستخدم تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة بشكل شائع في دراسة المواد البوليمرية الصلبة والغروية والسائلة في نطاق المقياس النانوي. بالمقارنة مع تقنية حيود الأشعة السينية واسعة الزاوية، يمكن لـ SAXS الحصول على معلومات هيكلية على نطاق أوسع، والتي يمكن استخدامها لتحليل شكل سلاسل البوليمر الجزيئية، والهياكل طويلة الأمد، وبنية الطور وتوزيع الطور لأنظمة البوليمر المعقدة. . مصدر ضوء الأشعة السينية السنكروترون هو نوع جديد من مصدر الضوء عالي الأداء، الذي يتميز بمزايا النقاء العالي، والاستقطاب العالي، والنبض الضيق، والسطوع العالي، والموازاة العالية، لذلك يمكنه الحصول على المعلومات الهيكلية النانوية للمواد بسرعة أكبر وبدقة. تحليل طيف SAXS للمادة المقاسة يمكن أن يحصل نوعيًا على توحيد كثافة السحابة الإلكترونية، وتوحيد كثافة السحابة الإلكترونية أحادية الطور (الانحراف الإيجابي عن نظرية بورود أو ديباي)، ووضوح الواجهة ثنائية الطور (الانحراف السلبي عن نظرية بورود). أو نظرية ديبي). )، والتشابه الذاتي للتشتت (سواء كان يحتوي على ميزات كسورية)، والتشتت المبعثر (التشتت الأحادي أو التشتت المتعدد الذي يحدده جينيير) وغيرها من المعلومات، والبعد الكسري المبعثر، ونصف قطر الدوران، والطبقة المتوسطة من وحدات التكرار يمكن أيضًا الحصول عليها كميًا. السُمك، متوسط ​​الحجم، جزء الحجم المبعثر، مساحة سطح محددة ومعلمات أخرى.

6.2.2.2 طريقة الاختبار

في مركز إشعاع السنكروترون الأسترالي (كلايتون، فيكتوريا، أستراليا)، تم استخدام مصدر إشعاع السنكروترون المتقدم من الجيل الثالث في العالم (تدفق 1013 فوتون / ثانية، الطول الموجي 1.47 Å) لتحديد بنية المجال الجزئي والمعلومات الأخرى ذات الصلة للمركب. فيلم. تم جمع نمط الانتثار ثنائي الأبعاد لعينة الاختبار بواسطة كاشف Pilatus 1M (مساحة 169 × 172 ميكرومتر، حجم بكسل 172 × 172 ميكرومتر)، وكانت العينة المقاسة في حدود 0.015 <q <0.15 Å−1 ( q هو ناقل التشتت) يتم الحصول على منحنى تشتت الأشعة السينية الداخلي أحادي البعد ذو الزاوية الصغيرة من نمط التشتت ثنائي الأبعاد بواسطة برنامج ScatterBrain، ويتم تحويل ناقل التشتت q وزاوية التشتت 2 بواسطة الصيغة i / ، أين هو الطول الموجي للأشعة السينية. تم تطبيع جميع البيانات مسبقًا قبل تحليل البيانات.

6.2.3 التحليل الحراري الوزني للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl

6.2.3.1 مبدأ التحليل الوزني الحراري

نفس 3.2.5.1

6.2.3.2 طريقة الاختبار

انظر 3.2.5.2

6.2.4 خصائص الشد للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl

6.2.4.1 مبدأ تحليل خاصية الشد

نفس 3.2.6.1

6.2.4.2 طريقة الاختبار

انظر 3.2.6.2

باستخدام معيار ISO37، يتم تقطيعه إلى شرائح على شكل دمبل، بطول إجمالي 35 مم، والمسافة بين خطوط التحديد 12 مم، وعرض 2 مم. تمت معايرة جميع عينات الاختبار عند نسبة رطوبة 75% لأكثر من 3 أيام.

6.2.5 نفاذية الأكسجين للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS هيدروكسي بروبيل

6.2.5.1 مبدأ تحليل نفاذية الأكسجين

نفس 3.2.7.1

6.2.5.2 طريقة الاختبار

انظر 3.2.7.2

6.3 النتائج والمناقشة

6.3.1 تحليل البنية البلورية للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl

يوضح الشكل 6-1 أطياف تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة للأفلام المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl. يمكن أن نرى من الشكل أنه في النطاق الواسع نسبيًا q > 0.3 Å (2θ > 40)، تظهر قمم مميزة واضحة في جميع عينات الأغشية. من نمط تشتت الأشعة السينية للفيلم المكون النقي (الشكل 6-1 أ)، يتمتع HPMC النقي بذروة مميزة لتشتت الأشعة السينية القوية عند 0.569 Å، مما يشير إلى أن HPMC لديه ذروة تشتت الأشعة السينية في الزاوية الواسعة منطقة 7.70 (2θ > 50). تشير القمم المميزة للبلورة إلى أن HPMC لديه بنية بلورية معينة هنا. أظهرت كل من عينات أفلام النشا النقية A939 وA1081 ذروة تشتت الأشعة السينية المميزة عند 0.397 Å، مما يشير إلى أن HPS له ذروة مميزة بلورية في منطقة الزاوية الواسعة تبلغ 5.30، وهو ما يتوافق مع الذروة البلورية من النوع B للنشا. يمكن أن نرى بوضوح من الشكل أن A939 مع استبدال منخفض الهيدروكسي بروبيل له مساحة ذروة أكبر من A1081 مع استبدال مرتفع. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن إدخال مجموعة الهيدروكسي بروبيل في سلسلة النشا الجزيئية يكسر البنية الأصلية المطلوبة لجزيئات النشا، ويزيد من صعوبة إعادة الترتيب والربط المتبادل بين سلاسل النشا الجزيئية، ويقلل من درجة إعادة بلورة النشا. مع زيادة درجة الاستبدال لمجموعة الهيدروكسي بروبيل، يكون التأثير المثبط لمجموعة الهيدروكسي بروبيل على إعادة بلورة النشا أكثر وضوحًا.

