Rheologie und Kompatibilität des HPMC/HPS-Komplexes

Rheologie und Kompatibilität vonHPMC/HPSKomplex

Schlüsselwörter: Hydroxypropylmethylcellulose; Hydroxypropylstärke; rheologische Eigenschaften; Kompatibilität; chemische Modifikation.

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist ein Polysaccharidpolymer, das üblicherweise bei der Herstellung essbarer Filme verwendet wird. Es wird häufig im Lebensmittel- und Medizinbereich eingesetzt. Der Film verfügt über gute Transparenz, mechanische Eigenschaften und Ölbarriereeigenschaften. Allerdings ist HPMC ein thermisch induziertes Gel, was zu einer schlechten Verarbeitungsleistung bei niedrigen Temperaturen und einem hohen Energieverbrauch bei der Produktion führt; Darüber hinaus schränkt der hohe Rohstoffpreis seine breite Anwendung, auch im pharmazeutischen Bereich, ein. Hydroxypropylstärke (HPS) ist ein essbares Material, das in der Lebensmittel- und Medizinbranche weit verbreitet ist. Es verfügt über eine große Auswahl an Quellen und einen niedrigen Preis. Es ist ein ideales Material, um die Kosten von HPMC zu senken. Darüber hinaus können die Kaltgeleigenschaften von HPS die Viskosität und andere rheologische Eigenschaften von HPMC ausgleichen. , um seine Verarbeitungsleistung bei niedrigen Temperaturen zu verbessern. Darüber hinaus verfügt die essbare HPS-Folie über hervorragende Sauerstoffbarriereeigenschaften, sodass sie die Sauerstoffbarriereeigenschaften der essbaren HPMC-Folie deutlich verbessern kann.

HPS wurde zur Compoundierung zu HPMC hinzugefügt und das HPMC/HPS-Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelverbindungssystem wurde konstruiert. Das Einflussgesetz der Eigenschaften wurde diskutiert, der Wechselwirkungsmechanismus zwischen HPS und HPMC in Lösung, die Kompatibilität und der Phasenübergang des Verbundsystems wurden diskutiert und die Beziehung zwischen den rheologischen Eigenschaften und der Struktur des Verbundsystems wurde festgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verbindungssystem eine kritische Konzentration (8 %) aufweist. Unterhalb der kritischen Konzentration existieren HPMC und HPS in unabhängigen Molekülketten und Phasenbereichen. Oberhalb der kritischen Konzentration bildet sich in der Lösung die HPS-Phase als Gelzentrum. Die Mikrogelstruktur, die durch die Verflechtung von HPMC-Molekülketten verbunden ist, zeigt ein ähnliches Verhalten wie eine Polymerschmelze. Die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems und das Verbundverhältnis entsprechen der logarithmischen Summenregel und weisen eine gewisse positive und negative Abweichung auf, was auf eine gute Kompatibilität der beiden Komponenten hinweist. Das Verbindungssystem ist eine kontinuierliche Phase-Dispersionsphasen-„See-Insel“-Struktur bei niedriger Temperatur, und der kontinuierliche Phasenübergang erfolgt bei 4:6 mit der Abnahme des HPMC/HPS-Verbindungsverhältnisses.

Als wichtiger Bestandteil von Lebensmitteln können Lebensmittelverpackungen verhindern, dass Lebensmittel während des Zirkulations- und Lagerungsprozesses durch äußere Faktoren beschädigt und verunreinigt werden, und so die Haltbarkeits- und Lagerdauer von Lebensmitteln verlängern. Als neuartiges Lebensmittelverpackungsmaterial, das sicher und essbar ist und sogar einen bestimmten Nährwert hat, hat essbare Folie breite Anwendungsaussichten in der Lebensmittelverpackung und -konservierung, im Fast Food und in pharmazeutischen Kapseln und ist zu einem Forschungsschwerpunkt im aktuellen Lebensmittelbereich geworden verpackungsbezogene Bereiche.

Die HPMC/HPS-Verbundmembran wurde durch ein Gießverfahren hergestellt. Die Kompatibilität und Phasentrennung des Verbundsystems wurden durch Rasterelektronenmikroskopie, dynamische thermomechanische Eigenschaftsanalyse und thermogravimetrische Analyse weiter untersucht und die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembran untersucht. und Sauerstoffdurchlässigkeit und andere Membraneigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass in den REM-Bildern aller Verbundfolien keine offensichtliche Zweiphasengrenzfläche zu finden ist, dass es in den DMA-Ergebnissen der meisten Verbundfolien nur einen Glasübergangspunkt gibt und in den DTG-Kurven nur ein thermischer Abbaupeak erscheint der meisten Verbundfilme. HPMC weist eine gewisse Kompatibilität mit HPS auf. Durch die Zugabe von HPS zu HPMC werden die Sauerstoffbarriereeigenschaften der Verbundmembran deutlich verbessert. Die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembran variieren stark je nach Mischungsverhältnis und relativer Luftfeuchtigkeit der Umgebung und stellen einen Schnittpunkt dar, der als Referenz für die Produktoptimierung für unterschiedliche Anwendungsanforderungen dienen kann.

Die mikroskopische Morphologie, Phasenverteilung, der Phasenübergang und andere Mikrostrukturen des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurden durch einfache Analyse mit einem optischen Mikroskop zur Jodfärbung untersucht, und die Transparenz und mechanischen Eigenschaften des Verbindungssystems wurden mit einem Ultraviolettspektrophotometer und einem Prüfgerät für mechanische Eigenschaften untersucht. Der Zusammenhang zwischen der mikroskopischen morphologischen Struktur und der makroskopischen Gesamtleistung des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurde festgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Verbundsystem eine große Anzahl von Mesophasen vorhanden ist, die eine gute Kompatibilität aufweisen. Es gibt einen Phasenübergangspunkt im Verbindungssystem, und dieser Phasenübergangspunkt weist ein bestimmtes Verbindungsverhältnis und eine bestimmte Abhängigkeit von der Lösungskonzentration auf. Der niedrigste Punkt der Transparenz des Verbundsystems stimmt mit dem Phasenübergangspunkt von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase und dem minimalen Punkt des Zugmoduls überein. Der Elastizitätsmodul und die Bruchdehnung nahmen mit zunehmender Lösungskonzentration ab, was einen ursächlichen Zusammenhang mit dem Übergang von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase hatte.

Mit einem Rheometer wurde die Auswirkung der chemischen Modifikation von HPS auf die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften des kalten und heißen Umkehrphasen-Gelverbindungssystems HPMC/HPS untersucht. Kapazitäten und Phasenübergänge wurden untersucht und der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und rheologischen Eigenschaften sowie Geleigenschaften festgestellt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Hydroxypropylierung von HPS die Viskosität des Verbindungssystems bei niedriger Temperatur verringern, die Fließfähigkeit der Verbindungslösung verbessern und das Phänomen der Scherverdünnung verringern kann; Die Hydroxypropylierung von HPS kann die lineare Viskosität des Verbindungssystems verringern. Im elastischen Bereich wird die Phasenübergangstemperatur des HPMC/HPS-Verbundsystems gesenkt und das feststoffartige Verhalten des Verbundsystems bei niedriger Temperatur sowie die Fließfähigkeit bei hoher Temperatur verbessert. HPMC und HPS bilden bei niedrigen bzw. hohen Temperaturen kontinuierliche Phasen und bestimmen als dispergierte Phasen die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften des Verbundsystems bei hohen und niedrigen Temperaturen. Sowohl die abrupte Änderung in der Viskositätskurve des zusammengesetzten Systems als auch der Tan-Delta-Peak in der Verlustfaktorkurve treten bei 45 °C auf, was das Phänomen der kokontinuierlichen Phase widerspiegelt, das in den mit Jod gefärbten Mikroaufnahmen bei 45 °C beobachtet wurde.

Die Auswirkung der chemischen Modifikation von HPS auf die kristalline Struktur und die Mikroteilungsstruktur des Verbundfilms wurde mithilfe der Synchrotronstrahlungs-Kleinwinkel-Röntgenstreuungstechnologie untersucht und die mechanischen Eigenschaften, Sauerstoffbarriereeigenschaften und die thermische Stabilität des Verbundfilms wurden untersucht untersuchte systematisch den Einfluss chemischer Strukturänderungen von Verbindungskomponenten auf die Mikrostruktur und makroskopische Eigenschaften von Verbindungssystemen. Die Ergebnisse der Synchrotronstrahlung zeigten, dass die Hydroxypropylierung von HPS und die Verbesserung der Kompatibilität der beiden Komponenten die Rekristallisation von Stärke in der Membran deutlich hemmen und die Bildung einer lockereren selbstähnlichen Struktur in der Verbundmembran fördern könnten. Die makroskopischen Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, thermische Stabilität und Sauerstoffdurchlässigkeit der HPMC/HPS-Verbundmembran stehen in engem Zusammenhang mit ihrer inneren Kristallstruktur und der Struktur des amorphen Bereichs. Die kombinierte Wirkung der beiden Effekte.

Kapitel eins Einführung

Als wichtiger Bestandteil von Lebensmitteln können Lebensmittelverpackungsmaterialien Lebensmittel während des Umlaufs und der Lagerung vor physikalischen, chemischen und biologischen Schäden und Verschmutzungen schützen, die Qualität der Lebensmittel selbst erhalten, den Lebensmittelverzehr erleichtern und die Ernährung gewährleisten. Langfristige Lagerung und Konservierung, um den Lebensmitteln ein Aussehen zu verleihen, das zum Verzehr anregt und einen Wert schafft, der über die Materialkosten hinausgeht [1-4]. Als neuartiges Lebensmittelverpackungsmaterial, das sicher und essbar ist und sogar einen bestimmten Nährwert hat, hat essbare Folie breite Anwendungsaussichten in der Lebensmittelverpackung und -konservierung, im Fast Food und in pharmazeutischen Kapseln und ist zu einem Forschungsschwerpunkt im aktuellen Lebensmittelbereich geworden verpackungsbezogene Bereiche.

Essbare Filme sind Filme mit einer porösen Netzwerkstruktur, die üblicherweise durch die Verarbeitung natürlicher essbarer Polymere gewonnen werden. Viele in der Natur vorkommende natürliche Polymere haben Geleigenschaften und ihre wässrigen Lösungen können unter bestimmten Bedingungen Hydrogele bilden, wie zum Beispiel einige natürliche Polysaccharide, Proteine, Lipide usw. . Natürliche Strukturpolysaccharide wie Stärke und Cellulose können aufgrund ihrer speziellen Molekülstruktur aus langkettigen Helixen und stabilen chemischen Eigenschaften für die Langzeitlagerung und verschiedene Lagerungsumgebungen geeignet sein und wurden umfassend als essbare filmbildende Materialien untersucht. Essbare Filme, die aus einem einzigen Polysaccharid hergestellt werden, weisen häufig bestimmte Leistungseinschränkungen auf. Um die Einschränkungen einzelner essbarer Polysaccharidfolien zu beseitigen, besondere Eigenschaften zu erhalten oder neue Funktionen zu entwickeln, die Produktpreise zu senken und ihre Anwendungen zu erweitern, werden daher üblicherweise zwei Arten von Polysacchariden verwendet. Oder die oben genannten natürlichen Polysaccharide werden zusammengesetzt, um den Effekt komplementärer Eigenschaften zu erzielen. Aufgrund der unterschiedlichen Molekülstruktur verschiedener Polymere besteht jedoch eine gewisse Konformationsentropie und die meisten Polymerkomplexe sind teilweise kompatibel oder inkompatibel. Die Phasenmorphologie und Kompatibilität des Polymerkomplexes bestimmen die Eigenschaften des Verbundmaterials. Der Verformungs- und Fließverlauf während der Bearbeitung hat einen erheblichen Einfluss auf das Gefüge. Daher werden die makroskopischen Eigenschaften wie die rheologischen Eigenschaften des Polymerkomplexsystems untersucht. Die Wechselbeziehung zwischen mikroskopischen morphologischen Strukturen wie Phasenmorphologie und Kompatibilität ist wichtig für die Regulierung der Leistung, Analyse und Modifikation von Verbundwerkstoffen, Verarbeitungstechnologie, Anleitung für die Gestaltung von Formeln und Verarbeitungsmaschinen sowie für die Bewertung der Produktion. Von großer Bedeutung sind die Verarbeitungsleistung des Produkts sowie die Entwicklung und Anwendung neuer Polymermaterialien.

In diesem Kapitel werden der Forschungsstand und der Anwendungsfortschritt von essbaren Filmmaterialien ausführlich besprochen; die Forschungssituation natürlicher Hydrogele; der Zweck und die Methode der Polymer-Compoundierung sowie der Forschungsfortschritt bei der Polysaccharid-Compoundierung; die rheologische Forschungsmethode des Compoundiersystems; Die rheologischen Eigenschaften und der Modellaufbau des Kalt- und Heiß-Umkehrgelsystems werden analysiert und diskutiert, ebenso wie die Forschungsbedeutung, der Forschungszweck und der Forschungsinhalt dieser Arbeit.

1.1 Essbarer Film

Essbarer Film bezieht sich auf die Zugabe von Weichmachern und Vernetzungsmitteln auf Basis natürlicher essbarer Substanzen (wie strukturelle Polysaccharide, Lipide, Proteine) durch verschiedene intermolekulare Wechselwirkungen, durch Compoundieren, Erhitzen, Beschichten, Trocknen usw. Der Film mit porösem Netzwerk durch Behandlung gebildete Struktur. Es kann verschiedene Funktionen wie wählbare Barriereeigenschaften gegenüber Gas, Feuchtigkeit, Inhaltsstoffen und äußeren Schadstoffen bieten, um die sensorische Qualität und innere Struktur von Lebensmitteln zu verbessern und die Lagerdauer oder Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern.

1.1.1 Entwicklungsgeschichte essbarer Filme

Die Entwicklung essbarer Filme lässt sich bis ins 12. und 13. Jahrhundert zurückverfolgen. Zu dieser Zeit verwendeten die Chinesen eine einfache Methode des Wachsens, um Zitrusfrüchte und Zitronen zu überziehen, wodurch der Wasserverlust in den Früchten und Gemüsen effektiv reduziert wurde, so dass die Früchte und Gemüse ihren ursprünglichen Glanz behielten und dadurch die Haltbarkeit von Früchten und Zitronen verlängert wurde Gemüse, hemmt jedoch übermäßig die aerobe Atmung von Obst und Gemüse, was zu einer Verschlechterung der Fruchtfermentation führt. Bereits im 15. Jahrhundert hatten Asiaten damit begonnen, essbare Folien aus Sojamilch herzustellen und diese zum Schutz von Lebensmitteln und zur Aufwertung von Lebensmitteln zu verwenden [20]. Im 16. Jahrhundert verwendeten die Briten Fett zur Beschichtung von Lebensmitteloberflächen, um den Feuchtigkeitsverlust der Lebensmittel zu verringern. Im 19. Jahrhundert wurde Saccharose erstmals als essbarer Überzug auf Nüssen, Mandeln und Haselnüssen verwendet, um Oxidation und Ranzigkeit während der Lagerung zu verhindern. In den 1830er Jahren erschienen kommerzielle Paraffinschmelzfolien für Früchte wie Äpfel und Birnen. Ende des 19. Jahrhunderts werden zur Lebensmittelkonservierung Gelatinefilme auf die Oberfläche von Fleischwaren und anderen Lebensmitteln gesprüht. In den frühen 1950er Jahren wurden Carnaubawachs usw. zu Öl-in-Wasser-Emulsionen verarbeitet, um frisches Obst und Gemüse zu überziehen und zu konservieren. In den späten 1950er Jahren begann sich die Forschung zu essbaren Folien auf Fleischprodukten zu entwickeln, und das umfangreichste und erfolgreichste Beispiel sind die aus tierischen Dünndärmen zu Hüllen verarbeiteten Einlaufprodukte.

