Гідраксіпрапілметылцэлюлоза (ГПМЦ) - гэта неіённы эфір цэлюлозы, які шырока выкарыстоўваецца ў медыцыне, харчаванні, будаўніцтве і іншых галінах, асабліва ў таблетках з запаволеным вызваленнем лекаў і будаўнічых матэрыялах. Вывучэнне тэрмічнай дэградацыі HPMC мае вырашальнае значэнне не толькі для разумення змяненняў прадукцыйнасці, якія могуць адбыцца падчас апрацоўкі, але таксама мае вялікае значэнне для распрацоўкі новых матэрыялаў і павышэння тэрміну службы і бяспекі прадукцыі.
Характарыстыкі тэрмічнай дэградацыі HPMC
На тэрмічную дэградацыю гидроксипропилметилцеллюлозы ў асноўным уплываюць яе малекулярная структура, тэмпература нагрэву і ўмовы навакольнага асяроддзя (напрыклад, атмасфера, вільготнасць і г.д.). Яго малекулярная структура змяшчае вялікую колькасць гідраксільных груп і эфірных сувязяў, таму ён схільны да такіх хімічных рэакцый, як акісленне і раскладанне пры высокіх тэмпературах.
Працэс тэрмічнай дэградацыі ГПМЦ звычайна падзяляюць на некалькі этапаў. Па-першае, пры больш нізкіх тэмпературах (каля 50-150°C) ГПМЦ можа адчуваць страту масы з-за страты свабоднай вады і адсарбаванай вады, але гэты працэс не прадугледжвае разрыву хімічных сувязяў, толькі фізічныя змены. Пры далейшым павышэнні тэмпературы (вышэй за 150°C) эфірныя сувязі і гідраксільныя групы ў структуры HPMC пачынаюць разрывацца, што прыводзіць да разрыву малекулярнага ланцуга і змены структуры. У прыватнасці, калі ГПМЦ награваецца прыкладна да 200-300°C, ён пачынае падвяргацца тэрмічнаму раскладанню, у гэты час гідраксільныя групы і бакавыя ланцугі, такія як метокси або гидроксипропил, у малекуле паступова раскладаюцца з адукацыяй малых малекулярных прадуктаў, такіх як метанол, мурашыны кіслаты і невялікай колькасці вуглевадародаў.
Механізм тэрмічнай дэградацыі
Механізм тэрмічнай дэградацыі HPMC адносна складаны і ўключае некалькі этапаў. Яго механізм дэградацыі можна проста абагульніць наступным чынам: па меры павышэння тэмпературы эфірныя сувязі ў ГПМЦ паступова разрываюцца з утварэннем больш дробных малекулярных фрагментаў, якія затым далей раскладаюцца з вылучэннем газападобных прадуктаў, такіх як вада, вуглякіслы газ і ўгарны газ. Яго асноўныя шляхі тэрмічнай дэградацыі ўключаюць наступныя этапы:
Працэс дэгідратацыі: HPMC губляе фізічна адсарбаваную ваду і невялікую колькасць звязанай вады пры больш нізкай тэмпературы, і гэты працэс не разбурае яго хімічную структуру.
Дэградацыя гідраксільных груп: у дыяпазоне тэмператур прыкладна 200-300°C гідраксільныя групы ў малекулярным ланцугу ГПМЦ пачынаюць піралізаваць, утвараючы ваду і гідраксільныя радыкалы. У гэты час бакавыя ланцугі метокси і гидроксипропила таксама паступова раскладаюцца з утварэннем малых малекул, такіх як метанол, мурашыная кіслата і г.д.
Разрыў асноўнага ланцуга: пры далейшым павышэнні тэмпературы да 300-400°C β-1,4-гліказідныя сувязі асноўнага ланцуга цэлюлозы падвяргаюцца піролізу з утварэннем невялікіх лятучых прадуктаў і рэшткаў вугляроду.
Далейшы крэкінг: калі тэмпература падымаецца вышэй за 400°C, рэшткавыя вуглевадароды і некаторыя няпоўнасцю дэградаваныя фрагменты цэлюлозы будуць падвяргацца далейшаму крэкінгу з утварэннем CO2, CO і некаторых іншых маламалекулярных арганічных рэчываў.