يمكن أن نرى من أطياف تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة للعينات المركبة (الشكل 6-1 ب) أن الأفلام المركبة HPMC-HPS أظهرت جميعها قمم مميزة واضحة عند 0.569 Å و0.397 Å، وهو ما يتوافق مع بلورة HPMC 7.70 قمم مميزة، على التوالي. تعد منطقة الذروة لبلورة HPS للفيلم المركب HPMC/A939 أكبر بكثير من تلك الخاصة بالفيلم المركب HPMC/A1081. يتم منع إعادة الترتيب، وهو ما يتوافق مع تباين منطقة ذروة تبلور HPS مع درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل في الأفلام المكونة النقية. لم تتغير منطقة الذروة البلورية المقابلة لـ HPMC عند 7.70 للأغشية المركبة بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl كثيرًا. بالمقارنة مع طيف عينات المكونات النقية (الشكل 5-1 أ)، انخفضت مناطق قمم تبلور HPMC وقمم تبلور HPS للعينات المركبة، مما يشير إلى أنه من خلال الجمع بين الاثنين، يمكن أن يكون كل من HPMC وHPS فعالين من أجل المجموعة الأخرى. تلعب ظاهرة إعادة بلورة مادة فصل الفيلم دورًا مثبطًا معينًا.

الشكل 6-1: أطياف SAXS لأغشية HPMC/HPS الممزوجة بدرجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

في الختام، فإن زيادة درجة استبدال هيدروكسي بروبيل HPS ومركب المكونين يمكن أن تمنع ظاهرة إعادة بلورة الغشاء المركب HPMC/HPS إلى حد ما. أدت زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل لـ HPS بشكل أساسي إلى منع إعادة بلورة HPS في الغشاء المركب، بينما لعب المركب المكون من مكونين دورًا مثبطًا معينًا في إعادة بلورة HPS وHPMC في الغشاء المركب.

6.3.2 تحليل البنية الكسورية ذاتية التشابه للأغشية المركبة HPMC/HPS مع درجات مختلفة لاستبدال HPS هيدروكسي بروبيل

متوسط ​​طول السلسلة (R) من جزيئات السكاريد مثل جزيئات النشا وجزيئات السليلوز يتراوح بين 1000-1500 نانومتر، وq يتراوح بين 0.01-0.1 Å-1، مع qR >> 1. وفقًا لـ صيغة Porod، يمكن رؤية عينات فيلم السكاريد. العلاقة بين شدة تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة وزاوية التشتت هي:

ومن بين هذه العناصر، أنا (q) شدة تشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة؛

q هي زاوية التشتت؛

α هو منحدر بورود.

يرتبط منحدر Porod α بالبنية الكسورية. إذا كانت α < 3، فهذا يشير إلى أن بنية المادة فضفاضة نسبيًا، وسطح المبعثر أملس، وهو عبارة عن كسورية جماعية، وأبعادها الكسورية D = α؛ إذا كانت 3 < α <4، فهذا يشير إلى أن بنية المادة كثيفة والسطح المبعثر خشن، وهو كسورية سطحية، وبعدها الكسري D = 6 – α.

يوضح الشكل 6-2 مخططات lnI(q)-lnq للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl. يمكن أن نرى من الشكل أن جميع العينات تقدم بنية كسورية متشابهة ذاتيًا ضمن نطاق معين، ويكون منحدر Porod α أقل من 3، مما يشير إلى أن الفيلم المركب يقدم كسورية جماعية، وسطح الفيلم المركب نسبيًا سلس. يتم عرض الأبعاد الكسورية الكتلية للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl في الجدول 6-1.

يوضح الجدول 6-1 البعد الكسري للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال HPS hydroxypropyl. يمكن أن نرى من الجدول أنه بالنسبة لعينات HPS النقية، يكون البعد الكسري لـ A939 المستبدل بهيدروكسي بروبيل منخفض أعلى بكثير من A1081 المستبدل بهيدروكسي بروبيل عالي، مما يشير إلى أنه مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، في الغشاء يتم تقليل كثافة الهيكل المماثل ذاتيًا بشكل كبير. وذلك لأن إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل على سلسلة النشا الجزيئية يعيق بشكل كبير الترابط المتبادل لقطاعات HPS، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة البنية المتشابهة ذاتيًا في الفيلم. يمكن لمجموعات الهيدروكسي بروبيل المحبة للماء أن تشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع جزيئات الماء، مما يقلل من التفاعل بين الأجزاء الجزيئية؛ تحد مجموعات الهيدروكسي بروبيل الأكبر من إعادة التركيب والربط المتبادل بين الأجزاء الجزيئية للنشا، لذلك مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، تشكل HPS بنية أكثر تشابهًا ذاتيًا.

بالنسبة للنظام المركب HPMC/A939، يكون البعد الكسري لـ HPS أعلى من HPMC، وذلك بسبب إعادة بلورة النشا، ويتم تشكيل بنية أكثر تنظيمًا بين السلاسل الجزيئية، مما يؤدي إلى البنية المتشابهة ذاتيًا في الغشاء . كثافة عالية. يكون البعد الكسري للعينة المركبة أقل من البعد الكسري للمكونين النقيين، لأنه من خلال التركيب، يتم إعاقة الارتباط المتبادل للأجزاء الجزيئية للمكونين من قبل بعضها البعض، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الهياكل المتشابهة ذاتيًا. في المقابل، في النظام المركب HPMC/A1081، يكون البعد الكسري لـ HPS أقل بكثير من HPMC. وذلك لأن إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل في جزيئات النشا يمنع بشكل كبير إعادة بلورة النشا. الهيكل المماثل ذاتيًا في الخشب أكثر مرونة. وفي الوقت نفسه، يكون البعد الكسري لعينة مركب HPMC/A1081 أعلى من البعد الكسري لعينة مركب HPMC/A939. البنية المتشابهة ذاتيًا، يمكن لجزيئات HPMC الشبيهة بالسلسلة أن تدخل تجويف بنيتها الفضفاضة، وبالتالي تحسين كثافة البنية المتشابهة ذاتيًا لـ HPS، مما يشير أيضًا إلى أن HPS مع استبدال هيدروكسي بروبيل عالي يمكن أن يشكل مركبًا أكثر تجانسًا بعد التركيب مع HPMC. مكونات. من بيانات الخصائص الريولوجية، يمكن ملاحظة أن الهيدروكسي بروبيل يمكن أن يقلل من لزوجة النشا، لذلك أثناء عملية التركيب، يتم تقليل فرق اللزوجة بين المكونين في نظام التركيب، وهو أكثر ملاءمة لتشكيل متجانس مُجَمَّع.