Seit den 1950er Jahren kann man sagen, dass das Konzept des essbaren Films nur noch wirklich vorgeschlagen wurde. Seitdem haben viele Forscher ein starkes Interesse an essbaren Filmen entwickelt. Als Nisperes 1991 Carboxymethylcellulose (CMC) zur Beschichtung und Konservierung von Bananen und anderen Früchten einsetzte, wurde die Fruchtatmung reduziert und der Chlorophyllverlust verzögert. Park et al. berichteten 1994 über die wirksamen Barriereeigenschaften des Zein-Proteinfilms gegenüber O2 und CO2, die den Wasserverlust, das Welken und die Verfärbung von Tomaten verbesserten. Im Jahr 1995 verwendete Lourdin eine verdünnte alkalische Lösung zur Behandlung von Stärke und fügte Glycerin hinzu, um Erdbeeren für mehr Frische zu überziehen, was den Wasserverlust der Erdbeeren verringerte und den Verderb verzögerte. Baberjee verbesserte 1996 die essbaren Filmeigenschaften durch Mikroverflüssigung und Ultraschallbehandlung der filmbildenden Flüssigkeit, wodurch die Partikelgröße der filmbildenden Flüssigkeit deutlich reduziert und die homogene Stabilität der Emulsion verbessert wurde. Im Jahr 1998 stellten Padegett et al. fügten einer Sojaprotein-Essfolie Lysozym oder Nisin hinzu und verwendeten sie zum Einwickeln von Lebensmitteln. Sie fanden heraus, dass das Wachstum von Milchsäurebakterien in Lebensmitteln wirksam gehemmt wurde [30]. Im Jahr 1999 stellten Yin Qinghong et al. verwendeten Bienenwachs, um einen Filmüberzug für die Konservierung und Lagerung von Äpfeln und anderen Früchten herzustellen, der die Atmung hemmen, Schrumpfung und Gewichtsverlust verhindern und das Eindringen von Mikroben verhindern konnte.

Maisbackbecher für Eiscremeverpackungen, Klebreispapier für Süßigkeitenverpackungen und Tofuschalen für Fleischgerichte sind seit vielen Jahren typische essbare Verpackungen. Doch kommerzielle Anwendungen essbarer Folien gab es 1967 so gut wie nicht, und selbst die wachsbeschichtete Obstkonservierung hatte nur sehr begrenzte kommerzielle Nutzung. Bis 1986 begannen einige Unternehmen, essbare Folienprodukte anzubieten, und bis 1996 war die Zahl der essbaren Folienunternehmen auf über 600 angewachsen Jahresumsatz von mehr als 100 Millionen US-Dollar.

1.1.2 Eigenschaften und Arten essbarer Filme

Essbare Folien haben einschlägigen Untersuchungen zufolge die folgenden herausragenden Vorteile: Essbare Folien können den Rückgang und die Verschlechterung der Lebensmittelqualität verhindern, die durch die gegenseitige Migration verschiedener Lebensmittelsubstanzen verursacht werden. Einige essbare Filmbestandteile haben selbst einen besonderen Nährwert und eine Gesundheitsfunktion. essbare Folie verfügt über optionale Barriereeigenschaften gegenüber CO2, O2 und anderen Gasen; essbare Folie kann für Mikrowellen-, Back-, frittierte Lebensmittel- und Medizinfolien und -beschichtungen verwendet werden; Essbare Folien können als Antioxidantien, Konservierungsmittel und andere Trägerstoffe verwendet werden, wodurch die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängert wird. Essbare Folien können als Träger für Farbstoffe und Nährstoffverstärker usw. verwendet werden, um die Lebensmittelqualität und die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln zu verbessern. essbare Folie ist sicher und essbar und kann zusammen mit Lebensmitteln verzehrt werden; Essbare Verpackungsfolien können zum Verpacken kleiner Mengen oder Einheiten von Lebensmitteln verwendet werden und bilden mit herkömmlichen Verpackungsmaterialien mehrschichtige Verbundverpackungen, wodurch die Barriereleistung von Verpackungsmaterialien insgesamt verbessert wird.

Der Grund dafür, dass essbare Verpackungsfolien die oben genannten funktionellen Eigenschaften aufweisen, beruht hauptsächlich auf der Bildung einer bestimmten dreidimensionalen Netzwerkstruktur in ihrem Inneren, die dadurch bestimmte Festigkeits- und Barriereeigenschaften aufweist. Die funktionellen Eigenschaften der essbaren Verpackungsfolie werden maßgeblich von den Eigenschaften ihrer Bestandteile beeinflusst, und auch der Grad der inneren Polymervernetzung, die Gleichmäßigkeit und Dichte der Netzwerkstruktur werden durch unterschiedliche Filmbildungsprozesse beeinflusst. Es gibt offensichtliche Leistungsunterschiede [15, 35]. Essbare Folien haben auch einige andere Eigenschaften wie Löslichkeit, Farbe, Transparenz usw. Geeignete essbare Folienverpackungsmaterialien können entsprechend den unterschiedlichen Einsatzumgebungen und den Unterschieden der zu verpackenden Produktobjekte ausgewählt werden.

Entsprechend der Formungsmethode von essbaren Filmen kann dieser in Filme und Beschichtungen unterteilt werden: (1) Die vorgefertigten unabhängigen Filme werden üblicherweise als Filme bezeichnet. (2) Die dünne Schicht, die durch Beschichten, Eintauchen und Sprühen auf der Lebensmitteloberfläche entsteht, wird als Beschichtung bezeichnet. Folien werden hauptsächlich für Lebensmittel mit unterschiedlichen Zutaten verwendet, die einzeln verpackt werden müssen (z. B. Gewürzpäckchen und Ölpäckchen in Fertiggerichten), sowie für Lebensmittel mit derselben Zutat, die jedoch separat verpackt werden müssen (z. B. kleine Packungen Kaffee, Milchpulver, usw.) sowie Medikamente oder Gesundheitsprodukte. Kapselmaterial; Die Beschichtung wird hauptsächlich zur Konservierung von frischen Lebensmitteln wie Obst und Gemüse, Fleischprodukten, zur Beschichtung von Arzneimitteln und zur Bildung von Mikrokapseln mit kontrollierter Freisetzung verwendet.

Entsprechend den filmbildenden Materialien von essbaren Verpackungsfolien kann diese unterteilt werden in: essbare Polysaccharidfolie, essbare Proteinfolie, essbare Lipidfolie, mikrobielle essbare Folie und essbare Verbundfolie.

1.1.3 Anwendung von essbarer Folie

Als neuartiges Lebensmittelverpackungsmaterial, das sicher und essbar ist und sogar einen bestimmten Nährwert hat, werden essbare Folien häufig in der Lebensmittelverpackungsindustrie, im pharmazeutischen Bereich, bei der Lagerung und Konservierung von Obst und Gemüse sowie bei der Verarbeitung und Konservierung eingesetzt von Fleisch und Wasserprodukten, die Herstellung von Fast Food und die Herstellung von Öl. Es hat breite Anwendungsaussichten bei der Konservierung von Lebensmitteln wie frittierten Backbonbons.

1.1.3.1 Anwendung in Lebensmittelverpackungen

Die filmbildende Lösung wird durch Sprühen, Bürsten, Eintauchen usw. auf die zu verpackenden Lebensmittel aufgetragen, um das Eindringen von Feuchtigkeit, Sauerstoff und Aromastoffen zu verhindern, wodurch der Verpackungsverlust wirksam verringert und die Anzahl der Verpackungsschichten verringert werden kann ; die äußere Schicht des Lebensmittels erheblich reduzieren. Die Komplexität der Bestandteile von Kunststoffverpackungen erleichtert deren Recycling und Verarbeitung und verringert die Umweltbelastung. Es wird auf die separate Verpackung einiger Komponenten komplexer Lebensmittel mit mehreren Komponenten angewendet, um die gegenseitige Migration zwischen verschiedenen Komponenten zu verringern und dadurch die Umweltverschmutzung zu verringern. Reduzieren Sie den Verderb von Lebensmitteln oder die Verschlechterung der Lebensmittelqualität. Die essbare Folie wird direkt zu Verpackungspapier oder Verpackungsbeuteln für Lebensmittelverpackungen verarbeitet, was nicht nur Sicherheit, Sauberkeit und Komfort gewährleistet, sondern auch den Druck der weißen Verschmutzung auf die Umwelt verringert.

Aus den Hauptrohstoffen Mais, Sojabohnen und Weizen können papierähnliche Getreidefolien hergestellt und zur Verpackung von Würstchen und anderen Lebensmitteln verwendet werden. Nach der Verwendung sind sie biologisch abbaubar, auch wenn sie in der natürlichen Umwelt entsorgt werden, und können zur Verbesserung des Bodens in Bodendünger umgewandelt werden. . Unter Verwendung von Stärke, Chitosan und Bohnenresten als Hauptmaterialien kann essbares Geschenkpapier zum Verpacken von Fast Food wie Fast-Food-Nudeln und Pommes Frites hergestellt werden, was praktisch, sicher und sehr beliebt ist; Wird zum Würzen von Päckchen und festen Suppen verwendet. Die Verpackung von Fertiggerichten wie Rohstoffen, die bei Verwendung direkt im Topf gekocht werden können, kann Lebensmittelkontaminationen verhindern, den Nährwert der Lebensmittel erhöhen und die Reinigung erleichtern. Getrocknete Avocados, Kartoffeln und Bruchreis werden fermentiert und in Polysaccharide umgewandelt, aus denen neue essbare Innenverpackungsmaterialien hergestellt werden können, die farblos und transparent sind, gute Sauerstoffbarriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweisen und für die Verpackung von Milchpulver verwendet werden , Salatöl und andere Produkte [19]. Bei militärischen Lebensmitteln wird das herkömmliche Kunststoffverpackungsmaterial nach der Verwendung des Produkts in der Umwelt entsorgt und dient als Markierung für die Verfolgung durch den Feind, wodurch der Aufenthaltsort leicht ermittelt werden kann. In mehrkomponentigen Spezialnahrungsmitteln wie Pizza, Gebäck, Ketchup, Eis, Joghurt, Kuchen und Desserts können Verpackungsmaterialien aus Kunststoff nicht direkt zur Verwendung hinzugefügt werden, und essbare Verpackungsfolien zeigen ihre einzigartigen Vorteile, die die Anzahl der Fraktionen reduzieren können Die Migration von Aromastoffen verbessert die Produktqualität und -ästhetik [21]. Essbare Verpackungsfolien können in der Mikrowellen-Lebensmittelverarbeitung von Teigsystemen verwendet werden. Fleischprodukte, Gemüse, Käse und Obst werden durch Besprühen, Eintauchen oder Bestreichen usw. vorverpackt, eingefroren und gelagert und müssen zum Verzehr nur noch in der Mikrowelle erhitzt werden.

Obwohl nur wenige kommerzielle essbare Verpackungspapiere und -beutel erhältlich sind, wurden viele Patente auf die Formulierung und Anwendung potenzieller essbarer Verpackungsmaterialien angemeldet. Die französischen Lebensmittelbehörden haben einen industrialisierten essbaren Verpackungsbeutel namens „SOLUPAN“ zugelassen, der aus Hydroxypropylmethylcellulose, Stärke und Natriumsorbat besteht und im Handel erhältlich ist.

1.1.3.2 Anwendung in der Medizin

Gelatine, Cellulosederivate, Stärke und essbares Gummi können zur Herstellung weicher und harter Kapselhüllen von Arzneimitteln und Gesundheitsprodukten verwendet werden, die die Wirksamkeit von Arzneimitteln und Gesundheitsprodukten wirksam gewährleisten können und sicher und essbar sind. Einige Arzneimittel haben einen inhärenten bitteren Geschmack, der von Patienten nur schwer angewendet werden kann. Anerkannte, essbare Filme können als geschmacksmaskierende Überzüge für solche Medikamente verwendet werden; Einige enterische Polymerpolymere lösen sich nicht in der Magenumgebung (pH 1,2), sind jedoch in der Darmumgebung (pH 6,8) löslich und können in der intestinalen Arzneimittelbeschichtung mit verzögerter Freisetzung verwendet werden; kann auch als Träger für zielgerichtete Medikamente verwendet werden.

Blanco-Fernandez et al. stellten einen Chitosan-acetylierten Monoglycerid-Verbundfilm her und verwendeten ihn für die anhaltende Freisetzung der antioxidativen Aktivität von Vitamin E, und die Wirkung war bemerkenswert. Langfristig antioxidative Verpackungsmaterialien. Zhang et al. Stärke mit Gelatine gemischt, Polyethylenglykol-Weichmacher hinzugefügt und traditionell verwendet. Die hohlen Hartkapseln wurden durch das Tauchverfahren des Verbundfilms hergestellt und die Transparenz, die mechanischen Eigenschaften, die hydrophilen Eigenschaften und die Phasenmorphologie des Verbundfilms untersucht. gutes Kapselmaterial [52]. Lal et al. verarbeitete Kafirin zu einem essbaren Überzug für die magensaftresistente Beschichtung von Paracetamol-Kapseln und untersuchte die mechanischen Eigenschaften, thermischen Eigenschaften, Barriereeigenschaften und Arzneimittelfreisetzungseigenschaften des essbaren Films. Die Ergebnisse zeigten, dass die Beschichtung des Gliadinfilms aus verschiedenen Hartkapseln aus Sorghum im Magen nicht aufbrach, sondern den Wirkstoff im Darm bei einem pH-Wert von 6,8 freisetzte. Paik et al. Bereitete HPMC-Phthalatpartikel vor, die mit Indomethacin beschichtet waren, sprühte die essbare filmbildende Flüssigkeit von HPMC auf die Oberfläche der Arzneimittelpartikel und untersuchte die Arzneimitteleinschlussrate, die durchschnittliche Partikelgröße der Arzneimittelpartikel und den essbaren Film. Die Ergebnisse zeigten, dass die HPMCN-beschichteten Partikel vorhanden waren Das orale Arzneimittel Indomethacin könnte den Zweck erfüllen, den bitteren Geschmack des Arzneimittels zu überdecken und die Arzneimittelabgabe gezielt zu beeinflussen. Oladzadabbasabadi et al. modifizierte Sagostärke mit Carrageenan gemischt, um einen essbaren Verbundfilm als Ersatz für herkömmliche Gelatinekapseln herzustellen, und untersuchten seine Trocknungskinetik, thermomechanischen Eigenschaften, physikalisch-chemischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass der essbare Verbundfilm ähnliche Eigenschaften wie Gelatine und Dose aufweist zur Herstellung pharmazeutischer Kapseln eingesetzt werden.

1.1.3.3 Anwendung in der Obst- und Gemüsekonservierung

Bei frischem Obst und Gemüse laufen nach der Ernte immer noch heftige biochemische Reaktionen und die Atmung ab, was die Gewebeschädigung von Obst und Gemüse beschleunigt, und es kann leicht zu einem Feuchtigkeitsverlust in Obst und Gemüse bei Raumtemperatur kommen, was dazu führt Qualität des inneren Gewebes und sensorische Eigenschaften von Obst und Gemüse. Abfall. Daher ist die Konservierung zum wichtigsten Thema bei der Lagerung und dem Transport von Obst und Gemüse geworden; Traditionelle Konservierungsmethoden haben eine schlechte Konservierungswirkung und sind teuer. Die Beschichtungskonservierung von Obst und Gemüse ist derzeit die effektivste Methode zur Konservierung bei Raumtemperatur. Die essbare filmbildende Flüssigkeit wird auf die Oberfläche von Obst und Gemüse aufgetragen, was das Eindringen von Mikroorganismen wirksam verhindern, die Atmung, den Wasserverlust und den Nährstoffverlust von Obst- und Gemüsegewebe reduzieren und die physiologische Alterung von Obst- und Gemüsegewebe verzögern kann. und halten Obst- und Gemüsetücher im Originalzustand prall und geschmeidig. Glänzendes Aussehen, um den Zweck zu erreichen, frisch zu bleiben und die Lagerzeit zu verlängern. Amerikaner verwenden Acetylmonoglycerid und aus Pflanzenöl gewonnenen Käse als Hauptrohstoffe für die Herstellung von essbaren Folien und verwenden sie zum Schneiden von Obst und Gemüse, um sie frisch zu halten, Austrocknung, Bräunung und das Eindringen von Mikroorganismen zu verhindern und sie für eine Weile haltbar zu machen lange Zeit. Frischer Zustand. Japan verwendet Abfallseide als Rohmaterial zur Herstellung von Frischhaltefolien für Kartoffeln, die einen Frischhalteeffekt erzielen können, der mit dem der Kühllagerung vergleichbar ist. Die Amerikaner verwenden Pflanzenöl und Obst als Hauptrohstoffe, um eine Überzugsflüssigkeit herzustellen, die geschnittenen Früchte frisch zu halten und haben festgestellt, dass die Konservierungswirkung gut ist.