Фактары, якія ўплываюць на тэрмічную дэградацыю
Тэрмічная дэградацыя HPMC залежыць ад многіх фактараў, у асноўным уключаючы наступныя аспекты:
Тэмпература: хуткасць і ступень тэрмічнай дэградацыі цесна звязаны з тэмпературай. Як правіла, чым вышэй тэмпература, тым хутчэй рэакцыя дэградацыі і тым вышэй ступень дэградацыі. У практычных прымяненнях трэба звярнуць увагу на тое, як кантраляваць тэмпературу апрацоўкі, каб пазбегнуць празмернай тэрмічнай дэградацыі HPMC.
Атмасфера: паводзіны ГПМЦ пры тэрмічнай дэградацыі ў розных атмасферах таксама адрозніваюцца. У паветры або кіслародным асяроддзі ГПМЦ лёгка акісляецца, утвараючы больш газападобных прадуктаў і рэшткаў вугляроду, у той час як у інэртнай атмасферы (напрыклад, азоту) працэс дэградацыі ў асноўным выяўляецца ў выглядзе піролізу з утварэннем невялікай колькасці рэшткаў вугляроду.
Малекулярная маса: малекулярная маса HPMC таксама ўплывае на яе паводзіны пры тэрмічнай дэградацыі. Чым вышэй малекулярная маса, тым вышэй пачатковая тэмпература тэрмічнай дэградацыі. Гэта адбываецца таму, што высокамалекулярная ГПМЦ мае больш доўгія малекулярныя ланцужкі і больш стабільныя структуры, і патрабуе большай энергіі для разрыву малекулярных сувязяў.
Утрыманне вільгаці: Утрыманне вільгаці ў HPMC таксама ўплывае на яго тэрмічную дэградацыю. Вільгаць можа панізіць тэмпературу яго раскладання, дазваляючы дэградацыі адбывацца пры больш нізкіх тэмпературах.
Прымяненне ўздзеяння тэрмічнай дэградацыі
Характарыстыкі тэрмічнай дэградацыі HPMC аказваюць важны ўплыў на яго практычнае прымяненне. Напрыклад, у фармацэўтычных прэпаратах HPMC часта выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу з працяглым вызваленнем для кантролю хуткасці вызвалення лекаў. Аднак падчас апрацоўкі лекаў высокія тэмпературы будуць уплываць на структуру HPMC, тым самым змяняючы характарыстыкі вызвалення лекаў. Такім чынам, вывучэнне паводзін пры тэрмічнай дэградацыі мае вялікае значэнне для аптымізацыі апрацоўкі лекаў і забеспячэння стабільнасці лекаў.
У будаўнічых матэрыялах HPMC у асноўным выкарыстоўваецца ў будаўнічых прадуктах, такіх як цэмент і гіпс, каб гуляць ролю ў згушчэнні і ўтрыманні вады. Паколькі пры нанясенні будаўнічыя матэрыялы звычайна павінны адчуваць высокую тэмпературу, тэрмічная ўстойлівасць HPMC таксама з'яўляецца важным фактарам пры выбары матэрыялу. Пры высокіх тэмпературах тэрмічная дэградацыя HPMC прывядзе да зніжэння характарыстык матэрыялу, таму пры выбары і выкарыстанні звычайна ўлічваюцца яго характарыстыкі пры розных тэмпературах.
Працэс тэрмічнай дэградацыі гідраксіпрапілметылцэлюлозы (ГПМЦ) уключае некалькі этапаў, на якія ў асноўным уплываюць тэмпература, атмасфера, малекулярная маса і ўтрыманне вільгаці. Механізм яго тэрмічнай дэградацыі ўключае дэгідратацыю, раскладанне гідраксілу і бакавых ланцугоў і расшчапленне асноўнага ланцуга. Характарыстыкі тэрмічнай дэградацыі HPMC маюць важнае прымяненне ў галіне фармацэўтычных прэпаратаў, будаўнічых матэрыялаў і г.д. Такім чынам, глыбокае разуменне паводзін тэрмічнай дэградацыі мае вырашальнае значэнне для аптымізацыі распрацоўкі працэсу і паляпшэння характарыстык прадукту. У будучых даследаваннях тэрмічную стабільнасць ГПМЦ можна палепшыць шляхам мадыфікацыі, дадання стабілізатараў і г.д., што пашырыць поле яго прымянення.
Час публікацыі: 25 кастрычніка 2024 г