الشكل 6-2: أنماط lnI(q)-lnq ومنحنياتها الملائمة لأغشية مزيج HPMC/HPS مع درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

جدول 6-1 معلمات البنية الكسورية لأغشية مزيج HPS/HPMC مع درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

بالنسبة للأغشية المركبة التي لها نفس نسبة التركيب، يتناقص البعد الكسري أيضًا مع زيادة درجة استبدال مجموعة الهيدروكسي بروبيل. يمكن أن يؤدي إدخال الهيدروكسي بروبيل في جزيء HPS إلى تقليل الترابط المتبادل لقطاعات البوليمر في النظام المركب، وبالتالي تقليل كثافة الغشاء المركب؛ HPS مع استبدال هيدروكسي بروبيل عالي لديه توافق أفضل مع HPMC، وأسهل لتشكيل مركب موحد وكثيف. ولذلك فإن كثافة البنية المتشابهة ذاتياً في الغشاء المركب تتناقص مع زيادة درجة إحلال HPS والتي تكون نتيجة التأثير المشترك لدرجة إحلال HPS هيدروكسي بروبيل وتوافق المكونين في المركب نظام.

6.3.3 تحليل الثبات الحراري للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة لاستبدال HPS hydroxypropyl

تم استخدام محلل الوزن الحراري لاختبار الثبات الحراري للأغشية المركبة الصالحة للأكل HPMC/HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل. يوضح الشكل 6-3 منحنى قياس الوزن الحراري (TGA) ومنحنى معدل فقدان الوزن (DTG) للأغشية المركبة بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS. يمكن ملاحظة من منحنى TGA في الشكل 6-3(أ) أن عينات الغشاء المركب لها درجات مختلفة لاستبدال HPS hydroxypropyl. هناك مرحلتان واضحتان للتغير في قياس الوزن الحراري مع زيادة درجة الحرارة. أولاً، هناك مرحلة صغيرة لفقدان الوزن عند درجة حرارة 30 إلى 180 درجة مئوية، والتي تنتج بشكل رئيسي عن تطاير الماء الممتص بواسطة جزيء السكاريد الكبير. هناك مرحلة كبيرة لفقدان الوزن عند 300 ~ 450 درجة مئوية، وهي مرحلة التدهور الحراري الحقيقي، والتي تنتج بشكل رئيسي عن التدهور الحراري لـ HPMC وHPS. ويمكن أيضًا أن نرى من الشكل أن منحنيات فقدان الوزن لـ HPS بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل متشابهة ومختلفة بشكل كبير عن تلك الخاصة بـ HPMC. بين نوعي منحنيات فقدان الوزن لعينات HPMC النقية وعينات HPS النقية.

من منحنيات DTG في الشكل 6-3(ب)، يمكن ملاحظة أن درجات حرارة التحلل الحراري لـ HPS النقي بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل قريبة جدًا، وأن درجات حرارة ذروة التحلل الحراري لعينات A939 وA081 هي 310 درجة مئوية و 305 درجة مئوية، على التوالي. درجة حرارة ذروة التدهور الحراري لعينة HPMC النقية أعلى بكثير من درجة حرارة HPS، وتبلغ درجة حرارة الذروة 365 درجة مئوية؛ يحتوي الفيلم المركب HPMC/HPS على ذروتي تدهور حراري على منحنى DTG، وهو ما يتوافق مع التدهور الحراري لـ HPS وHPMC، على التوالي. القمم المميزة والتي تشير إلى وجود درجة معينة من فصل الطور في النظام المركب بنسبة مركب 5:5 وهو ما يتوافق مع نتائج التحلل الحراري للفيلم المركب بنسبة مركب 5:5 في الفصل الثالث كانت درجات حرارة ذروة التدهور الحراري لعينات الأفلام المركبة HPMC/A939 هي 302 درجة مئوية و363 درجة مئوية على التوالي؛ كانت درجات حرارة ذروة التدهور الحراري لعينات الأفلام المركبة HPMC/A1081 306 درجة مئوية و363 درجة مئوية على التوالي. تم تحويل درجات حرارة الذروة لعينات الأفلام المركبة إلى درجات حرارة أقل من عينات المكونات النقية، مما يشير إلى انخفاض الثبات الحراري للعينات المركبة. بالنسبة للعينات التي لها نفس نسبة التركيب، انخفضت درجة حرارة ذروة التحلل الحراري مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، مما يشير إلى أن الثبات الحراري للفيلم المركب انخفض مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. وذلك لأن إدخال مجموعات الهيدروكسي بروبيل في جزيئات النشا يقلل من التفاعل بين الأجزاء الجزيئية ويمنع إعادة الترتيب المنظم للجزيئات. ويتفق مع النتائج أن كثافة الهياكل المتشابهة ذاتياً تتناقص مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل.

شكل 6-3 منحنيات TGA (أ) ومنحنياتها المشتقة (DTG) (ب) لأغشية مزيج HPMC/HPS مع درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

6.3.4 تحليل الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة لاستبدال HPS هيدروكسي بروبيل

الشكل 6-5: خواص الشد لأغشية HPMC/HPS مع درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

تم اختبار خصائص الشد للأغشية المركبة HPMC/HPS مع درجات استبدال HPS hydroxypropyl المختلفة بواسطة محلل الخواص الميكانيكية عند 25 درجة مئوية ورطوبة نسبية 75٪. توضح الأشكال 6-5 معامل المرونة (أ)، الاستطالة عند الكسر (ب) وقوة الشد (ج) للأغشية المركبة بدرجات مختلفة من استبدال HPS هيدروكسي بروبيل. يمكن أن نرى من الشكل أنه بالنسبة للنظام المركب HPMC/A1081، مع زيادة محتوى HPS، انخفض المعامل المرن وقوة الشد للفيلم المركب تدريجيًا، وزادت الاستطالة عند الكسر بشكل ملحوظ، وهو ما كان متسقًا مع 3.3. 5-الرطوبة المتوسطة والعالية. وكانت نتائج الأغشية المركبة بنسب مركبة مختلفة متسقة.