Marquez et al. verwendeten Molkenprotein und Pektin als Rohstoffe und fügten Glutaminase zur Vernetzung hinzu, um einen essbaren Verbundfilm herzustellen, der zum Überziehen von frisch geschnittenen Äpfeln, Tomaten und Karotten verwendet wurde, was die Gewichtsverlustrate erheblich reduzieren kann. , hemmen das Wachstum von Mikroorganismen auf der Oberfläche von frisch geschnittenem Obst und Gemüse und verlängern die Haltbarkeit unter der Voraussetzung, dass der Geschmack und das Aroma von frisch geschnittenem Obst und Gemüse erhalten bleiben. Shi Lei et al. Überzogene Red Globe-Trauben mit essbarem Chitosanfilm, der den Gewichtsverlust und die Fäulnisrate der Trauben reduzieren, die Farbe und Helligkeit der Trauben erhalten und den Abbau löslicher Feststoffe verzögern könnte. Unter Verwendung von Chitosan, Natriumalginat, Natriumcarboxymethylcellulose und Polyacrylat als Rohstoffe haben Liu et al. stellten durch mehrschichtige Beschichtung essbare Filme zur Frischhaltung von Obst und Gemüse her und untersuchten deren Morphologie, Wasserlöslichkeit usw. Die Ergebnisse zeigten, dass der Verbundfilm aus Natriumcarboxymethylcellulose, Chitosan und Glycerin den besten Konservierungseffekt hatte. Sun Qingshen et al. untersuchten den Verbundfilm aus Sojaproteinisolat, der zur Konservierung von Erdbeeren verwendet wird und die Transpiration von Erdbeeren erheblich reduzieren, ihre Atmung hemmen und die Rate fauler Früchte verringern kann. Ferreira et al. verwendeten Frucht- und Gemüserestepulver und Kartoffelschalenpulver zur Herstellung einer essbaren Verbundfolie, untersuchten die Wasserlöslichkeit und die mechanischen Eigenschaften der Verbundfolie und verwendeten eine Beschichtungsmethode zur Konservierung von Weißdorn. Die Ergebnisse zeigten, dass die Haltbarkeit von Weißdorn verlängert wurde. 50 %, die Gewichtsverlustrate verringerte sich um 30–57 % und die organische Säure und Feuchtigkeit veränderten sich nicht wesentlich. Fu Xiaowei et al. untersuchten die Konservierung von frischen Paprikaschoten durch Chitosan-Essfolien und die Ergebnisse zeigten, dass dadurch die Atmungsintensität frischer Paprikaschoten während der Lagerung deutlich reduziert und die Alterung der Paprikaschoten verzögert werden konnte. Navarro-Tarazaga et al. verwendeten mit Bienenwachs modifizierte HPMC-Essfolie zur Konservierung von Pflaumen. Die Ergebnisse zeigten, dass Bienenwachs die Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften sowie die mechanischen Eigenschaften von HPMC-Filmen verbessern kann. Die Gewichtsverlustrate der Pflaumen wurde deutlich reduziert, das Erweichen und Ausbluten der Früchte während der Lagerung wurde verbessert und die Lagerzeit der Pflaumen wurde verlängert. Tang Liying et al. verwendeten Schellack-Alkalilösung zur Stärkemodifizierung, bereiteten essbare Verpackungsfolien vor und untersuchten deren Folieneigenschaften; Gleichzeitig kann die Verwendung der filmbildenden Flüssigkeit zum Überziehen von Mangos für mehr Frische die Atmung effektiv reduzieren. Es kann das Bräunungsphänomen während der Lagerung verhindern, die Gewichtsverlustrate reduzieren und die Lagerzeit verlängern.

1.1.3.4 Anwendung bei der Verarbeitung und Konservierung von Fleischprodukten

Fleischprodukte mit reichhaltigen Nährstoffen und hoher Wasseraktivität werden während der Verarbeitung, des Transports, der Lagerung und des Verzehrs leicht von Mikroorganismen befallen, was zu einer Verfärbung, Fettoxidation und anderem Verderb führt. Um die Lagerzeit und Haltbarkeit von Fleischprodukten zu verlängern, muss versucht werden, die Aktivität von Enzymen in Fleischprodukten und das Eindringen von Mikroorganismen auf der Oberfläche zu hemmen und die durch Fettoxidation verursachte Verschlechterung von Farbe und Geruch zu verhindern. Gegenwärtig ist die Konservierung von essbaren Filmen eine der gängigsten Methoden zur Fleischkonservierung im In- und Ausland. Ein Vergleich mit der herkömmlichen Methode zeigt, dass das Eindringen externer Mikroorganismen, das oxidative Ranzigwerden von Fett und der Saftverlust bei in essbarer Folie verpackten Fleischprodukten deutlich verbessert wurden und die Qualität der Fleischprodukte deutlich verbessert wurde. Die Haltbarkeit wird verlängert.

Die Forschung zu essbaren Folien von Fleischprodukten begann in den späten 1950er Jahren, und der erfolgreichste Anwendungsfall war Kollagen-Essfolien, die in der Wurstproduktion und -verarbeitung weit verbreitet sind. Emiroglu et al. fügte Sesamöl zu einem essbaren Film aus Sojabohnenprotein hinzu, um einen antibakteriellen Film herzustellen, und untersuchte dessen antibakterielle Wirkung auf gefrorenes Rindfleisch. Die Ergebnisse zeigten, dass der antibakterielle Film die Vermehrung und das Wachstum von Staphylococcus aureus deutlich hemmen kann. Wook et al. stellten einen Proanthocyanidin-Essfilm her und überzogen damit gekühltes Schweinefleisch, um ihm Frische zu verleihen. Untersucht wurden Farbe, pH-Wert, TVB-N-Wert, Thiobarbitursäure und Keimzahl von Schweinekoteletts nach 14-tägiger Lagerung. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Film aus Proanthocyanidinen die Bildung von Thiobarbitursäure wirksam reduzieren, den Verderb von Fettsäuren verhindern, das Eindringen und die Vermehrung von Mikroorganismen auf der Oberfläche von Fleischprodukten reduzieren, die Qualität von Fleischprodukten verbessern und die Lagerzeit verlängern kann Haltbarkeit. Jiang Shaotong et al. fügten der Stärke-Natriumalginat-Kompositmembranlösung Teepolyphenole und Allicin hinzu und verwendeten sie, um die Frische von gekühltem Schweinefleisch zu bewahren, das bei 0–4 °C länger als 19 Tage gelagert werden konnte. Cartagena et al. berichteten über die antibakterielle Wirkung von essbarem Kollagenfilm, dem das antimikrobielle Mittel Nisin zugesetzt wurde, auf die Konservierung von Schweinefleischscheiben, was darauf hinweist, dass essbarer Kollagenfilm die Feuchtigkeitsmigration von gekühlten Schweinefleischscheiben reduzieren, das Ranzigwerden von Fleischprodukten verzögern und dem Kollagenfilm 2 % hinzufügen kann. Nisin hatte die beste Konservierungswirkung. Wang Rui et al. untersuchten die Veränderungen von Natriumalginat, Chitosan und Carboxymethylfasern durch vergleichende Analyse des pH-Werts, des flüchtigen Grundstickstoffs, der Rötung und der Gesamtzahl der Rindfleischkolonien innerhalb von 16 Tagen nach der Lagerung. Die drei Arten essbarer Vitamin-Natriumfilme wurden verwendet, um die Frische von gekühltem Rindfleisch zu bewahren. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Film aus Natriumalginat einen idealen Frischhalteeffekt hatte. Caprioli et al. Die gekochte Putenbrust wurde mit einer essbaren Natriumcaseinat-Folie umwickelt und anschließend bei 4 °C gekühlt. Studien haben gezeigt, dass der essbare Film aus Natriumkaseinat die Haltbarkeit von Putenfleisch während der Kühlung verlangsamen kann. von Ranzigkeit.

1.1.3.5 Anwendung bei der Konservierung von Wasserprodukten

Der Qualitätsverlust von Wasserprodukten äußert sich hauptsächlich in der Verringerung der freien Feuchtigkeit, der Verschlechterung des Geschmacks und der Verschlechterung der Textur von Wasserprodukten. Die Zersetzung von Wasserprodukten, Oxidation, Denaturierung und Trockenverbrauch durch mikrobielle Invasion sind wichtige Faktoren, die sich auf die Haltbarkeit von Wasserprodukten auswirken. Die Tiefkühllagerung ist eine gängige Methode zur Konservierung von Wasserprodukten, allerdings kommt es dabei auch zu einem gewissen Grad an Qualitätseinbußen, was besonders schwerwiegend für Süßwasserfische ist.

Die essbare Filmkonservierung von Wasserprodukten begann in den späten 1970er Jahren und ist mittlerweile weit verbreitet. Essbarer Film kann gefrorene Wasserprodukte wirksam konservieren, den Wasserverlust reduzieren und kann auch mit Antioxidantien kombiniert werden, um die Fettoxidation zu verhindern, wodurch der Zweck der Verlängerung der Haltbarkeit und Haltbarkeit erreicht wird. Meenatchisundaram et al. stellten einen essbaren Verbundfilm auf Stärkebasis unter Verwendung von Stärke als Matrix und hinzugefügten Gewürzen wie Nelken und Zimt her und verwendeten ihn zur Konservierung von weißen Garnelen. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Stärkefilm das Wachstum von Mikroorganismen wirksam hemmen, die Fettoxidation verlangsamen und die Haltbarkeit gekühlter weißer Garnelen bei 10 °C und 4 °C auf bis zu 14 bzw. 12 Tage verlängern kann. Cheng Yuanyuan und andere untersuchten das Konservierungsmittel der Pullulan-Lösung und führten es bei Süßwasserfischen durch. Die Konservierung kann das Wachstum von Mikroorganismen wirksam hemmen, die Oxidation von Fischprotein und -fett verlangsamen und eine hervorragende Konservierungswirkung haben. Yunus et al. überzogene Regenbogenforellen mit einem essbaren Gelatinefilm, dem ätherisches Lorbeeröl zugesetzt wurde, und untersuchten die Wirkung der Kühlkonservierung bei 4 °C. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Gelatinefilm die Qualität der Regenbogenforellen bis zu 22 Tage lang wirksam aufrechterhielt. für eine lange Zeit . Wang Siwei et al. verwendeten Natriumalginat, Chitosan und CMC als Hauptmaterialien, fügten Stearinsäure hinzu, um eine essbare Filmflüssigkeit herzustellen, und überzogen damit Penaeus vannamei, um ihm Frische zu verleihen. Die Studie zeigte, dass der Verbundfilm aus CMC und Chitosan-Flüssigkeit eine gute Konservierungswirkung hat und die Haltbarkeit um etwa 2 Tage verlängern kann. Yang Shengping und andere verwendeten einen essbaren Film aus Chitosan-Tee-Polyphenol zur Kühlung und Konservierung von frischem Haarschwanz, der die Vermehrung von Bakterien auf der Oberfläche des Haarschwanzes wirksam hemmen, die Bildung flüchtiger Salzsäure verzögern und die Haltbarkeit des Haarschwanzes verlängern kann etwa 12 Tage.

1.1.3.6 Anwendung in frittierten Lebensmitteln

Frittierte Lebensmittel sind weit verbreitete verzehrfertige Lebensmittel mit einer großen Ausbeute. Es ist mit einer essbaren Polysaccharid- und Proteinfolie umwickelt, die die Farbveränderung der Lebensmittel während des Frittiervorgangs verhindern und den Ölverbrauch reduzieren kann. Eintritt von Sauerstoff und Feuchtigkeit [80]. Durch das Beschichten von frittierten Lebensmitteln mit Gellangummi kann der Ölverbrauch um 35–63 % gesenkt werden. Beim Frittieren von Sashimi kann der Ölverbrauch beispielsweise um 63 % gesenkt werden. Beim Frittieren von Kartoffelchips kann der Ölverbrauch um 35–63 % gesenkt werden. Reduzierter Kraftstoffverbrauch um 60 % usw. [81].

Singthong et al. stellten essbare Filme aus Polysacchariden wie Natriumalginat, Carboxymethylcellulose und Pektin her, die für die Beschichtung frittierter Bananenstreifen verwendet wurden, und untersuchten die Ölabsorptionsrate nach dem Frittieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Pektin und Carboxyl. Die mit Methylcellulose beschichteten frittierten Bananenstreifen zeigten eine bessere sensorische Qualität, wobei der essbare Pektinfilm die beste Wirkung auf die Reduzierung der Ölabsorption hatte [82]. Holownia et al. beschichtete HPMC- und MC-Filme auf der Oberfläche von gebratenen Hähnchenfilets, um die Veränderungen im Ölverbrauch, im Gehalt an freien Fettsäuren und im Farbwert im Frittieröl zu untersuchen. Eine Vorbeschichtung kann die Ölaufnahme verringern und die Öllebensdauer verlängern [83]. Sheng Meixiang et al. stellten essbare Filme aus CMC, Chitosan und Sojaproteinisolat her, beschichteten Kartoffelchips und frittierten sie bei hoher Temperatur, um die Ölabsorption, den Wassergehalt, die Farbe, den Acrylamidgehalt und die sensorische Qualität von Kartoffelchips zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Film aus Sojaproteinisolat einen signifikanten Einfluss auf die Reduzierung des Ölverbrauchs von frittierten Kartoffelchips hat und der essbare Film aus Chitosan einen besseren Effekt auf die Reduzierung des Acrylamidgehalts hat [84]. Salvador et al. beschichteten die Oberfläche von frittierten Tintenfischringen mit Weizenstärke, modifizierter Maisstärke, Dextrin und Gluten, was die Knusprigkeit der Tintenfischringe verbessern und die Ölabsorptionsrate verringern könnte [85].

1.1.3.7 Anwendung in Backwaren

Essbare Folie kann als glatte Beschichtung verwendet werden, um das Aussehen von Backwaren zu verbessern; kann als Barriere gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff, Fett usw. verwendet werden, um die Haltbarkeit von Backwaren zu verbessern. Chitosan-Essfolien werden beispielsweise zur Oberflächenbeschichtung von Brot verwendet. Sie können auch als Klebstoff für knusprige Snacks und Snacks verwendet werden. Beispielsweise werden geröstete Erdnüsse häufig mit Klebstoffen überzogen, um Salz und Gewürze zu überziehen [87].

Christos et al. stellten essbare Filme aus Natriumalginat und Molkenprotein her und schichteten sie auf die Oberfläche von probiotischem Brot aus Lactobacillus rhamnosus. Die Studie zeigte, dass die Überlebensrate von Probiotika deutlich verbessert wurde, aber die beiden Brotsorten zeigten, dass die Verdauungsmechanismen sehr ähnlich sind, sodass die Beschichtung des essbaren Films die Textur, den Geschmack und die thermophysikalischen Eigenschaften des Brotes nicht verändert [88]. Panuwat et al. fügten der Methylzellulosematrix indischen Stachelbeerextrakt hinzu, um einen essbaren Verbundfilm herzustellen, und verwendeten ihn, um die Frische gerösteter Cashewnüsse zu bewahren. Die Ergebnisse zeigten, dass die zusammengesetzte essbare Folie das Rösten von Cashewnüssen während der Lagerung wirksam verhindern konnte. Die Qualität verschlechterte sich und die Haltbarkeit gerösteter Cashewnüsse verlängerte sich um bis zu 90 Tage [89]. Schou et al. stellten mit Natriumcaseinat und Glycerin einen transparenten und flexiblen essbaren Film her und untersuchten dessen mechanische Eigenschaften, Wasserdurchlässigkeit und seinen Verpackungseffekt auf gebackenen Brotscheiben. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Film aus Natriumkaseinat gebackenes Brot umhüllte. Nach dem Panieren kann seine Härte innerhalb von 6 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur verringert werden [90]. Du et al. verwendeten essbare Folie auf Apfelbasis und essbare Folie auf Tomatenbasis mit pflanzlichen ätherischen Ölen, um Brathähnchen einzuwickeln, was nicht nur das Wachstum von Mikroorganismen vor dem Braten des Hähnchens hemmte, sondern auch den Geschmack des Hähnchens nach dem Braten verstärkte [91]. Javanmard et al. stellte einen essbaren Film aus Weizenstärke her und umhüllte damit gebackene Pistazienkerne. Die Ergebnisse zeigten, dass der essbare Stärkefilm das oxidative Ranzigwerden der Nüsse verhindern, die Qualität der Nüsse verbessern und ihre Haltbarkeit verlängern kann [92]. Majid et al. verwendeten essbare Molkenproteinfolie, um geröstete Erdnüsse zu überziehen, was die Sauerstoffbarriere erhöhen, das Ranzigwerden von Erdnüssen verringern, die Sprödigkeit gerösteter Erdnüsse verbessern und deren Lagerzeit verlängern kann [93].

1.1.3.8 Anwendung in Süßwaren

Die Süßwarenindustrie stellt hohe Anforderungen an die Diffusion flüchtiger Bestandteile. Daher ist es bei Schokolade und Bonbons mit polierten Oberflächen erforderlich, wasserlösliche essbare Folien zu verwenden, um die Beschichtungsflüssigkeit mit flüchtigen Bestandteilen zu ersetzen. Die essbare Verpackungsfolie kann einen glatten Schutzfilm auf der Oberfläche der Süßigkeit bilden, um die Migration von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu reduzieren [19]. Die Verwendung von essbaren Molkenproteinfilmen in Süßwaren kann die Diffusion seiner flüchtigen Bestandteile erheblich reduzieren. Wenn Schokolade zum Einkapseln von öligen Lebensmitteln wie Keksen und Erdnussbutter verwendet wird, wandert das Öl zur äußeren Schokoladenschicht, wodurch die Schokolade klebrig wird und ein „Reverse-Frost“-Phänomen entsteht, das innere Material trocknet jedoch aus, was zu einem Veränderung seines Geschmacks. Das Hinzufügen einer Schicht aus essbarem Folienverpackungsmaterial mit Fettbarrierefunktion kann dieses Problem lösen [94].

Nelson et al. verwendeten essbare Methylzellulosefolie zum Überziehen von Bonbons, die mehrere Lipide enthielten, und zeigten eine sehr geringe Lipiddurchlässigkeit, wodurch das Frostphänomen in Schokolade verhindert wurde [95]. Meyers trug einen essbaren Hydrogel-Wachs-Doppelschichtfilm auf Kaugummi auf, der dessen Haftung verbessern, die Wasserverflüchtigung reduzieren und seine Haltbarkeit verlängern konnte [21]. Von Fadini et al. hergestelltes Wasser. Essbare Dekollagen-Kakaobutter-Verbundfolien wurden auf ihre mechanischen Eigenschaften und Wasserdurchlässigkeit untersucht und mit guten Ergebnissen als Überzug für Schokoladenprodukte verwendet [96].

1.1.4 Essbare Folien auf Zellulosebasis

Essbare Folie auf Zellulosebasis ist eine Art essbare Folie, die aus der in der Natur am häufigsten vorkommenden Zellulose und ihren Derivaten als Hauptrohstoffen hergestellt wird. Essbare Folien auf Zellulosebasis sind geruchs- und geschmacksneutral und weisen eine gute mechanische Festigkeit, Ölbarriereeigenschaften, Transparenz, Flexibilität und gute Gasbarriereeigenschaften auf. Aufgrund der hydrophilen Natur von Cellulose ist die Beständigkeit von essbaren Filmen auf Cellulosebasis jedoch im Allgemeinen relativ gering [82, 97–99].

Die essbaren Folien auf Zellulosebasis, die aus Abfallmaterialien der Lebensmittelindustrie hergestellt werden, können essbare Verpackungsfolien mit hervorragender Leistung erhalten und Abfallmaterialien wiederverwenden, um den Mehrwert von Produkten zu steigern. Ferreira et al. Mischen Sie Frucht- und Gemüserückstandspulver mit Kartoffelschalenpulver, um einen essbaren Verbundfilm auf Zellulosebasis herzustellen, und tragen Sie ihn auf die Weißdornbeschichtung auf, um die Frische zu bewahren, und erzielen Sie gute Ergebnisse [62]. Tan Huizi et al. verwendeten die aus Bohnenrückständen gewonnenen Ballaststoffe als Basismaterial und fügten eine bestimmte Menge Verdickungsmittel hinzu, um einen essbaren Film aus Sojabohnenfasern herzustellen, der gute mechanische Eigenschaften und Barriereeigenschaften aufweist [100] und hauptsächlich zum Verpacken von Fast-Food-Nudelgewürz verwendet wird Es ist bequem und nahrhaft, die Materialpackung direkt in heißem Wasser aufzulösen.

Wasserlösliche Cellulosederivate wie Methylcellulose (MC), Carboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) können eine kontinuierliche Matrix bilden und werden häufig in der Entwicklung und Forschung von essbaren Filmen verwendet. Xiao Naiyu et al. verwendete MC als Hauptfilmbildungssubstrat, fügte Polyethylenglykol und Calciumchlorid sowie andere Hilfsstoffe hinzu, bereitete einen essbaren MC-Film durch das Gießverfahren vor und wendete ihn zur Konservierung von Olecranon an, wodurch der Mund des Olecranons verlängert werden kann. Die Haltbarkeit von Pfirsich beträgt 4,5 Tage [101]. Esmaeili et al. präparierten einen essbaren MC-Film durch Gießen und trugen ihn auf die Beschichtung aus Mikrokapseln mit ätherischen Pflanzenölen auf. Die Ergebnisse zeigten, dass MC-Folien eine gute ölblockierende Wirkung haben und auf Lebensmittelverpackungen angebracht werden können, um den Verderb von Fettsäuren zu verhindern [102]. Tian et al. modifizierte essbare MC-Filme mit Stearinsäure und ungesättigten Fettsäuren, die die wasserblockierenden Eigenschaften von essbaren MC-Filmen verbessern könnten [103]. Lai Fengying et al. untersuchten den Einfluss des Lösungsmitteltyps auf den Filmbildungsprozess von essbaren MC-Filmen sowie die Barriereeigenschaften und mechanischen Eigenschaften des essbaren Films [104].

CMC-Membranen haben gute Barriereeigenschaften gegenüber O2, CO2 und Ölen und werden häufig im Lebensmittel- und Medizinbereich eingesetzt [99]. Bifani et al. stellten CMC-Membranen her und untersuchten die Wirkung von Blattextrakten auf die Wasserbarriereeigenschaften und Gasbarriereeigenschaften der Membranen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Zusatz von Blattextrakten die Feuchtigkeits- und Sauerstoffbarriereeigenschaften der Membranen deutlich verbessern konnte, nicht jedoch für CO2. Die Barriereeigenschaften hängen von der Konzentration des Extrakts ab [105]. de Moura et al. stellten mit Chitosan-Nanopartikeln verstärkte CMC-Filme her und untersuchten die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Wasserlöslichkeit der Verbundfilme. Die Ergebnisse zeigen, dass Chitosan-Nanopartikel die mechanischen Eigenschaften und die thermische Stabilität von CMC-Filmen wirksam verbessern können. Sex [98]. Ghanbarzadeh et al. stellten essbare CMC-Filme her und untersuchten die Auswirkungen von Glycerin und Ölsäure auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von CMC-Filmen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Barriereeigenschaften der Folien deutlich verbessert wurden, die mechanischen Eigenschaften und die Transparenz jedoch abnahmen [99]. Cheng et al. stellten einen essbaren Verbundfilm aus Carboxymethylcellulose und Konjak-Glucomannan her und untersuchten die Wirkung von Palmöl auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Verbundfilms. Die Ergebnisse zeigten, dass die kleineren Lipid-Mikrokügelchen den Verbundfilm deutlich vergrößern können. Die Oberflächenhydrophobie und die Krümmung des Wassermolekül-Permeationskanals können die Feuchtigkeitsbarriereleistung der Membran verbessern [106].

HPMC hat gute filmbildende Eigenschaften, sein Film ist flexibel, transparent, farblos und geruchlos und hat gute Ölbarriereeigenschaften, aber seine mechanischen Eigenschaften und wasserblockierenden Eigenschaften müssen verbessert werden. Die Studie von Zuniga et al. zeigten, dass die anfängliche Mikrostruktur und Stabilität der HPMC-Filmbildungslösung die Oberfläche und die innere Struktur des Films erheblich beeinflussen kann und dass die Art und Weise, wie Öltröpfchen während der Bildung der Filmstruktur eindringen, die Lichtdurchlässigkeit und Oberflächenaktivität des Films erheblich beeinflussen kann Film. Durch die Zugabe des Wirkstoffs kann die Stabilität der filmbildenden Lösung verbessert werden, was sich wiederum auf die Oberflächenstruktur und die optischen Eigenschaften des Films auswirkt, die mechanischen Eigenschaften und die Luftdurchlässigkeit werden jedoch nicht verringert [107]. Klangmuang et al. verwendeten organisch modifizierten Ton und Bienenwachs, um essbare HPMC-Folien zu verbessern und zu modifizieren, um die mechanischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften der HPMC-Folie zu verbessern. Die Studie zeigte, dass die mechanischen Eigenschaften der essbaren HPMC-Folie nach der Modifikation von Bienenwachs und Ton mit denen der essbaren Folie vergleichbar waren. Die Leistung der Feuchtigkeitskomponenten wurde verbessert [108]. Dogan et al. stellten einen essbaren HPMC-Film her und verwendeten mikrokristalline Cellulose, um den HPMC-Film zu verbessern und zu modifizieren, und untersuchten die Wasserdurchlässigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Films. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften der modifizierten Folie nicht wesentlich veränderten. , aber seine mechanischen Eigenschaften wurden deutlich verbessert [109]. Choi et al. Oreganoblatt und ätherisches Bergamottenöl wurden in die HPMC-Matrix eingearbeitet, um einen essbaren Verbundfilm herzustellen, und dieser wurde auf die Konservierungsbeschichtung frischer Pflaumen aufgetragen. Die Studie zeigte, dass die essbare Verbundfolie die Atmung von Pflaumen wirksam hemmen, die Produktion von Ethylen reduzieren, die Gewichtsverlustrate verringern und die Qualität der Pflaumen verbessern kann [110]. Esteghlal et al. vermischten HPMC mit Gelatine, um essbare Verbundfolien herzustellen, und untersuchten essbare Verbundfolien. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften, mechanischen Eigenschaften und die Kompatibilität von HPMC-Gelatine zeigten, dass sich die Zugeigenschaften von HPMC-Gelatine-Verbundfilmen nicht wesentlich veränderten, was bei der Herstellung von medizinischen Kapseln verwendet werden konnte [111]. Villacres et al. untersuchten die mechanischen Eigenschaften, Gasbarriereeigenschaften und antibakteriellen Eigenschaften von essbaren HPMC-Maniokstärke-Verbundfolien. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbundfolien gute Sauerstoffbarriereeigenschaften und antibakterielle Wirkungen aufwiesen [112]. Byun et al. stellten Schellack-HPMC-Verbundmembranen her und untersuchten die Auswirkungen der Emulgatortypen und der Schellackkonzentration auf die Verbundmembranen. Der Emulgator verringerte die wasserblockierenden Eigenschaften der Verbundmembran, ihre mechanischen Eigenschaften verschlechterten sich jedoch nicht wesentlich; Die Zugabe von Schellack verbesserte die thermische Stabilität der HPMC-Membran erheblich und ihre Wirkung verstärkte sich mit zunehmender Schellackkonzentration [113].

1.1.5 Essbare Filme auf Stärkebasis

Stärke ist ein natürliches Polymer zur Herstellung essbarer Filme. Es hat die Vorteile einer breiten Quelle, eines niedrigen Preises, einer Biokompatibilität und eines Nährwerts und wird häufig in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt [114–117]. In jüngster Zeit wurden nacheinander Untersuchungen zu essbaren Folien aus reiner Stärke und essbaren Verbundfolien auf Stärkebasis für die Lagerung und Konservierung von Lebensmitteln durchgeführt [118]. Stärke mit hohem Amylosegehalt und ihre hydroxypropylierte modifizierte Stärke sind die Hauptmaterialien für die Herstellung von essbaren Filmen auf Stärkebasis [119]. Die Retrogradation von Stärke ist der Hauptgrund für ihre Fähigkeit, einen Film zu bilden. Je höher der Amylosegehalt, desto fester die intermolekulare Bindung, desto einfacher lässt sich eine Retrogradation erzeugen und desto besser ist die Filmbildungseigenschaft und die endgültige Zugfestigkeit des Films. größer. Amylose kann wasserlösliche Filme mit geringer Sauerstoffdurchlässigkeit bilden, und die Barriereeigenschaften von Filmen mit hohem Amylosegehalt nehmen in Umgebungen mit hohen Temperaturen nicht ab, wodurch die verpackten Lebensmittel wirksam geschützt werden können [120].

Essbare Stärkefolie, farblos und geruchlos, weist eine gute Transparenz, Wasserlöslichkeit und Gasbarriereeigenschaften auf, weist jedoch eine relativ starke Hydrophilie und schlechte Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften auf und wird daher hauptsächlich in Sauerstoff- und Ölbarriereverpackungen für Lebensmittel verwendet [121-123]. Darüber hinaus neigen Membranen auf Stärkebasis zu Alterung und Retrogradation und ihre mechanischen Eigenschaften sind relativ schlecht [124]. Um die oben genannten Mängel zu überwinden, kann die Stärke durch physikalische, chemische, enzymatische, genetische und additive Methoden modifiziert werden, um die Eigenschaften von essbaren Filmen auf Stärkebasis zu verbessern [114].

Zhang Zhengmao et al. verwendeten einen essbaren Film aus ultrafeiner Stärke zum Überziehen von Erdbeeren und stellten fest, dass dieser den Wasserverlust effektiv reduzieren, die Reduzierung des Gehalts an löslichem Zucker verzögern und die Lagerzeit von Erdbeeren effektiv verlängern kann [125]. Garcia et al. modifizierte Stärke mit unterschiedlichen Kettenverhältnissen, um eine filmbildende Flüssigkeit aus modifizierter Stärke zu erhalten, die zur Konservierung des Frischerdbeerüberzugsfilms verwendet wurde. Geschwindigkeit und Abklingrate waren besser als bei der unbeschichteten Gruppe [126]. Ghanbarzadeh et al. modifizierte Stärke durch Zitronensäurevernetzung und erhaltener chemisch vernetzter modifizierter Stärkefilm. Studien haben gezeigt, dass nach der Vernetzungsmodifizierung die Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften und mechanischen Eigenschaften von Stärkefilmen verbessert wurden [127]. Gao Qunyu et al. Durch eine enzymatische Hydrolysebehandlung von Stärke wurde ein essbarer Stärkefilm erhalten, dessen mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Dehnung und Faltwiderstand zunahmen und die Feuchtigkeitsbarriereleistung mit zunehmender Enzymeinwirkungszeit zunahm. deutlich verbessert [128]. Parra et al. fügten Tapiokastärke ein Vernetzungsmittel hinzu, um einen essbaren Film mit guten mechanischen Eigenschaften und geringer Wasserdampfdurchlässigkeit herzustellen [129]. Fonseca et al. verwendeten Natriumhypochlorit zur Oxidation von Kartoffelstärke und stellten einen essbaren Film aus oxidierter Stärke her. Die Studie zeigte, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit und die Wasserlöslichkeit deutlich verringert waren, was sich auf die Verpackung von Lebensmitteln mit hoher Wasseraktivität übertragen lässt [130].

Die Verbindung von Stärke mit anderen essbaren Polymeren und Weichmachern ist eine wichtige Methode zur Verbesserung der Eigenschaften von essbaren Filmen auf Stärkebasis. Derzeit sind die am häufigsten verwendeten komplexen Polymere meist hydrophile Kolloide wie Pektin, Cellulose, Algenpolysaccharid, Chitosan, Carrageen und Xanthangummi [131].