بالنسبة لأغشية HPS النقية، زاد كل من معامل المرونة وقوة الشد مع انخفاض درجة استبدال HPS هيدروكسي بروبيل، مما يشير إلى أن الهيدروكسي بروبيل يقلل من صلابة الغشاء المركب ويحسن مرونته. ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، تزداد محبة الماء لـ HPS، ويصبح هيكل الغشاء أكثر مرونة، وهو ما يتوافق مع النتيجة التي تتناقص البعد الكسري مع زيادة درجة الإحلال في الزاوية الصغيرة X- اختبار تشتت الأشعة. ومع ذلك، فإن الاستطالة عند الكسر تتناقص مع انخفاض درجة استبدال مجموعة هيدروكسي بروبيل HPS، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن إدخال مجموعة هيدروكسي بروبيل في جزيء النشا يمكن أن يمنع إعادة بلورة النشا. وكانت النتائج متوافقة مع الزيادة والنقصان.

بالنسبة للغشاء المركب HPMC/HPS الذي له نفس نسبة المركب، فإن المعامل المرن لمادة الغشاء يزداد مع انخفاض درجة إحلال HPS hydroxypropyl، كما تنخفض قوة الشد والاستطالة عند الكسر مع انخفاض درجة الإحلال. ومن الجدير بالذكر أن الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة تختلف بشكل كامل مع نسبة التركيب مع اختلاف درجات استبدال HPS hydroxypropyl. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الخواص الميكانيكية للغشاء المركب لا تتأثر فقط بدرجة استبدال HPS على بنية الغشاء، ولكن أيضًا بالتوافق بين المكونات في النظام المركب. تتناقص لزوجة HPS مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، ومن الأفضل تكوين مركب موحد عن طريق التركيب.

6.3.5 تحليل نفاذية الأكسجين للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات مختلفة لاستبدال HPS هيدروكسي بروبيل

الأكسدة التي يسببها الأكسجين هي المرحلة الأولية في العديد من طرق التسبب في تلف الطعام، لذلك يمكن للأغشية المركبة الصالحة للأكل مع خصائص معينة لحاجز الأكسجين أن تحسن جودة الطعام وتطيل العمر الافتراضي للطعام [108، 364]. لذلك، تم قياس معدلات نقل الأكسجين للأغشية المركبة HPMC/HPS بدرجات استبدال هيدروكسي بروبيل HPS المختلفة، وتظهر النتائج في الشكل 5-6. يمكن أن نرى من الشكل أن نفاذية الأكسجين لجميع أغشية HPS النقية أقل بكثير من نفاذية أغشية HPMC النقية، مما يشير إلى أن أغشية HPMC لها خصائص حاجز أكسجين أفضل من أغشية HPMC، وهو ما يتوافق مع النتائج السابقة. بالنسبة لأغشية HPS النقية ذات درجات مختلفة من إحلال الهيدروكسي بروبيل، فإن معدل نقل الأكسجين يزداد مع زيادة درجة الإحلال، مما يدل على أن المساحة التي يتخللها الأكسجين في مادة الغشاء تزداد. وهذا يتوافق مع تحليل البنية المجهرية لنثر الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة، حيث يصبح هيكل الغشاء أكثر مرونة مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، وبالتالي تصبح قناة تخلل الأكسجين في الغشاء أكبر، والأكسجين الموجود في الغشاء يتخلل كلما زادت المساحة، يزداد أيضًا معدل نقل الأكسجين تدريجيًا.

الشكل. 6-6 نفاذية الأكسجين لأفلام HPS/HPMC مع درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل المختلفة لـ HPS

بالنسبة للأغشية المركبة ذات درجات استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS المختلفة، فإن معدل نقل الأكسجين يتناقص مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه في نظام التركيب 5:5، يوجد HPS في شكل طور مشتت في الطور المستمر HPMC منخفض اللزوجة، وتنخفض لزوجة HPS مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل. كلما كان فرق اللزوجة أصغر، كلما كان ذلك أكثر ملاءمة لتكوين مركب متجانس، وكلما كانت قناة تخلل الأكسجين في مادة الغشاء أكثر ملتوية، وكان معدل نقل الأكسجين أصغر.

6.4 ملخص الفصل

في هذا الفصل، تم تحضير أغشية مركبة صالحة للأكل HPMC/HPS عن طريق صب HPMC وHPMC بدرجات مختلفة من استبدال الهيدروكسي بروبيل، وإضافة البولي إيثيلين جلايكول كمادة ملدنة. تمت دراسة تأثير درجات استبدال هيدروكسي بروبيل HPS المختلفة على التركيب البلوري وبنية المجال الجزئي للغشاء المركب بواسطة تقنية نثر الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة لإشعاع السنكروترون. تمت دراسة تأثيرات درجات استبدال هيدروكسي بروبيل HPS المختلفة على الثبات الحراري والخواص الميكانيكية ونفاذية الأكسجين للأغشية المركبة وقوانينها بواسطة محلل الوزن الحراري ومختبر الخواص الميكانيكية ومختبر نفاذية الأكسجين. النتائج الرئيسية هي كما يلي:

1. بالنسبة للغشاء المركب HPMC/HPS بنفس نسبة التركيب، مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، تتناقص منطقة ذروة التبلور المقابلة لـ HPMC عند 5.30، في حين أن منطقة ذروة التبلور المقابلة لـ HPMC عند 7.70 لا تتغير كثيرًا، مما يشير إلى أن يمكن أن يمنع هيدروكسي بروبيل النشا إعادة بلورة النشا في الفيلم المركب.
2. بالمقارنة مع أغشية المكونات النقية لـ HPMC وHPS، يتم تقليل مناطق ذروة التبلور لـ HPMC (5.30) وHPMC (7.70) للأغشية المركبة، مما يشير إلى أنه من خلال الجمع بين الاثنين، يمكن أن يكون كل من HPMC وHPS فعالين في الأغشية المركبة. تلعب إعادة بلورة مكون آخر دورًا مثبطًا معينًا.
3. أظهرت جميع الأغشية المركبة HPMC/HPS بنية كسورية جماعية متشابهة ذاتيًا. بالنسبة للأغشية المركبة التي لها نفس نسبة المركب، انخفضت كثافة مادة الغشاء بشكل ملحوظ مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل؛ استبدال هيدروكسي بروبيل منخفض HPS تكون كثافة مادة الغشاء المركب أقل بكثير من كثافة المادة المكونة ثنائية النقي، في حين أن كثافة مادة الغشاء المركب ذات درجة استبدال هيدروكسي بروبيل HPS العالية أعلى من كثافة غشاء HPS النقي، وهو ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كثافة مادة الغشاء المركب تتأثر في نفس الوقت. تأثير الهيدروكسي بروبيل HPS على تقليل ارتباط قطعة البوليمر والتوافق بين مكوني النظام المركب.
4. يمكن أن يؤدي الهيدروكسي بروبيل لـ HPS إلى تقليل الثبات الحراري للأفلام المركبة HPMC/HPS، وتنتقل درجة حرارة ذروة التحلل الحراري للأفلام المركبة إلى منطقة درجة الحرارة المنخفضة مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، وذلك بسبب مجموعة الهيدروكسي بروبيل في جزيئات النشا. تقلل المقدمة من التفاعل بين الأجزاء الجزيئية وتمنع إعادة الترتيب المنظم للجزيئات.
5. انخفض معامل المرونة وقوة الشد لغشاء HPS النقي مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل HPS، بينما زادت الاستطالة عند الكسر. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الهيدروكسي بروبيل يمنع إعادة بلورة النشا ويجعل الفيلم المركب يشكل بنية أكثر مرونة.
6. انخفض معامل المرونة للفيلم المركب HPMC/HPS مع زيادة درجة استبدال HPS هيدروكسي بروبيل، لكن قوة الشد والاستطالة عند الكسر زادت، لأن الخواص الميكانيكية للفيلم المركب لم تتأثر بدرجة استبدال HPS هيدروكسي بروبيل. وبالإضافة إلى تأثيره، فإنه يتأثر أيضًا بتوافق مكوني النظام المركب.
7. تزداد نفاذية الأكسجين لـ HPS النقي مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، لأن الهيدروكسي بروبيل يقلل من كثافة منطقة HPS غير المتبلورة ويزيد من مساحة تخلل الأكسجين في الغشاء؛ الغشاء المركب HPMC/HPS تتناقص نفاذية الأكسجين مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن HPMC المفرط الهيدروكسي بروبيل لديه توافق أفضل مع HPMC، مما يؤدي إلى زيادة تعرج قناة تخلل الأكسجين في الغشاء المركب. انخفاض نفاذية الأكسجين.

تظهر النتائج التجريبية المذكورة أعلاه أن الخواص العيانية مثل الخواص الميكانيكية والثبات الحراري ونفاذية الأكسجين للأغشية المركبة HPMC/HPS ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببنيتها البلورية الداخلية وبنية المنطقة غير المتبلورة، والتي لا تتأثر فقط باستبدال HPS hydroxypropyl، ولكن أيضًا أيضا من قبل المجمع. تأثير التوافق بين مكونين لأنظمة يجند.

الاستنتاج والتوقعات

1. خاتمة

في هذه الورقة، يتم تركيب الهلام الحراري HPMC والهلام البارد HPS، ويتم إنشاء نظام مركب الهلام العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. تتم دراسة تركيز المحلول ونسبة التركيب وتأثير القص على النظام المركب بشكل منهجي وتأثير الخواص الريولوجية مثل اللزوجة ومؤشر التدفق والتغير المتغير، جنبًا إلى جنب مع الخواص الميكانيكية والخواص الميكانيكية الحرارية الديناميكية ونفاذية الأكسجين وخصائص انتقال الضوء والاستقرار الحراري للمركب. الأفلام المركبة المحضرة بطريقة الصب. تمت دراسة الخصائص الشاملة، وصبغ النبيذ باليود، والتوافق، وانتقال الطور، ومورفولوجيا الطور للنظام المركب بواسطة المجهر الضوئي، وتم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية لـ HPMC/HPS. من أجل التحكم في خصائص المركبات من خلال التحكم في بنية الطور وتوافق النظام المركب HPMC/HPS وفقًا للعلاقة بين الخواص العيانية والبنية الميكرومورفولوجية للنظام المركب HPMC/HPS. من خلال دراسة تأثيرات HPS المعدلة كيميائيًا بدرجات مختلفة على الخواص الريولوجية، وخصائص الهلام، والبنية المجهرية والخصائص العيانية للأغشية، تم إجراء مزيد من البحث في العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية لنظام الهلام العكسي البارد والساخن HPMC/HPS. العلاقة بين الاثنين وتم إنشاء نموذج فيزيائي لتوضيح آلية التبلور والعوامل المؤثرة عليها وقوانين الهلام البارد والساخن في النظام المركب. وقد توصلت الدراسات ذات الصلة إلى الاستنتاجات التالية.

1. يمكن أن يؤدي تغيير نسبة التركيب لنظام مركب HPMC/HPS إلى تحسين الخواص الريولوجية بشكل كبير مثل اللزوجة والسيولة والتنوع في HPMC عند درجة حرارة منخفضة. تمت دراسة العلاقة بين الخواص الريولوجية والبنية المجهرية للنظام المركب. النتائج المحددة هي كما يلي:

(1) عند درجة حرارة منخفضة، يكون النظام المركب عبارة عن هيكل "جزيرة بحرية" طور متواصل ومشتت الطور، ويحدث انتقال الطور المستمر عند 4: 6 مع انخفاض نسبة مركب HPMC/HPS. عندما تكون نسبة التركيب مرتفعة (محتوى HPMC أكبر)، فإن HPMC ذو اللزوجة المنخفضة هو الطور المستمر، وHPS هو الطور المشتت. بالنسبة للنظام المركب HPMC/HPS، عندما يكون المكون منخفض اللزوجة هو الطور المستمر والمكون عالي اللزوجة هو الطور المستمر، فإن مساهمة لزوجة الطور المستمر في لزوجة النظام المركب تختلف بشكل كبير. عندما يكون HPMC منخفض اللزوجة هو الطور المستمر، فإن لزوجة النظام المركب تعكس بشكل أساسي مساهمة لزوجة الطور المستمر؛ عندما تكون HPS عالية اللزوجة هي المرحلة المستمرة، فإن HPMC باعتبارها المرحلة المشتتة سوف تقلل من لزوجة HPS عالية اللزوجة. تأثير. مع زيادة محتوى HPS وتركيز المحلول في النظام المركب، زادت تدريجياً ظاهرة اللزوجة وترقق القص للنظام المركب، وانخفضت السيولة، وتم تعزيز السلوك الشبيه بالصلب للنظام المركب. تتم موازنة اللزوجة والتنوع في HPMC من خلال التركيبة التي تحتوي على HPS.

(2) بالنسبة لنظام مركب 5:5، يمكن أن يشكل HPMC وHPS مراحل مستمرة عند درجات حرارة منخفضة وعالية، على التوالي. يمكن أن يؤثر تغيير بنية الطور بشكل كبير على اللزوجة المعقدة وخصائص اللزوجة المرنة والاعتماد على التردد وخصائص الجل للجيل المعقد. كمراحل متفرقة، يمكن لـ HPMC وHPS تحديد الخواص الريولوجية وخصائص الجل للأنظمة المركبة HPMC/HPS في درجات حرارة عالية ومنخفضة، على التوالي. كانت المنحنيات اللزوجة المرنة للعينات المركبة HPMC/HPS متوافقة مع HPMC عند درجة حرارة منخفضة وHPMC عند درجة حرارة عالية.

(3) تم تأسيس العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص الريولوجية وخصائص الهلام للنظام المركب HPMC/HPS. يظهر كل من التغير المفاجئ في منحنى اللزوجة للنظام المركب وقمة دلتا tan في منحنى عامل الخسارة عند 45 درجة مئوية، وهو ما يتوافق مع ظاهرة الطور المستمر المشترك التي لوحظت في الصورة المجهرية (عند 45 درجة مئوية).

1. من خلال دراسة البنية المجهرية والخواص الميكانيكية، والخواص الميكانيكية الحرارية الديناميكية، ونفاذية الضوء، ونفاذية الأكسجين والثبات الحراري للأغشية المركبة المحضرة تحت نسب مركبة مختلفة وتركيزات المحاليل، جنبًا إلى جنب مع تقنية المجهر الضوئي لصبغ اليود، والبحث في مورفولوجيا الطور، وانتقال الطور والتوافق. تم فحص المعقدات وتم تحديد العلاقة بين البنية المجهرية والخواص العيانية للمعقدات. النتائج المحددة هي كما يلي:

(1) لا توجد واجهة واضحة ذات مرحلتين في صور SEM للأفلام المركبة بنسب مركبة مختلفة. تحتوي معظم الأفلام المركبة على نقطة تحول زجاجية واحدة فقط في نتائج DMA، ومعظم الأفلام المركبة لها ذروة تحلل حراري واحدة فقط في منحنى DTG. تشير هذه معًا إلى أن HPMC لديه توافق معين مع HPS.

(2) الرطوبة النسبية لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة HPMC/HPS، وتزداد درجة تأثيرها مع زيادة محتوى HPS. عند الرطوبة النسبية المنخفضة، زاد كل من معامل المرونة وقوة الشد للأغشية المركبة مع زيادة محتوى HPS، وكان الاستطالة عند كسر الأفلام المركبة أقل بكثير من استطالة الأفلام المكونة النقية. مع زيادة الرطوبة النسبية، انخفض معامل المرونة وقوة الشد للفيلم المركب، وزاد الاستطالة عند الكسر بشكل ملحوظ، وأظهرت العلاقة بين الخواص الميكانيكية للفيلم المركب ونسبة التركيب نمط تغيير معاكس تمامًا تحت ظروف مختلفة الرطوبة النسبية. تُظهر الخواص الميكانيكية للأغشية المركبة ذات نسب التركيب المختلفة تقاطعًا تحت ظروف رطوبة نسبية مختلفة، مما يوفر إمكانية تحسين أداء المنتج وفقًا لمتطلبات التطبيقات المختلفة.

(3) تم إنشاء العلاقة بين البنية المجهرية وانتقال الطور والشفافية والخواص الميكانيكية للنظام المركب HPMC/HPS. أ. تتوافق أدنى نقطة شفافية للنظام المركب مع نقطة انتقال الطور لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت والحد الأدنى لنقطة انخفاض معامل الشد. ب. يتناقص معامل يونغ واستطالته عند الكسر مع زيادة تركيز المحلول، والذي يرتبط سببيًا بالتغير المورفولوجي لـ HPMC من الطور المستمر إلى الطور المشتت في النظام المركب.

(4) تؤدي إضافة HPS إلى زيادة تعرج قناة تخلل الأكسجين في الغشاء المركب، مما يقلل بشكل كبير من نفاذية الأكسجين للغشاء، ويحسن أداء حاجز الأكسجين لغشاء HPMC.

1. تمت دراسة تأثير التعديل الكيميائي HPS على الخواص الريولوجية للنظام المركب والخواص الشاملة للغشاء المركب مثل التركيب البلوري وبنية المنطقة غير المتبلورة والخواص الميكانيكية ونفاذية الأكسجين والثبات الحراري. النتائج المحددة هي كما يلي:

(1) يمكن أن يؤدي الهيدروكسي بروبيل لـ HPS إلى تقليل لزوجة النظام المركب عند درجة حرارة منخفضة، وتحسين سيولة المحلول المركب، وتقليل ظاهرة ترقق القص؛ يمكن أن يؤدي الهيدروكسي بروبيل لـ HPS إلى تضييق المنطقة اللزوجة المرنة الخطية للنظام المركب، وتقليل درجة حرارة انتقال الطور لنظام مركب HPMC/HPS، وتحسين السلوك الشبيه بالصلابة للنظام المركب عند درجة حرارة منخفضة والسيولة عند درجة حرارة عالية.