Maria Rodriguez et al. verwendeten Kartoffelstärke und Weichmacher oder Tenside als Hauptmaterialien zur Herstellung von essbaren Filmen auf Stärkebasis und zeigten, dass Weichmacher die Flexibilität des Films erhöhen und Tenside die Dehnbarkeit des Films verringern können [132]. Santana et al. verwendeten Nanofasern, um essbare Filme aus Maniokstärke zu verbessern und zu modifizieren, und erhielten essbare Verbundfilme auf Stärkebasis mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, Barriereeigenschaften und thermischer Stabilität [133]. Azevedo et al. Molkenprotein mit thermoplastischer Stärke vermischt, um ein einheitliches Filmmaterial herzustellen, was darauf hinweist, dass Molkenprotein und thermoplastische Stärke eine starke Grenzflächenhaftung aufweisen und Molkenprotein die Stärkeverfügbarkeit erheblich verbessern kann. Wasserblockierende und mechanische Eigenschaften essbarer Filme [134]. Edhirej et al. stellten einen essbaren Film auf Tapiokastärkebasis her und untersuchten die Wirkung von Weichmachern auf die physikalische und chemische Struktur, die mechanischen Eigenschaften und die thermischen Eigenschaften des Films. Die Ergebnisse zeigen, dass die Art und Konzentration des Weichmachers den Tapiokastärkefilm erheblich beeinflussen kann. Im Vergleich zu anderen Weichmachern wie Harnstoff und Triethylenglykol hat Pektin die beste weichmachende Wirkung und der mit Pektin weichgemachte Stärkefilm weist gute wasserblockierende Eigenschaften auf [135]. Saberi et al. verwendete Erbsenstärke, Guarkernmehl und Glycerin zur Herstellung essbarer Verbundfolien. Die Ergebnisse zeigten, dass Erbsenstärke eine wichtige Rolle bei der Filmdicke, Dichte, Kohäsion, Wasserdurchlässigkeit und Zugfestigkeit spielt. Guarkernmehl kann die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul der Membran beeinflussen, und Glycerin kann die Flexibilität der Membran verbessern [136]. Ji et al. Chitosan und Maisstärke wurden zusammengesetzt und Calciumcarbonat-Nanopartikel hinzugefügt, um einen antibakteriellen Film auf Stärkebasis herzustellen. Die Studie zeigte, dass zwischen Stärke und Chitosan intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen gebildet wurden und die mechanischen Eigenschaften des Films sowie die antibakteriellen Eigenschaften verbessert wurden [137]. Meira et al. verbesserte und modifizierte essbare antibakterielle Maisstärkefolie mit Kaolin-Nanopartikeln, und die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Verbundfolie wurden verbessert, und die antibakterielle Wirkung wurde nicht beeinträchtigt [138]. Ortega-Toro et al. HPMC wurde zu Stärke hinzugefügt und Zitronensäure wurde hinzugefügt, um einen essbaren Film herzustellen. Die Studie zeigte, dass der Zusatz von HPMC und Zitronensäure die Alterung von Stärke wirksam hemmen und die Wasserdurchlässigkeit von essbaren Filmen verringern kann, die Sauerstoffbarriereeigenschaften jedoch abnehmen [139].

1.2 Polymerhydrogele

Hydrogele sind eine Klasse hydrophiler Polymere mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, die in Wasser unlöslich sind, aber durch Wasser aufquellen können. Makroskopisch gesehen hat ein Hydrogel eine bestimmte Form, kann nicht fließen und ist eine feste Substanz. Mikroskopisch gesehen können wasserlösliche Moleküle in unterschiedlichen Formen und Größen im Hydrogel verteilt sein und mit unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten diffundieren, sodass das Hydrogel die Eigenschaften einer Lösung aufweist. Die innere Struktur von Hydrogelen hat eine begrenzte Festigkeit und kann leicht zerstört werden. Es befindet sich in einem Zustand zwischen fest und flüssig. Es hat eine ähnliche Elastizität wie ein Festkörper und unterscheidet sich deutlich von einem echten Festkörper.

1.2.1 Übersicht über Polymerhydrogele

1.2.1.1 Klassifizierung von Polymerhydrogelen

Polymerhydrogel ist eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die durch physikalische oder chemische Vernetzung zwischen Polymermolekülen entsteht [143–146]. Es nimmt eine große Menge Wasser auf und quillt dabei auf. Gleichzeitig kann es seine dreidimensionale Struktur beibehalten und ist in Wasser unlöslich. Wasser.

Es gibt viele Möglichkeiten, Hydrogele zu klassifizieren. Aufgrund der unterschiedlichen Vernetzungseigenschaften können sie in physikalische Gele und chemische Gele unterteilt werden. Physikalische Gele werden durch relativ schwache Wasserstoffbrückenbindungen, Ionenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte und physikalische Verflechtungen zwischen Polymermolekülketten und anderen physikalischen Kräften gebildet und können in verschiedenen äußeren Umgebungen in Lösungen umgewandelt werden. Es wird reversibles Gel genannt; Chemisches Gel ist normalerweise eine permanente dreidimensionale Netzwerkstruktur, die durch Vernetzung chemischer Bindungen wie kovalenter Bindungen in Gegenwart von Wärme, Licht, Initiator usw. gebildet wird. Nachdem das Gel gebildet wurde, ist es irreversibel und dauerhaft, auch bekannt als Für das wahre Kondensat [147-149]. Physikalische Gele erfordern im Allgemeinen keine chemische Modifikation und weisen eine geringe Toxizität auf, ihre mechanischen Eigenschaften sind jedoch relativ schlecht und es ist schwierig, großen äußeren Belastungen standzuhalten; Chemische Gele weisen im Allgemeinen eine bessere Stabilität und mechanische Eigenschaften auf.

Basierend auf verschiedenen Quellen können Hydrogele in synthetische Polymerhydrogele und natürliche Polymerhydrogele unterteilt werden. Synthetische Polymerhydrogele sind Hydrogele, die durch chemische Polymerisation synthetischer Polymere gebildet werden, hauptsächlich einschließlich Polyacrylsäure, Polyvinylacetat, Polyacrylamid, Polyethylenoxid usw.; Natürliche Polymerhydrogele werden durch Vernetzung natürlicher Polymere wie Polysaccharide und Proteine ​​in der Natur, einschließlich Cellulose, Alginat, Stärke, Agarose, Hyaluronsäure, Gelatine und Kollagen, gebildet [6, 7, 150], 151]. Natürliche Polymerhydrogele zeichnen sich in der Regel durch eine breite Quelle, einen niedrigen Preis und eine geringe Toxizität aus, während synthetische Polymerhydrogele im Allgemeinen einfach zu verarbeiten sind und große Ausbeuten erzielen.

Basierend auf unterschiedlichen Reaktionen auf die äußere Umgebung können Hydrogele auch in traditionelle Hydrogele und intelligente Hydrogele unterteilt werden. Herkömmliche Hydrogele reagieren relativ unempfindlich auf Veränderungen in der äußeren Umgebung; Intelligente Hydrogele können kleine Veränderungen in der äußeren Umgebung wahrnehmen und entsprechende Veränderungen in der physikalischen Struktur und den chemischen Eigenschaften hervorrufen [152–156]. Bei temperaturempfindlichen Hydrogelen ändert sich das Volumen mit der Umgebungstemperatur. Normalerweise enthalten solche Polymerhydrogele hydrophile Gruppen wie Hydroxyl, Ether und Amid oder hydrophobe Gruppen wie Methyl, Ethyl und Propyl. Die Temperatur der äußeren Umgebung kann die hydrophile oder hydrophobe Wechselwirkung zwischen Gelmolekülen, Wasserstoffbrückenbindungen und die Wechselwirkung zwischen Wassermolekülen und Polymerketten beeinflussen und dadurch das Gleichgewicht des Gelsystems beeinflussen. Bei pH-empfindlichen Hydrogelen enthält das System üblicherweise Säure-Base-modifizierende Gruppen wie Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen oder Aminogruppen. In einer sich ändernden pH-Umgebung können diese Gruppen Protonen absorbieren oder abgeben, wodurch sich die Wasserstoffbindung im Gel und der Unterschied zwischen der inneren und äußeren Ionenkonzentration ändern, was zu einer Volumenänderung des Gels führt. Für elektrische Felder, magnetische Felder und lichtempfindliche Hydrogele enthalten sie funktionelle Gruppen wie Polyelektrolyte, Metalloxide bzw. lichtempfindliche Gruppen. Unter verschiedenen äußeren Reizen wird die Systemtemperatur oder der Ionisierungsgrad geändert, und dann wird das Gelvolumen nach dem Prinzip ähnlich wie bei temperatur- oder pH-empfindlichen Hydrogelen geändert.

Aufgrund des unterschiedlichen Gelverhaltens können Hydrogele in kälteinduzierte Gele und thermisch induzierte Gele unterteilt werden [157]. Kaltgel, kurz Kaltgel genannt, ist ein Makromolekül, das bei hoher Temperatur in Form zufälliger Knäuel vorliegt. Während des Abkühlvorgangs werden aufgrund der Wirkung intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen nach und nach helikale Fragmente gebildet, wodurch der Prozess aus der Lösung abgeschlossen wird. Der Übergang zum Gel [158]; Thermoinduziertes Gel, auch Thermogel genannt, ist ein Makromolekül im Lösungszustand bei niedriger Temperatur. Während des Erhitzungsprozesses wird durch hydrophobe Wechselwirkung usw. eine dreidimensionale Netzwerkstruktur gebildet, wodurch der Gelierungsübergang abgeschlossen wird [159], 160].

Hydrogele können auch in homopolymere Hydrogele, copolymerisierte Hydrogele und sich gegenseitig durchdringende Netzwerkhydrogele basierend auf unterschiedlichen Netzwerkeigenschaften, mikroskopische Hydrogele und makroskopische Hydrogele basierend auf unterschiedlichen Gelgrößen und biologisch abbaubaren Eigenschaften unterteilt werden. Unterschiedlich unterteilt in abbaubare Hydrogele und nicht abbaubare Hydrogele.

1.2.1.2 Anwendung natürlicher Polymerhydrogele

Natürliche Polymerhydrogele zeichnen sich durch gute Biokompatibilität, hohe Flexibilität, reichlich vorhandene Quellen, Umweltempfindlichkeit, hohe Wasserretention und geringe Toxizität aus und werden häufig in der Biomedizin, Lebensmittelverarbeitung, Umweltschutz sowie in der land- und forstwirtschaftlichen Produktion eingesetzt in der Industrie und anderen Bereichen eingesetzt [142, 161-165].

Anwendung natürlicher Polymerhydrogele in biomedizinischen Bereichen. Natürliche Polymerhydrogele weisen eine gute Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und keine toxischen Nebenwirkungen auf, sodass sie als Wundauflagen verwendet werden können und in direktem Kontakt mit menschlichem Gewebe stehen, wodurch das Eindringen von Mikroorganismen in vitro wirksam reduziert, der Verlust von Körperflüssigkeiten verhindert und Sauerstoff ermöglicht werden kann durchgehen. Fördert die Wundheilung; kann zur Herstellung von Kontaktlinsen verwendet werden, mit den Vorteilen eines angenehmen Tragekomforts, einer guten Sauerstoffdurchlässigkeit und einer unterstützenden Behandlung von Augenkrankheiten [166, 167]. Natürliche Polymere ähneln der Struktur lebender Gewebe und können am normalen Stoffwechsel des menschlichen Körpers beteiligt sein. Daher können solche Hydrogele als Gerüstmaterialien für das Tissue Engineering, für die Knorpelreparatur im Tissue Engineering usw. verwendet werden. Gerüste für das Tissue Engineering können in Vorstufen eingeteilt werden. geformte und spritzgegossene Gerüste. Vorgeformte Stents nutzen Wasser. Die spezielle dreidimensionale Netzwerkstruktur des Gels ermöglicht es ihm, eine bestimmte unterstützende Rolle in biologischen Geweben zu spielen und gleichzeitig einen spezifischen und ausreichenden Wachstumsraum für Zellen bereitzustellen. Außerdem kann es Zellwachstum, -differenzierung und -abbau induzieren Aufnahme durch den menschlichen Körper [168]. Spritzgegossene Stents nutzen das Phasenübergangsverhalten von Hydrogelen, um nach der Injektion in einem fließenden Lösungszustand schnell Gele zu bilden, was die Schmerzen der Patienten minimieren kann [169]. Einige natürliche Polymerhydrogele sind umweltempfindlich und werden daher häufig als Materialien zur kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln verwendet, damit die darin eingekapselten Arzneimittel zeitlich und quantitativ an die erforderlichen Teile des menschlichen Körpers abgegeben werden können, wodurch die toxischen und Nebenwirkungen reduziert werden Auswirkungen der Medikamente auf den menschlichen Körper [170].

Anwendung natürlicher Polymerhydrogele in lebensmittelbezogenen Bereichen. Natürliche Polymerhydrogele sind ein wichtiger Bestandteil der drei Mahlzeiten des Menschen am Tag, beispielsweise in einigen Desserts, Süßigkeiten, Fleischersatzprodukten, Joghurt und Eiscreme. Es wird oft als Lebensmittelzusatzstoff in Lebensmitteln verwendet, der seine physikalischen Eigenschaften verbessern und ihm einen milden Geschmack verleihen kann. Es wird beispielsweise als Verdickungsmittel in Suppen und Soßen, als Emulgator in Säften und als Suspensionsmittel verwendet. In Milchgetränken, als Geliermittel in Puddings und Aspik, als Klärmittel und Schaumstabilisator in Bier, als Synäresehemmer in Käse, als Bindemittel in Wurstwaren, als Stärkeretrogradationshemmer werden in Brot und Butter eingesetzt [171-174 ]. Aus dem Food Additives Handbook ist ersichtlich, dass eine große Anzahl natürlicher Polymerhydrogele als Lebensmittelzusatzstoffe für die Lebensmittelverarbeitung zugelassen sind [175]. Natürliche Polymerhydrogele werden als Nährstoffverstärker bei der Entwicklung von Gesundheitsprodukten und funktionellen Lebensmitteln verwendet, beispielsweise als Ballaststoffe, die in Produkten zur Gewichtsreduktion und Produkten gegen Verstopfung verwendet werden [176, 177]; als Präbiotika werden sie in Produkten für die Darmgesundheit und zur Vorbeugung von Darmkrebs eingesetzt [178]; Natürliche Polymerhydrogele können zu essbaren oder abbaubaren Beschichtungen oder Filmen verarbeitet werden, die im Bereich von Lebensmittelverpackungsmaterialien wie der Obst- und Gemüsekonservierung verwendet werden können, indem sie auf Obst und Gemüse aufgetragen werden. Auf der Oberfläche kann die Haltbarkeit verlängert werden von Obst und Gemüse und halten Sie Obst und Gemüse frisch und zart; Es kann auch als Verpackungsmaterial für Fertiggerichte wie Würstchen und Gewürze verwendet werden, um die Reinigung zu erleichtern [179, 180].

Anwendungen natürlicher Polymerhydrogele in anderen Bereichen. Im Hinblick auf den täglichen Bedarf kann es cremiger Hautpflege oder Kosmetika zugesetzt werden, was nicht nur das Austrocknen des Produkts bei der Lagerung verhindern, sondern auch die Haut nachhaltig mit Feuchtigkeit versorgen und befeuchten kann; Es kann zum Stylen, zur Befeuchtung und zur langsamen Freisetzung von Duftstoffen in Schönheits-Make-up verwendet werden. Es kann für den täglichen Bedarf wie Papierhandtücher und Windeln verwendet werden [181]. In der Landwirtschaft kann es zur Dürreresistenz, zum Schutz von Sämlingen und zur Reduzierung der Arbeitsintensität eingesetzt werden; als Beschichtungsmittel für Pflanzensamen kann es die Keimrate von Samen deutlich steigern; Wenn es beim Umpflanzen von Sämlingen verwendet wird, kann es die Überlebensrate der Sämlinge erhöhen. Pestizide, verbessern die Nutzung und reduzieren die Umweltverschmutzung [182, 183]. Im Hinblick auf die Umwelt wird es als Flockungsmittel und Adsorptionsmittel für die Abwasserbehandlung verwendet, das häufig Schwermetallionen, aromatische Verbindungen und Farbstoffe enthält, um die Wasserressourcen zu schützen und die Umwelt zu verbessern [184]. In der Industrie wird es als Entwässerungsmittel, Bohrschmiermittel, Kabelummantelungsmaterial, Dichtungsmaterial und Kältespeichermittel usw. verwendet [185].

1.2.2 Hydroxypropylmethylcellulose-Thermogel

Cellulose ist eine natürliche makromolekulare Verbindung, die am frühesten untersucht wurde, die engste Verbindung zum Menschen hat und in der Natur am häufigsten vorkommt. Es ist in höheren Pflanzen, Algen und Mikroorganismen weit verbreitet [186, 187]. Cellulose hat aufgrund ihrer vielfältigen Herkunft, ihres niedrigen Preises, ihrer erneuerbaren, biologisch abbaubaren, sicheren, ungiftigen und guten Biokompatibilität nach und nach große Aufmerksamkeit erregt [188].

1.2.2.1 Cellulose und ihre Etherderivate

Cellulose ist ein lineares langkettiges Polymer, das durch die Verbindung von D-Anhydroglucose-Struktureinheiten über β-1,4-glykosidische Bindungen entsteht [189–191]. Unlöslich. Bis auf eine Endgruppe an jedem Ende der Molekülkette gibt es in jeder Glucoseeinheit drei polare Hydroxylgruppen, die unter bestimmten Bedingungen eine Vielzahl intramolekularer und intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen bilden können; und Cellulose ist eine polyzyklische Struktur und die Molekülkette ist halbstarr. Kette, hohe Kristallinität und sehr regelmäßige Struktur, daher weist es die Eigenschaften eines hohen Polymerisationsgrades, einer guten Molekülorientierung und chemischen Stabilität auf [83, 187]. Da die Cellulosekette eine große Anzahl an Hydroxylgruppen enthält, kann sie durch verschiedene Methoden wie Veresterung, Oxidation und Veretherung chemisch modifiziert werden, um Cellulosederivate mit hervorragenden Anwendungseigenschaften zu erhalten [192, 193].