(2) يمكن أن يؤدي الهيدروكسي بروبيل لـ HPS وتحسين توافق المكونين إلى منع إعادة بلورة النشا في الغشاء بشكل كبير، وتعزيز تكوين بنية أكثر مرونة في الغشاء المركب. إن إدخال مجموعات هيدروكسي بروبيل الضخمة في السلسلة الجزيئية النشا يحد من الارتباط المتبادل وإعادة الترتيب المنظم للقطاعات الجزيئية HPS، مما يؤدي إلى تكوين بنية أكثر تشابهًا ذاتيًا من HPS. بالنسبة للنظام المعقد، تسمح زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل لجزيئات HPMC الشبيهة بالسلسلة بالدخول إلى منطقة التجويف السائب لـ HPS، مما يحسن توافق النظام المعقد ويحسن كثافة البنية المشابهة ذاتيًا لـ HPS. ويزداد توافق النظام المركب بزيادة درجة الاستبدال لمجموعة الهيدروكسي بروبيل مما يتوافق مع نتائج الخواص الريولوجية.

(3) ترتبط الخصائص العيانية مثل الخواص الميكانيكية والثبات الحراري ونفاذية الأكسجين للغشاء المركب HPMC/HPS ارتباطًا وثيقًا ببنيته البلورية الداخلية وبنية المنطقة غير المتبلورة. التأثير المشترك لتأثيري توافق المكونين.

1. من خلال دراسة آثار تركيز المحلول ودرجة الحرارة والتعديل الكيميائي لـ HPS على الخواص الريولوجية للنظام المركب، تمت مناقشة آلية تكوين نظام مركب الجل المعكوس للحرارة الباردة HPMC/HPS. النتائج المحددة هي كما يلي:

(1) يوجد تركيز حرج (8%) في النظام المركب، أقل من التركيز الحرج، يوجد HPMC وHPS في سلاسل جزيئية مستقلة ومناطق طورية؛ عند الوصول إلى التركيز الحرج، يتم تشكيل مرحلة HPS في المحلول كمكثف. مركز الهلام عبارة عن هيكل ميكروجيل متصل عن طريق تشابك السلاسل الجزيئية HPMC؛ فوق التركيز الحرج، يكون التشابك أكثر تعقيدًا والتفاعل أقوى، ويُظهر المحلول سلوكًا مشابهًا لسلوك ذوبان البوليمر.

(2) يحتوي النظام المعقد على نقطة انتقالية من الطور المستمر مع تغير درجة الحرارة، والتي ترتبط بسلوك هلام HPMC وHPS في النظام المعقد. في درجات الحرارة المنخفضة، تكون لزوجة HPMC أقل بكثير من لزوجة HPS، لذلك يشكل HPMC مرحلة مستمرة تحيط بمرحلة هلام HPS عالية اللزوجة. عند حواف المرحلتين، تفقد مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في سلسلة HPMC جزءًا من الماء المرتبط بها وتشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع السلسلة الجزيئية HPS. أثناء عملية التسخين، تتحرك السلاسل الجزيئية HPS بسبب امتصاصها طاقة كافية وتكونت روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء، مما أدى إلى تمزق البنية الهلامية. وفي الوقت نفسه، تم تدمير هياكل القفص المائي والصدف المائي في سلاسل HPMC، وتمزقت تدريجيًا لكشف المجموعات المحبة للماء والمجموعات الكارهة للماء. عند درجة حرارة عالية، يشكل HPMC بنية شبكة هلامية بسبب روابط الهيدروجين بين الجزيئات والارتباط الكاره للماء، وبالتالي يصبح مرحلة مشتتة عالية اللزوجة منتشرة في مرحلة HPS المستمرة للملفات العشوائية.

(3) مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل لـ HPS، يتحسن توافق نظام مركب HPMC/HPS، وتنتقل درجة حرارة انتقال الطور في النظام المركب إلى درجة حرارة منخفضة. مع زيادة درجة استبدال الهيدروكسي بروبيل، هناك شظايا حلزونية ممتدة أكثر في محلول HPS، والتي يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية أكثر بين الجزيئات مع سلسلة HPMC الجزيئية عند حدود المرحلتين، وبالتالي تشكيل بنية أكثر تجانسًا. يقلل الهيدروكسي بروبيل من لزوجة النشا، بحيث يتم تضييق فرق اللزوجة بين HPMC وHPS في المركب، مما يفضي إلى تكوين مركب أكثر تجانسًا، وتنتقل القيمة الدنيا لفرق اللزوجة بين المكونين إلى المستوى المنخفض منطقة درجة الحرارة.

2. نقاط الابتكار

1. تصميم وبناء نظام مركب الجل ذو الطور العكسي البارد والساخن HPMC/HPS، ودراسة الخصائص الريولوجية الفريدة لهذا النظام بشكل منهجي، وخاصة تركيز المحلول المركب، ونسبة المركب، ودرجة الحرارة والتعديل الكيميائي للمكونات. تمت دراسة قوانين تأثير الخواص الريولوجية وخصائص الهلام وتوافق النظام المركب بشكل أكبر، كما تمت دراسة مورفولوجيا الطور وانتقال الطور للنظام المركب جنبًا إلى جنب مع مراقبة المجهر الضوئي لصبغ اليود، والمورفولوجية الدقيقة. تم إنشاء هيكل النظام المركب - العلاقة بين الخواص الريولوجية وخواص الجل. ولأول مرة، تم استخدام نموذج أرينيوس لملاءمة قانون تكوين الهلام للمواد الهلامية المركبة ذات الطور العكسي الباردة والساخنة في نطاقات درجات حرارة مختلفة.

2. تمت ملاحظة توزيع الطور وانتقال الطور وتوافق النظام المركب HPMC/HPS بواسطة تقنية تحليل المجهر الضوئي بصبغ اليود، وتم إنشاء خصائص الشفافية الميكانيكية من خلال الجمع بين الخواص البصرية والخواص الميكانيكية للأفلام المركبة. العلاقة بين البنية المجهرية والخواص العيانية مثل مورفولوجيا طور الخواص والتركيز – الخواص الميكانيكية – مورفولوجيا الطور. إنها المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة قانون التغير بشكل مباشر في مورفولوجية الطور لهذا النظام المركب مع نسبة التركيب ودرجة الحرارة والتركيز، وخاصة ظروف انتقال الطور وتأثير انتقال الطور على خصائص النظام المركب.