Cellulosederivate gehören zu den am frühesten erforschten und hergestellten Produkten auf dem Gebiet der Polymerchemie. Es handelt sich um polymere Feinchemikalien mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, die aus natürlicher Polymerzellulose chemisch modifiziert werden. Unter ihnen werden häufig Celluloseether verwendet. Es ist einer der wichtigsten chemischen Rohstoffe in industriellen Anwendungen [194].

Es gibt viele Arten von Celluloseethern, die im Allgemeinen alle ihre einzigartigen und hervorragenden Eigenschaften haben und in vielen Bereichen wie der Lebensmittelindustrie und der Medizin weit verbreitet sind [195]. MC ist die einfachste Art von Celluloseether mit Methylgruppe. Mit zunehmendem Substitutionsgrad kann es abwechselnd in verdünnter alkalischer Lösung, Wasser, Alkohol und aromatischem Kohlenwasserstofflösungsmittel gelöst werden und zeigt einzigartige thermische Geleigenschaften. [196]. CMC ist ein anionischer Celluloseether, der durch Alkalisierung und Ansäuerung aus natürlicher Cellulose gewonnen wird.

Es ist der am weitesten verbreitete und am weitesten verbreitete Celluloseether, der in Wasser löslich ist [197]. HPC, ein Hydroxyalkylcelluloseether, der durch Alkalisierung und Veretherung von Cellulose gewonnen wird, weist eine gute Thermoplastizität auf und weist auch thermische Geleigenschaften auf, und seine Geltemperatur wird erheblich vom Grad der Hydroxypropylsubstitution beeinflusst [198]. HPMC, ein wichtiger gemischter Ether, weist ebenfalls thermische Geleigenschaften auf, und seine Geleigenschaften hängen von den beiden Substituenten und deren Verhältnissen ab [199].

1.2.2.2 Hydroxypropylmethylcellulose-Struktur

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), deren Molekülstruktur in Abbildung 1-3 dargestellt ist, ist ein typischer nichtionischer wasserlöslicher Cellulose-Mischether. Die Veretherungsreaktion von Methylchlorid und Propylenoxid wird durchgeführt, um [200,201] zu erhalten, und die chemische Reaktionsgleichung ist in Abbildung 1-4 dargestellt.

Auf der Struktureinheit von HPMC befinden sich gleichzeitig Hydroxypropoxy- (-[OCH2CH(CH3)] n OH), Methoxy- (-OCH3) und nicht umgesetzte Hydroxylgruppen, und ihre Leistung spiegelt die gemeinsame Wirkung verschiedener Gruppen wider. [202]. Das Verhältnis zwischen den beiden Substituenten wird durch das Massenverhältnis der beiden Veretherungsmittel, die Konzentration und Masse von Natriumhydroxid und das Massenverhältnis der Veretherungsmittel pro Masseneinheit Cellulose bestimmt [203]. Hydroxypropoxy ist eine aktive Gruppe, die weiter alkyliert und hydroxyalkyliert werden kann; Bei dieser Gruppe handelt es sich um eine hydrophile Gruppe mit einer langverzweigten Kette, die eine gewisse Rolle bei der Plastifizierung innerhalb der Kette spielt. Methoxy ist eine Endkappengruppe, die nach der Reaktion zur Inaktivierung dieser Reaktionsstelle führt; Diese Gruppe ist eine hydrophobe Gruppe und hat eine relativ kurze Struktur [204, 205]. Nicht umgesetzte und neu eingeführte Hydroxylgruppen können weiterhin substituiert werden, was zu einer recht komplexen endgültigen chemischen Struktur führt und die HPMC-Eigenschaften innerhalb eines bestimmten Bereichs variieren. Bei HPMC kann eine geringe Menge an Substitution dazu führen, dass sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften deutlich unterscheiden [206]. Beispielsweise ähneln die physikalisch-chemischen Eigenschaften von HPMC mit hohem Methoxy- und niedrigem Hydroxypropylgehalt denen von MC; Die Leistung von HPMC kommt der von HPC nahe.

1.2.2.3 Eigenschaften von Hydroxypropylmethylcellulose

(1) Thermogelierbarkeit von HPMC

Die HPMC-Kette weist aufgrund der Einführung hydrophober Methyl- und hydrophiler Hydroxypropylgruppen einzigartige Hydratations-Dehydratisierungs-Eigenschaften auf. Beim Erhitzen geht es allmählich in eine Gelierung über und kehrt nach dem Abkühlen in den Lösungszustand zurück. Das heißt, es weist thermisch induzierte Geleigenschaften auf und das Gelbildungsphänomen ist ein reversibler, aber nicht identischer Prozess.

Bezüglich des Gelierungsmechanismus von HPMC ist es allgemein anerkannt, dass bei niedrigeren Temperaturen (unterhalb der Gelierungstemperatur) HPMC in Lösung und polare Wassermoleküle durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden werden, um eine sogenannte „Vogelkäfig“-ähnliche supramolekulare Struktur zu bilden. Es gibt einige einfache Verflechtungen zwischen den Molekülketten der hydratisierten HPMC, ansonsten gibt es nur wenige andere Wechselwirkungen. Wenn die Temperatur steigt, absorbiert HPMC zunächst Energie, um die intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und HPMC-Molekülen aufzubrechen, wodurch die käfigartige Molekülstruktur zerstört wird, das gebundene Wasser in der Molekülkette allmählich verloren geht und Hydroxypropyl- und Methoxygruppen freigelegt werden. Wenn die Temperatur weiter ansteigt (um die Geltemperatur zu erreichen), bilden HPMC-Moleküle durch hydrophobe Assoziation nach und nach eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, und schließlich bilden sich HPMC-Gele [160, 207, 208].

Die Zugabe anorganischer Salze hat einen gewissen Einfluss auf die Geltemperatur von HPMC, einige senken die Geltemperatur aufgrund des Aussalzphänomens und andere erhöhen die Geltemperatur aufgrund des Salzauflösungsphänomens [209]. Bei Zugabe von Salzen wie NaCl kommt es zum Phänomen des Aussalzens und die Geltemperatur von HPMC sinkt [210, 211]. Nach der Zugabe von Salzen zu HPMC neigen Wassermoleküle eher dazu, sich mit Salzionen zu verbinden, sodass die Wasserstoffbindung zwischen Wassermolekülen und HPMC zerstört wird, die Wasserschicht um die HPMC-Moleküle verbraucht wird und die HPMC-Moleküle schnell freigesetzt werden können Hydrophobie. Assoziation, die Temperatur der Gelbildung nimmt allmählich ab. Im Gegensatz dazu kommt es bei der Zugabe von Salzen wie NaSCN zum Phänomen der Salzauflösung und die Geltemperatur von HPMC steigt [212]. Die Reihenfolge der abnehmenden Wirkung von Anionen auf die Geltemperatur ist: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , die Reihenfolge der Kationen auf der Der Anstieg der Geltemperatur beträgt: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

Wenn einige organische kleine Moleküle wie einwertige Alkohole mit Hydroxylgruppen hinzugefügt werden, steigt die Geltemperatur mit zunehmender Zugabemenge, zeigt einen Maximalwert und sinkt dann, bis eine Phasentrennung auftritt [214, 215]. Dies liegt vor allem an seinem geringen Molekulargewicht, das größenordnungsmäßig mit dem von Wassermolekülen vergleichbar ist und nach der Compoundierung eine Mischbarkeit auf molekularer Ebene erreichen kann.

(2) Löslichkeit von HPMC

HPMC hat ähnlich wie MC heiße wasserunlösliche und kaltwasserlösliche Eigenschaften, kann jedoch je nach unterschiedlicher Wasserlöslichkeit in Kaltdispersionstyp und Heißdispersionstyp unterteilt werden [203]. Kalt dispergiertes HPMC kann sich in kaltem Wasser schnell in Wasser dispergieren, seine Viskosität nimmt nach einiger Zeit zu und es ist wirklich in Wasser gelöst; Im Gegensatz dazu zeigt wärmedispergiertes HPMC bei der Zugabe von Wasser bei einer niedrigeren Temperatur eine Agglomeration, die Zugabe ist jedoch schwieriger. In Wasser mit hoher Temperatur kann HPMC schnell dispergiert werden und die Viskosität steigt, wenn die Temperatur sinkt, wodurch eine echte wässrige HPMC-Lösung entsteht. Die Löslichkeit von HPMC in Wasser hängt vom Gehalt an Methoxygruppen ab, die in heißem Wasser über 85 °C, 65 °C und 60 °C von hoch bis niedrig unlöslich sind. Im Allgemeinen ist HPMC in organischen Lösungsmitteln wie Aceton und Chloroform unlöslich, jedoch in wässriger Ethanollösung und gemischten organischen Lösungen löslich.

(3) Salztoleranz von HPMC

Da HPMC nichtionisch ist, kann es in Wasser nicht ionisiert werden, sodass es nicht mit Metallionen reagiert und ausfällt. Die Zugabe von Salz beeinflusst jedoch die Temperatur, bei der das HPMC-Gel gebildet wird. Wenn die Salzkonzentration steigt, sinkt die Geltemperatur von HPMC; Wenn die Salzkonzentration unter dem Flockungspunkt liegt, kann die Viskosität der HPMC-Lösung erhöht werden, so dass bei der Anwendung der Zweck der Verdickung durch Zugabe einer geeigneten Salzmenge erreicht werden kann [210, 216].

(4) Säure- und Alkalibeständigkeit von HPMC

Im Allgemeinen weist HPMC eine starke Säure-Base-Stabilität auf und wird durch den pH-Wert bei pH 2–12 nicht beeinflusst. HPMC zeigt eine gewisse Beständigkeit gegenüber verdünnter Säure, zeigt jedoch bei konzentrierter Säure eine Tendenz zur Abnahme der Viskosität; Alkalien haben kaum Einfluss darauf, können aber die Lösungsviskosität leicht erhöhen und dann langsam erniedrigen [217, 218].

(5) Einflussfaktor der HPMC-Viskosität

HPMC ist pseudoplastisch, seine Lösung ist bei Raumtemperatur stabil und seine Viskosität wird durch Molekulargewicht, Konzentration und Temperatur beeinflusst. Bei gleicher Konzentration ist die Viskosität umso höher, je höher das HPMC-Molekulargewicht ist. Für ein Produkt mit demselben Molekulargewicht ist die Viskosität umso höher, je höher die HPMC-Konzentration ist. Die Viskosität des HPMC-Produkts nimmt mit zunehmender Temperatur ab und erreicht die Gelbildungstemperatur, wobei die Viskosität aufgrund der Gelierung plötzlich ansteigt [9, 219, 220].

(6) Weitere Eigenschaften von HPMC

HPMC weist eine starke Resistenz gegenüber Enzymen auf und ihre Resistenz gegenüber Enzymen nimmt mit dem Grad der Substitution zu. Daher weist das Produkt während der Lagerung eine stabilere Qualität auf als andere Zuckerprodukte [189, 212]. HPMC hat bestimmte emulgierende Eigenschaften. Hydrophobe Methoxygruppen können an der Oberfläche der Ölphase in der Emulsion adsorbiert werden und so eine dicke Adsorptionsschicht bilden, die als Schutzschicht wirken kann; Wasserlösliche Hydroxylgruppen können mit Wasser kombiniert werden, um die kontinuierliche Phase zu verbessern. Die Viskosität hemmt die Koaleszenz der dispergierten Phase, verringert die Oberflächenspannung und stabilisiert die Emulsion [221]. HPMC kann mit wasserlöslichen Polymeren wie Gelatine, Methylcellulose, Johannisbrotkernmehl, Carrageen und Gummi arabicum gemischt werden, um eine gleichmäßige und transparente Lösung zu bilden, und kann auch mit Weichmachern wie Glycerin und Polyethylenglykol gemischt werden. [200, 201, 214].

1.2.2.4 Probleme bei der Anwendung von Hydroxypropylmethylcellulose

Erstens schränkt der hohe Preis die breite Anwendung von HPMC ein. Obwohl HPMC-Folie eine gute Transparenz, Fettbarriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweist. Allerdings schränkt sein hoher Preis (ca. 100.000/Tonne) seine breite Anwendung ein, selbst in höherwertigen pharmazeutischen Anwendungen wie Kapseln. Der Grund, warum HPMC so teuer ist, liegt zum einen darin, dass der zur Herstellung von HPMC verwendete Rohstoff Cellulose relativ teuer ist. Darüber hinaus werden zwei Substituentengruppen, die Hydroxypropylgruppe und die Methoxygruppe, gleichzeitig auf HPMC aufgepfropft, was den Herstellungsprozess sehr schwierig macht. Komplex, daher sind HPMC-Produkte teurer.

Zweitens verringern die niedrige Viskosität und die geringe Gelfestigkeit von HPMC bei niedrigen Temperaturen seine Verarbeitbarkeit in verschiedenen Anwendungen. HPMC ist ein thermisches Gel, das bei niedriger Temperatur in einem Lösungszustand mit sehr niedriger Viskosität vorliegt und bei hoher Temperatur ein viskoses, feststoffartiges Gel bilden kann, sodass Verarbeitungsprozesse wie Beschichten, Sprühen und Eintauchen bei hoher Temperatur durchgeführt werden müssen . Andernfalls fließt die Lösung leicht nach unten, was zur Bildung eines ungleichmäßigen Filmmaterials führt, was die Qualität und Leistung des Produkts beeinträchtigt. Ein solcher Hochtemperaturbetrieb erhöht den Schwierigkeitskoeffizienten des Betriebs, was zu einem hohen Energieverbrauch bei der Produktion und hohen Produktionskosten führt.

1.2.3 Kältegel aus Hydroxypropylstärke

Stärke ist eine natürliche Polymerverbindung, die durch Photosynthese von Pflanzen in der natürlichen Umgebung synthetisiert wird. Die darin enthaltenen Polysaccharide werden üblicherweise in Form von Granulat zusammen mit Proteinen, Ballaststoffen, Ölen, Zuckern und Mineralien in den Samen und Knollen von Pflanzen gespeichert. oder in der Wurzel [222]. Stärke ist nicht nur die Hauptenergiequelle des Menschen, sondern auch ein wichtiger Industrierohstoff. Aufgrund seiner breiten Quelle, seines niedrigen Preises, seiner grünen, natürlichen und erneuerbaren Eigenschaften wird es häufig in der Lebensmittel- und Medizin-, Fermentations-, Papierherstellungs-, Textil- und Erdölindustrie eingesetzt [223].

1.2.3.1 Stärke und ihre Derivate

Stärke ist ein natürliches Hochpolymer, dessen Struktureinheit eine α-D-Anhydroglucose-Einheit ist. Verschiedene Einheiten sind durch glykosidische Bindungen verbunden und ihre Summenformel lautet (C6H10O5) n. Ein Teil der Molekülkette in Stärkekörnern ist durch α-1,4-glykosidische Bindungen verbunden, bei denen es sich um lineare Amylose handelt; Ein weiterer Teil der Molekülkette ist auf dieser Basis durch α-1,6-glykosidische Bindungen verbunden, nämlich verzweigtes Amylopektin [224]. In Stärkekörnchen gibt es kristalline Bereiche, in denen die Moleküle geordnet angeordnet sind, und amorphe Bereiche, in denen die Moleküle ungeordnet angeordnet sind. Teilkomposition. Es gibt keine klare Grenze zwischen dem kristallinen Bereich und dem amorphen Bereich, und Amylopektinmoleküle können mehrere kristalline Bereiche und amorphe Bereiche passieren. Basierend auf der natürlichen Natur der Stärkesynthese variiert die Polysaccharidstruktur in Stärke je nach Pflanzenart und Herkunftsort [225].

Obwohl Stärke aufgrund ihrer vielfältigen Quellen und erneuerbaren Eigenschaften zu einem wichtigen Rohstoff für die industrielle Produktion geworden ist, weist native Stärke im Allgemeinen Nachteile wie schlechte Wasserlöslichkeit und Filmbildungseigenschaften, geringe Emulgier- und Gelierfähigkeit sowie unzureichende Stabilität auf. Um den Anwendungsbereich zu erweitern, wird Stärke üblicherweise physikalisch-chemisch modifiziert, um sie an unterschiedliche Anwendungsanforderungen anzupassen [38, 114]. An jeder Glucose-Struktureinheit in Stärkemolekülen befinden sich drei freie Hydroxylgruppen. Diese Hydroxylgruppen sind hochaktiv und verleihen der Stärke ähnliche Eigenschaften wie Polyole, die die Möglichkeit einer Denaturierungsreaktion der Stärke bieten.

Nach der Modifizierung wurden einige Eigenschaften nativer Stärke erheblich verbessert, wodurch die Verwendungsmängel nativer Stärke überwunden wurden, sodass modifizierte Stärke in der aktuellen Industrie eine zentrale Rolle spielt [226]. Oxidierte Stärke ist eine der am häufigsten verwendeten modifizierten Stärken mit relativ ausgereifter Technologie. Im Vergleich zu nativer Stärke lässt sich oxidierte Stärke leichter verkleistern. Vorteile einer hohen Haftung. Veresterte Stärke ist ein Stärkederivat, das durch Veresterung von Hydroxylgruppen in Stärkemolekülen entsteht. Ein sehr geringer Substitutionsgrad kann die Eigenschaften nativer Stärke erheblich verändern. Die Transparenz und Filmbildungseigenschaften von Stärkekleister werden offensichtlich verbessert. Veretherte Stärke ist die Veretherungsreaktion von Hydroxylgruppen in Stärkemolekülen zur Erzeugung von Polystärkeether, und ihre Retrogradation wird abgeschwächt. Unter den stark alkalischen Bedingungen, unter denen oxidierte Stärke und veresterte Stärke nicht verwendet werden können, kann die Etherbindung auch relativ stabil bleiben. anfällig für Hydrolyse. Säuremodifizierte Stärke. Die Stärke wird mit Säure behandelt, um den Amylosegehalt zu erhöhen, was zu einer verstärkten Retrogradation und einem Stärkekleister führt. Es ist relativ transparent und bildet beim Abkühlen ein festes Gel [114].

1.2.3.2 Hydroxypropylstärkestruktur

Hydroxypropylstärke (HPS), deren Molekülstruktur in den Abbildungen 1–4 dargestellt ist, ist ein nichtionischer Stärkeether, der durch die Veretherungsreaktion von Propylenoxid mit Stärke unter alkalischen Bedingungen hergestellt wird [223, 227, 228] und seine Die Gleichung einer chemischen Reaktion ist in Abbildung 1-6 dargestellt.

Während der Synthese von HPS kann Propylenoxid nicht nur mit Stärke reagieren, um Hydroxypropylstärke zu erzeugen, sondern auch mit der erzeugten Hydroxypropylstärke reagieren, um Polyoxypropyl-Seitenketten zu erzeugen. Grad der Substitution. Der Substitutionsgrad (DS) bezieht sich auf die durchschnittliche Anzahl substituierter Hydroxylgruppen pro Glucosylgruppe. Die meisten Glucosylgruppen der Stärke enthalten 3 Hydroxylgruppen, die ersetzt werden können, sodass der maximale DS 3 beträgt. Der molare Substitutionsgrad (MS) bezieht sich auf die durchschnittliche Masse der Substituenten pro Mol Glucosylgruppe [223, 229]. Die Prozessbedingungen der Hydroxypropylierungsreaktion, die Stärkekörnchenmorphologie und das Verhältnis von Amylose zu Amylopektin in der nativen Stärke beeinflussen alle die Größe des MS.

1.2.3.3 Eigenschaften von Hydroxypropylstärke

(1) Kaltgelierung von HPS

Bei der heißen HPS-Stärkepaste, insbesondere dem System mit hohem Amylosegehalt, verwickeln sich die Amylose-Molekülketten in der Stärkepaste während des Abkühlvorgangs miteinander, um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur zu bilden, und zeigen offensichtlich ein feststoffartiges Verhalten. Es wird zu einem Elastomer, bildet ein Gel und kann nach erneutem Erhitzen in den Lösungszustand zurückkehren, d. h. es weist Kaltgeleigenschaften auf, und dieses Gelphänomen hat reversible Eigenschaften [228].

Die gelatinierte Amylose wird kontinuierlich gewickelt, um eine koaxiale einzelne helikale Struktur zu bilden. Die Außenseite dieser einzelnen helikalen Strukturen ist eine hydrophile Gruppe und die Innenseite ist ein hydrophober Hohlraum. Bei hohen Temperaturen liegt HPS in wässriger Lösung als zufällige Knäuel vor, aus denen sich einige einzelne helikale Segmente erstrecken. Wenn die Temperatur gesenkt wird, werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen HPS und Wasser aufgebrochen, das strukturelle Wasser geht verloren und die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülketten werden kontinuierlich gebildet, wodurch schließlich eine dreidimensionale Netzwerkgelstruktur entsteht. Die Füllphase im Gelnetzwerk der Stärke besteht aus den restlichen Stärkekörnchen oder -fragmenten nach der Gelatinierung, und die Verflechtung von etwas Amylopektin trägt ebenfalls zur Gelbildung bei [230–232].

(2) Hydrophilie von HPS

Die Einführung hydrophiler Hydroxypropylgruppen schwächt die Stärke der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Stärkemolekülen, fördert die Bewegung von Stärkemolekülen oder -segmenten und senkt die Schmelztemperatur von Stärkemikrokristallen; Die Struktur der Stärkekörner verändert sich und die Oberfläche der Stärkekörner wird rau. Mit steigender Temperatur entstehen einige Risse oder Löcher, sodass Wassermoleküle leicht in das Innere der Stärkekörner eindringen können, wodurch die Stärke leichter quillt und gelatiniert. Dadurch sinkt die Verkleisterungstemperatur der Stärke. Mit zunehmendem Substitutionsgrad sinkt die Verkleisterungstemperatur der Hydroxypropylstärke und schließlich kann sie in kaltem Wasser quellen. Nach der Hydroxypropylierung wurden die Fließfähigkeit, Tieftemperaturstabilität, Transparenz, Löslichkeit und Filmbildungseigenschaften von Stärkekleistern verbessert [233–235].

(3) Stabilität von HPS

HPS ist ein nichtionischer Stärkeether mit hoher Stabilität. Bei chemischen Reaktionen wie Hydrolyse, Oxidation und Vernetzung wird die Etherbindung nicht aufgebrochen und die Substituenten fallen nicht ab. Daher werden die Eigenschaften von HPS relativ wenig durch Elektrolyte und pH-Wert beeinflusst, wodurch sichergestellt wird, dass es in einem breiten Säure-Base-pH-Bereich verwendet werden kann [236–238].

1.2.3.4 Anwendung von HPS im Lebensmittel- und Medizinbereich

HPS ist ungiftig und geschmacksneutral, weist eine gute Verdauungsleistung und eine relativ niedrige Hydrolysatviskosität auf. Sie gilt im In- und Ausland als sichere essbare modifizierte Stärke. Bereits in den 1950er Jahren wurde Hydroxypropylstärke in den USA zur direkten Verwendung in Lebensmitteln zugelassen [223, 229, 238]. HPS ist eine modifizierte Stärke, die im Lebensmittelbereich weit verbreitet ist und hauptsächlich als Verdickungsmittel, Suspensionsmittel und Stabilisator verwendet wird.

Es kann in Fertiggerichten und Tiefkühlkost wie Getränken, Eiscreme und Marmeladen verwendet werden; es kann teure essbare Gummis wie Gelatine teilweise ersetzen; Es kann zu essbaren Folien verarbeitet und als Lebensmittelbeschichtung und -verpackung verwendet werden [229, 236].

HPS wird im medizinischen Bereich häufig als Füllstoffe, Bindemittel für Heilpflanzen, Sprengmittel für Tabletten, Materialien für pharmazeutische Weich- und Hartkapseln, Arzneimittelbeschichtungen, Antikondensationsmittel für künstliche rote Blutkörperchen und Plasmaverdickungsmittel usw. verwendet. [239] .

1.3 Polymercompoundierung

Polymermaterialien werden in allen Lebensbereichen häufig eingesetzt und sind unverzichtbare und wichtige Materialien. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik werden die Anforderungen der Menschen immer vielfältiger und es ist für einkomponentige Polymermaterialien im Allgemeinen schwierig, die vielfältigen Anwendungsanforderungen der Menschen zu erfüllen. Die Kombination von zwei oder mehr Polymeren ist die wirtschaftlichste und effektivste Methode, um Polymermaterialien mit niedrigem Preis, hervorragender Leistung, bequemer Verarbeitung und breiter Anwendung zu erhalten, die die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen hat und immer mehr Aufmerksamkeit erhält [240-242] .

1.3.1 Zweck und Methode der Polymercompoundierung

Der Hauptzweck der Polymercompoundierung besteht darin, (l) die umfassenden Eigenschaften von Materialien zu optimieren. Verschiedene Polymere werden zusammengesetzt, sodass die endgültige Verbindung die hervorragenden Eigenschaften eines einzelnen Makromoleküls beibehält, von den Stärken des anderen lernt, seine Schwächen ergänzt und die umfassenden Eigenschaften von Polymermaterialien optimiert. (2) Reduzieren Sie die Materialkosten. Einige Polymermaterialien haben hervorragende Eigenschaften, sind aber teuer. Daher können sie mit anderen kostengünstigen Polymeren vermischt werden, um die Kosten zu senken, ohne die Verwendung zu beeinträchtigen. (3) Verbessern Sie die Materialverarbeitungseigenschaften. Einige Materialien verfügen über hervorragende Eigenschaften, sind jedoch schwierig zu verarbeiten. Zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften können geeignete andere Polymere hinzugefügt werden. (4) Zur Stärkung einer bestimmten Eigenschaft des Materials. Um die Leistung des Materials in einem bestimmten Aspekt zu verbessern, wird ein anderes Polymer zur Modifizierung verwendet. (5) Neue Funktionen von Materialien entwickeln.

Gängige Polymer-Compoundierungsmethoden: (l) Schmelzcompoundierung. Unter der Scherwirkung der Compoundierausrüstung werden verschiedene Polymere zum Compoundieren auf über die viskose Fließtemperatur erhitzt und nach dem Compoundieren abgekühlt und granuliert. (2) Rekonstitution der Lösung. Die beiden Komponenten werden unter Verwendung eines gemeinsamen Lösungsmittels gerührt und vermischt, oder die gelösten unterschiedlichen Polymerlösungen werden gleichmäßig gerührt, und dann wird das Lösungsmittel entfernt, um eine Polymerverbindung zu erhalten. (3) Emulsionscompoundierung. Nach dem Rühren und Mischen verschiedener Polymeremulsionen desselben Emulgatortyps wird ein Koagulans zugesetzt, um das Polymer gemeinsam auszufällen und eine Polymerverbindung zu erhalten. (4) Copolymerisation und Compoundierung. Der Compoundierungsprozess, einschließlich Pfropfcopolymerisation, Blockcopolymerisation und reaktiver Copolymerisation, wird von einer chemischen Reaktion begleitet. (5) Interpenetrierendes Netzwerk [10].

1.3.2 Compoundierung natürlicher Polysaccharide

Natürliche Polysaccharide sind eine in der Natur weit verbreitete Klasse von Polymermaterialien, die meist chemisch modifiziert sind und eine Vielzahl hervorragender Eigenschaften aufweisen. Da einzelne Polysaccharidmaterialien jedoch häufig bestimmte Leistungseinschränkungen aufweisen, werden häufig verschiedene Polysaccharide zusammengesetzt, um die Leistungsvorteile jeder Komponente zu ergänzen und den Anwendungsbereich zu erweitern. Bereits in den 1980er Jahren hat die Forschung zur Zusammensetzung verschiedener natürlicher Polysaccharide erheblich zugenommen [243]. Die Forschung zum natürlichen Polysaccharid-Verbindungssystem im In- und Ausland konzentriert sich hauptsächlich auf das Verbindungssystem aus Curdlan und Nicht-Curdlan sowie das Verbindungssystem aus zwei Arten von Nicht-Curdlan-Polysacchariden.

1.3.2.1 Klassifizierung natürlicher Polysaccharid-Hydrogele

Natürliche Polysaccharide können entsprechend ihrer Fähigkeit zur Gelbildung in Curdlan und Nicht-Curdlan unterteilt werden. Einige Polysaccharide können selbst Gele bilden und werden daher Curdlan genannt, wie z. B. Carrageen usw.; andere haben selbst keine gelierenden Eigenschaften und werden als nicht gerinnende Polysaccharide bezeichnet, wie zum Beispiel Xanthangummi.

Hydrogele können durch Auflösen von natürlichem Curdlan in einer wässrigen Lösung gewonnen werden. Basierend auf der Thermoreversibilität des resultierenden Gels und der Temperaturabhängigkeit seines Moduls kann es in die folgenden vier verschiedenen Typen unterteilt werden [244]:

(1) Kryogel, Polysaccharidlösung kann nur bei niedriger Temperatur ein Gel erhalten, wie z. B. Carrageenan.

(2) Thermisch induziertes Gel, Polysaccharidlösung kann nur bei hoher Temperatur Gel erhalten, wie z. B. Glucomannan.

(3) Die Polysaccharidlösung kann nicht nur bei niedrigerer Temperatur ein Gel erhalten, sondern auch bei höherer Temperatur ein Gel erhalten, bei mittlerer Temperatur jedoch einen Lösungszustand darstellen.

(4) Die Lösung kann nur bei einer bestimmten Temperatur in der Mitte gelieren. Verschiedenes natürliches Curdlan hat seine eigene kritische (Mindest-)Konzentration, oberhalb derer ein Gel erhalten werden kann. Die kritische Konzentration des Gels hängt von der kontinuierlichen Länge der Polysaccharid-Molekülkette ab; Die Stärke des Gels wird stark von der Konzentration und dem Molekulargewicht der Lösung beeinflusst, und im Allgemeinen nimmt die Stärke des Gels mit steigender Konzentration zu [245].

1.3.2.2 Verbundsystem aus Curdlan und Nicht-Curdlan

Die Verbindung von Nicht-Curdlan mit Curdlan verbessert im Allgemeinen die Gelfestigkeit von Polysacchariden [246]. Die Verbindung von Konjakgummi und Carrageen erhöht die Stabilität und Gelelastizität der zusammengesetzten Gelnetzwerkstruktur und verbessert ihre Gelfestigkeit erheblich. Wei Yu et al. Carrageenan und Konjakgummi zusammengesetzt und die Gelstruktur nach dem Mischen besprochen. Die Studie ergab, dass nach der Mischung von Carrageenan und Konjakgummi ein synergistischer Effekt erzeugt wurde und eine von Carrageenan dominierte Netzwerkstruktur gebildet wurde, Konjakgummi darin dispergiert war und sein Gelnetzwerk dichter war als das von reinem Carrageenan [247]. Kohyama et al. untersuchten das Verbindungssystem von Carrageenan/Konjakgummi und die Ergebnisse zeigten, dass mit der kontinuierlichen Erhöhung des Molekulargewichts von Konjakgummi die Bruchspannung des Verbundgels weiter zunahm; Konjakgummi mit unterschiedlichem Molekulargewicht zeigte eine ähnliche Gelbildung. Temperatur. In diesem Verbindungssystem wird die Bildung des Gelnetzwerks durch Carrageenan übernommen, und die Wechselwirkung zwischen den beiden Curdlanmolekülen führt zur Bildung schwach vernetzter Regionen [248]. Nishinari et al. untersuchten das Gellangummi/Konjakgummi-Verbindungssystem und die Ergebnisse zeigten, dass die Wirkung einwertiger Kationen auf das Verbundgel ausgeprägter war. Es kann den Systemmodul und die Gelbildungstemperatur erhöhen. Zweiwertige Kationen können die Bildung von Verbundgelen bis zu einem gewissen Grad fördern, übermäßige Mengen führen jedoch zu einer Phasentrennung und verringern den Modul des Systems [246]. Breneer et al. untersuchten die Zusammensetzung von Carrageenan, Johannisbrotkernmehl und Konjakgummi und fanden heraus, dass Carrageenan, Johannisbrotkernmehl und Konjakgummi synergistische Effekte erzeugen können. Das optimale Verhältnis ist Johannisbrotkernmehl/Carrageenan 1:5,5, Konjakgummi/Carrageenan 1:7 , und wenn die drei miteinander vermischt werden, ist der synergistische Effekt derselbe wie der von Carrageenan/Konjakgummi, was darauf hindeutet, dass es keine spezielle Verbindung der drei gibt. Interaktion [249].