3. تمت دراسة التركيب البلوري والبنية غير المتبلورة للأغشية المركبة بدرجات مختلفة لاستبدال هيدروكسي بروبيل HPS بواسطة SAXS، وتمت مناقشة آلية التبلور وتأثير المواد الهلامية المركبة جنبًا إلى جنب مع النتائج الريولوجية والخصائص العيانية مثل نفاذية الأكسجين للأغشية المركبة. العوامل والقوانين، وجد لأول مرة أن لزوجة النظام المركب ترتبط بكثافة البنية الذاتية التشابه في الغشاء المركب، وتحدد بشكل مباشر الخواص العيانية مثل نفاذية الأكسجين والخواص الميكانيكية للمركب. الغشاء، ويحدد العلاقة بين الخصائص الريولوجية والبنية المجهرية والغشاء بين خصائص المواد.

3. التوقعات

في السنوات الأخيرة، أصبح تطوير مواد تغليف المواد الغذائية الآمنة والصالحة للأكل باستخدام البوليمرات الطبيعية المتجددة كمواد خام نقطة بحثية ساخنة في مجال تغليف المواد الغذائية. في هذا البحث، يتم استخدام السكاريد الطبيعي كمادة خام رئيسية. من خلال مضاعفة HPMC وHPS، يتم تقليل تكلفة المواد الخام، ويتم تحسين أداء معالجة HPMC في درجة حرارة منخفضة، ويتم تحسين أداء حاجز الأكسجين للغشاء المركب. من خلال الجمع بين التحليل الريولوجي وتحليل المجهر الضوئي لصبغ اليود والبنية المجهرية للفيلم المركب وتحليل الأداء الشامل، تمت دراسة مورفولوجيا الطور وانتقال الطور وفصل الطور وتوافق النظام المركب الهلامي ذو الطور العكسي البارد والساخن. تم تحديد العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية للنظام المركب. وفقا للعلاقة بين الخصائص العيانية والبنية المجهرية للنظام المركب HPMC/HPS، يمكن التحكم في بنية الطور وتوافق النظام المركب للتحكم في المادة المركبة. البحث في هذه الورقة له أهمية توجيهية هامة لعملية الإنتاج الفعلية؛ تمت مناقشة آلية التكوين والعوامل المؤثرة وقوانين المواد الهلامية العكسية الباردة والساخنة، وهو نظام مركب مماثل من المواد الهلامية العكسية الباردة والساخنة. يقدم البحث في هذه الورقة نموذجًا نظريًا لتوفير التوجيه النظري لتطوير وتطبيق المواد الذكية الخاصة التي يتم التحكم في درجة حرارتها. نتائج البحث في هذه الورقة لها قيمة نظرية جيدة. يتضمن البحث في هذه الورقة تقاطع المواد الغذائية والمواد الهلامية والمركبة وغيرها من التخصصات. ونظرًا لضيق الوقت وطرق البحث، لا يزال البحث في هذا الموضوع يحتوي على العديد من النقاط غير المكتملة، والتي يمكن تعميقها وتحسينها من الجوانب التالية. يوسع:

الجوانب النظرية:

1. استكشاف تأثيرات نسب تفرعات السلسلة المختلفة، والأوزان الجزيئية وأصناف HPS على الخواص الريولوجية، وخصائص الغشاء، وتشكل الطور، وتوافق النظام المركب، واستكشاف قانون تأثيره على آلية تكوين الهلام للمركب. نظام.
2. التحقق من آثار درجة استبدال هيدروكسي بروبيل HPMC، ودرجة استبدال الميثوكسيل، والوزن الجزيئي والمصدر على الخواص الريولوجية، وخصائص الهلام، وخصائص الغشاء وتوافق النظام للنظام المركب، وتحليل تأثير التعديل الكيميائي HPMC على تكثيف المركب. حكم التأثير على آلية تشكيل هلام.
3. تمت دراسة تأثير الملح، ودرجة الحموضة، والملدنات، وعامل الارتباط المتقاطع، والعامل المضاد للبكتيريا والأنظمة المركبة الأخرى على الخواص الريولوجية، وخواص الهلام، وبنية الغشاء وخصائصه وقوانينها.

طلب:

1. تحسين صيغة تطبيق التعبئة والتغليف لأكياس التوابل وعبوات الخضار والشوربات الصلبة، ودراسة تأثير حفظ التوابل والخضروات والشوربات خلال فترة التخزين، والخواص الميكانيكية للمواد، والتغيرات في أداء المنتج عند تعرضه لقوى خارجية. والذوبان في الماء والمؤشر الصحي للمادة. ويمكن أيضًا تطبيقه على الأطعمة المحببة مثل القهوة والشاي بالحليب، بالإضافة إلى التغليف الصالح للأكل للكعك والجبن والحلويات وغيرها من الأطعمة.
2. تحسين تصميم الصيغة لتطبيق كبسولات النباتات الطبية النباتية، ومواصلة دراسة ظروف المعالجة والاختيار الأمثل للعوامل المساعدة، وإعداد منتجات الكبسولات المجوفة. تم اختبار المؤشرات الفيزيائية والكيميائية مثل القابلية للتفتيت، ووقت التفكك، ومحتوى المعادن الثقيلة، والمحتوى الميكروبي.
3. لتطبيق حفظ الفواكه والخضروات الطازجة ومنتجات اللحوم وما إلى ذلك، وفقًا لطرق المعالجة المختلفة للرش والغمس والطلاء، حدد الصيغة المناسبة، ودراسة معدل الفاكهة الفاسدة، وفقدان الرطوبة، واستهلاك العناصر الغذائية، والصلابة الخضار بعد التعبئة خلال فترة التخزين واللمعان والنكهة وغيرها من المؤشرات؛ اللون ودرجة الحموضة وقيمة TVB-N وحمض الثيوباربيتوريك وعدد الكائنات الحية الدقيقة لمنتجات اللحوم بعد التعبئة.