1.3.2.2 Zwei Nicht-Curdlan-Verbundsysteme

Zwei natürliche Polysaccharide, die keine Geleigenschaften haben, können durch Compoundierung Geleigenschaften aufweisen, was zu Gelprodukten führt [250]. Durch die Kombination von Johannisbrotkernmehl mit Xanthan entsteht ein synergistischer Effekt, der die Bildung neuer Gele induziert [251]. Ein neues Gelprodukt kann auch durch Zugabe von Xanthangummi zu Konjak-Glucomannan zur Compoundierung erhalten werden [252]. Wei Yanxia et al. untersuchten die rheologischen Eigenschaften des Komplexes aus Johannisbrotkernmehl und Xanthangummi. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verbindung aus Johannisbrotkernmehl und Xanthangummi einen synergistischen Effekt erzeugt. Wenn das Volumenverhältnis der Verbindung 4:6 beträgt, ist der synergistische Effekt am stärksten [253]. Fitzsimons et al. zusammengesetztes Konjak-Glucomannan mit Xanthangummi bei Raumtemperatur und unter Erhitzen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Verbindungen Geleigenschaften aufwiesen, was den synergistischen Effekt zwischen den beiden widerspiegelt. Die Compoundierungstemperatur und der Strukturzustand von Xanthangummi hatten keinen Einfluss auf die Wechselwirkung zwischen beiden [254]. Guo Shoujun und andere untersuchten die ursprüngliche Mischung aus Schweinekot-Bohnengummi und Xanthangummi und die Ergebnisse zeigten, dass Schweinekot-Bohnengummi und Xanthangummi eine starke synergistische Wirkung haben. Das optimale Mischungsverhältnis von Schweinekot-Bohnengummi und Xanthangummi-Klebstoff beträgt 6/4 (Gew./Gew.). Es ist 102-mal so groß wie die einer einzelnen Lösung von Sojabohnengummi, und das Gel wird gebildet, wenn die Konzentration des zusammengesetzten Gummis 0,4 % erreicht. Der Verbundklebstoff hat eine hohe Viskosität, gute Stabilität und rheologische Eigenschaften und ist ein ausgezeichneter Lebensmittelgummi [255].

1.3.3 Kompatibilität von Polymerverbundwerkstoffen

Unter Kompatibilität versteht man aus thermodynamischer Sicht das Erreichen einer Kompatibilität auf molekularer Ebene, die auch als gegenseitige Löslichkeit bezeichnet wird. Gemäß der Flory-Huggins-Modelltheorie entspricht die Änderung der freien Energie des Polymerverbindungssystems während des Compoundierungsprozesses der Gibbs-Formel für die freie Energie:

△���=△���—T△S (1-1)

Darunter △���ist die komplexe freie Energie, △���ist die komplexe Wärme, ist die komplexe Entropie; ist die absolute Temperatur; Das komplexe System ist nur dann ein kompatibles System, wenn sich die freie Energie ändert △���während des komplexen Prozesses [256].

Das Konzept der Mischbarkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass nur sehr wenige Systeme thermodynamische Kompatibilität erreichen können. Unter Mischbarkeit versteht man die Fähigkeit verschiedener Komponenten, homogene Komplexe zu bilden. Das häufig verwendete Kriterium ist, dass die Komplexe einen einzigen Glasübergangspunkt aufweisen.

Im Gegensatz zur thermodynamischen Kompatibilität bezieht sich die allgemeine Kompatibilität auf die Fähigkeit jeder Komponente im Verbundsystem, sich gegenseitig anzupassen, was aus praktischer Sicht vorgeschlagen wird [257].

Basierend auf der allgemeinen Kompatibilität können Polymerverbindungssysteme in vollständig kompatible, teilweise kompatible und vollständig inkompatible Systeme unterteilt werden. Ein vollständig kompatibles System bedeutet, dass die Verbindung auf molekularer Ebene thermodynamisch mischbar ist; Ein teilweise kompatibles System bedeutet, dass die Verbindung innerhalb eines bestimmten Temperatur- oder Zusammensetzungsbereichs kompatibel ist. Ein völlig inkompatibles System bedeutet, dass die Verbindung bei keiner Temperatur oder Zusammensetzung molekularmischbar ist.

Aufgrund bestimmter struktureller Unterschiede und Konformationsentropie zwischen verschiedenen Polymeren sind die meisten Polymerkomplexsysteme teilweise kompatibel oder inkompatibel [11, 12]. Abhängig von der Phasentrennung des Verbundsystems und dem Grad der Durchmischung wird auch die Kompatibilität des teilkompatiblen Systems stark variieren [11]. Die makroskopischen Eigenschaften von Polymerverbundwerkstoffen stehen in engem Zusammenhang mit ihrer inneren mikroskopischen Morphologie und den physikalischen und chemischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten. 240], daher ist es von großer Bedeutung, die mikroskopische Morphologie und Kompatibilität des Verbundsystems zu untersuchen.

Forschungs- und Charakterisierungsmethoden zur Kompatibilität binärer Verbindungen:

(1) Glasübergangstemperatur T���Vergleichsmethode. Vergleich der T���der Verbindung mit dem T���seiner Komponenten, wenn nur ein T���erscheint in der Verbindung, das zusammengesetzte System ist ein kompatibles System; wenn es zwei T gibt���, und die beiden T���Die Positionen der Verbindung liegen in den beiden Gruppen. Die Mitte der Punkte T���zeigt an, dass das Verbundsystem ein teilweise kompatibles System ist; wenn es zwei T gibt���, und sie befinden sich an den Positionen der beiden Komponenten T���Dies zeigt an, dass das zusammengesetzte System ein inkompatibles System ist.

T���Die bei der Vergleichsmethode häufig verwendeten Testinstrumente sind dynamische thermomechanische Analysatoren (DMA) und dynamische Differenzkalorimeter (DSC). Mit dieser Methode kann die Kompatibilität des Verbundsystems schnell beurteilt werden, aber wenn T���der beiden Komponenten ist ähnlich, ein einzelnes T���wird auch nach der Compoundierung auftreten, daher weist diese Methode bestimmte Mängel auf [10].

(2) Morphologische Beobachtungsmethode. Beobachten Sie zunächst die makroskopische Morphologie der Verbindung. Wenn die Verbindung eine offensichtliche Phasentrennung aufweist, kann vorläufig davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Verbindungssystem um ein inkompatibles System handelt. Zweitens werden die mikroskopische Morphologie und Phasenstruktur der Verbindung mikroskopisch beobachtet. Die beiden vollständig kompatiblen Komponenten bilden einen homogenen Zustand. Daher kann die Verbindung mit guter Kompatibilität eine gleichmäßige Phasenverteilung und eine kleine Partikelgröße der dispergierten Phase aufweisen. und verschwommene Benutzeroberfläche.

Die bei der Topographiebeobachtungsmethode häufig verwendeten Testinstrumente sind optische Mikroskope und Rasterelektronenmikroskope (REM). Die Topographie-Beobachtungsmethode kann als Hilfsmethode in Kombination mit anderen Charakterisierungsmethoden verwendet werden。

(3) Transparenzmethode. In einem teilweise kompatiblen Verbundsystem können die beiden Komponenten innerhalb eines bestimmten Temperatur- und Zusammensetzungsbereichs kompatibel sein, und jenseits dieses Bereichs kommt es zur Phasentrennung. Bei der Umwandlung des Verbundsystems von einem homogenen System in ein Zweiphasensystem ändert sich seine Lichtdurchlässigkeit, sodass seine Kompatibilität durch Untersuchung der Transparenz der Verbindung untersucht werden kann.

Diese Methode kann nur als Hilfsmethode verwendet werden, da bei gleichen Brechungsindizes der beiden Polymere auch die durch Compoundierung der beiden inkompatiblen Polymere erhaltene Verbindung transparent ist.

(4) Rheologische Methode. Bei dieser Methode wird die plötzliche Änderung der viskoelastischen Parameter der Verbindung als Zeichen der Phasentrennung verwendet, beispielsweise wird die plötzliche Änderung der Viskositäts-Temperatur-Kurve zur Markierung der Phasentrennung verwendet, und die plötzliche Änderung der scheinbaren Als Zeichen der Phasentrennung wird die Scherspannungs-Temperatur-Kurve verwendet. Das Compoundierungssystem ohne Phasentrennung nach der Compoundierung weist eine gute Kompatibilität auf, und diejenigen mit Phasentrennung sind inkompatible oder teilweise kompatible Systeme [258].

(5) Hans-Kurven-Methode. Hans Kurve ist lg���'(���) lg G“, wenn die Han-Kurve des Verbundsystems keine Temperaturabhängigkeit aufweist und die Han-Kurve bei verschiedenen Temperaturen eine Hauptkurve bildet, ist das Verbundsystem kompatibel; wenn das Verbundsystem kompatibel ist. Die Han-Kurve ist temperaturabhängig. Wenn die Han-Kurven bei unterschiedlichen Temperaturen voneinander getrennt sind und keine Hauptkurve bilden können, ist das Verbundsystem inkompatibel oder teilweise kompatibel. Daher kann die Kompatibilität des Verbundsystems anhand der Trennung der Han-Kurve beurteilt werden.

(6) Lösungsviskositätsmethode. Diese Methode nutzt die Änderung der Lösungsviskosität, um die Kompatibilität des Verbundsystems zu charakterisieren. Bei unterschiedlichen Lösungskonzentrationen wird die Viskosität der Verbindung gegen die Zusammensetzung aufgetragen. Wenn es sich um eine lineare Beziehung handelt, bedeutet dies, dass das zusammengesetzte System vollständig kompatibel ist. Wenn es sich um eine nichtlineare Beziehung handelt, bedeutet dies, dass das zusammengesetzte System teilweise kompatibel ist. Handelt es sich um eine S-förmige Kurve, dann zeigt dies, dass das Verbundsystem völlig inkompatibel ist [10].

(7) Infrarotspektroskopie. Nach der Verbindung der beiden Polymere kommt es bei guter Kompatibilität zu Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen und die Bandpositionen der charakteristischen Gruppen im Infrarotspektrum jeder Gruppe in der Polymerkette verschieben sich. Der Versatz der charakteristischen Gruppenbänder des Komplexes und jeder Komponente kann die Kompatibilität des komplexen Systems beurteilen.

Darüber hinaus kann die Kompatibilität der Komplexe auch mit thermogravimetrischen Analysegeräten, Röntgenbeugung, Röntgenkleinwinkelstreuung, Lichtstreuung, Neutronenelektronenstreuung, Kernspinresonanz und Ultraschalltechniken untersucht werden [10].

1.3.4 Forschungsfortschritt bei der Compoundierung von Hydroxypropylmethylcellulose/Hydroxypropylstärke

1.3.4.1 Compoundierung von Hydroxypropylmethylcellulose und anderen Stoffen

Verbindungen aus HPMC und anderen Substanzen werden hauptsächlich in Systemen zur kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln und essbaren oder abbaubaren Folienverpackungsmaterialien verwendet. Bei der Anwendung der medikamentenkontrollierten Freisetzung umfassen die häufig mit HPMC zusammengesetzten Polymere synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol (PVA), Milchsäure-Glykolsäure-Copolymer (PLGA) und Polycaprolacton (PCL) sowie Proteine, natürliche Polymere wie z Polysaccharide. Abdel-Zaher et al. untersuchten die strukturelle Zusammensetzung, die thermische Stabilität und ihre Beziehung zur Leistung von HPMC/PVA-Verbundwerkstoffen und die Ergebnisse zeigten, dass in Gegenwart der beiden Polymere eine gewisse Mischbarkeit besteht [259]. Zabihi et al. verwendeten den HPMC/PLGA-Komplex zur Herstellung von Mikrokapseln für die kontrollierte und anhaltende Freisetzung von Insulin, wodurch eine anhaltende Freisetzung im Magen und Darm erreicht werden kann [260]. Javed et al. zusammengesetztes hydrophiles HPMC und hydrophobes PCL und verwendeten HPMC/PCL-Komplexe als Mikrokapselmaterialien für die kontrollierte und verzögerte Wirkstofffreisetzung, die durch Anpassung des Mischungsverhältnisses in verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers freigesetzt werden konnten [261]. Ding et al. untersuchten die rheologischen Eigenschaften wie Viskosität, dynamische Viskoelastizität, Kriechrückgewinnung und Thixotropie von HPMC/Kollagen-Komplexen, die im Bereich der kontrollierten Arzneimittelfreisetzung verwendet werden, und lieferten theoretische Leitlinien für industrielle Anwendungen [262]. Arthanari, Cai und Rai et al. [263-265] Die Komplexe aus HPMC und Polysacchariden wie Chitosan, Xanthangummi und Natriumalginat wurden im Prozess der verzögerten Freisetzung von Impfstoffen und Arzneimitteln eingesetzt und die Ergebnisse zeigten einen kontrollierbaren Arzneimittelfreisetzungseffekt [263-265].

Bei der Entwicklung von essbaren oder abbaubaren Folienverpackungsmaterialien handelt es sich bei den häufig mit HPMC vermischten Polymeren hauptsächlich um natürliche Polymere wie Lipide, Proteine ​​und Polysaccharide. Karaca, Fagundes und Contreras-Oliva et al. stellten essbare Verbundmembranen mit HPMC/Lipid-Komplexen her und verwendeten sie zur Konservierung von Pflaumen, Kirschtomaten und Zitrusfrüchten. Die Ergebnisse zeigten, dass HPMC/Lipid-Komplex-Membranen eine gute antibakterielle Wirkung bei Frischhaltung hatten [266–268]. Shetty, Rubilar und Ding et al. untersuchten die mechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität, die Mikrostruktur und die Wechselwirkungen zwischen Komponenten essbarer Verbundfolien, die aus HPMC, Seidenprotein, Molkenproteinisolat bzw. Kollagen hergestellt wurden [269-271]. Esteghlal et al. formulierten HPMC mit Gelatine, um essbare Filme für die Verwendung in biobasierten Verpackungsmaterialien herzustellen [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata und Ortega-Toro et al. stellten essbare HPMC/Chitosan-HPMC/Xyloglucan-, HPMC/Ethylcellulose- bzw. HPMC/Stärke-Verbundfolien her und untersuchten deren thermische Stabilität, mechanische Eigenschaften, Mikrostruktur und antibakterielle Eigenschaften [139, 272–274]. Das HPMC/PLA-Compound kann auch als Verpackungsmaterial für Lebensmittel verwendet werden, meist durch Extrusion [275].

Bei der Entwicklung von essbaren oder abbaubaren Folienverpackungsmaterialien handelt es sich bei den häufig mit HPMC vermischten Polymeren hauptsächlich um natürliche Polymere wie Lipide, Proteine ​​und Polysaccharide. Karaca, Fagundes und Contreras-Oliva et al. stellten essbare Verbundmembranen mit HPMC/Lipid-Komplexen her und verwendeten sie zur Konservierung von Pflaumen, Kirschtomaten und Zitrusfrüchten. Die Ergebnisse zeigten, dass HPMC/Lipid-Komplex-Membranen eine gute antibakterielle Wirkung bei Frischhaltung hatten [266–268]. Shetty, Rubilar und Ding et al. untersuchten die mechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität, die Mikrostruktur und die Wechselwirkungen zwischen Komponenten essbarer Verbundfolien, die aus HPMC, Seidenprotein, Molkenproteinisolat bzw. Kollagen hergestellt wurden [269-271]. Esteghlal et al. formulierten HPMC mit Gelatine, um essbare Filme für die Verwendung in biobasierten Verpackungsmaterialien herzustellen [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata und Ortega-Toro et al. stellten essbare HPMC/Chitosan-HPMC/Xyloglucan-, HPMC/Ethylcellulose- bzw. HPMC/Stärke-Verbundfolien her und untersuchten deren thermische Stabilität, mechanische Eigenschaften, Mikrostruktur und antibakterielle Eigenschaften [139, 272–274]. Das HPMC/PLA-Compound kann auch als Verpackungsmaterial für Lebensmittel verwendet werden, meist durch Extrusion [275].

1.3.4.2 Compoundierung von Stärke und anderen Stoffen

Die Forschung zur Compoundierung von Stärke und anderen Stoffen konzentrierte sich zunächst auf verschiedene hydrophobe aliphatische Polyesterstoffe, darunter Polymilchsäure (PLA), Polycaprolacton (PCL), Polybutenbernsteinsäure (PBSA) usw. 276]. Müller et al. untersuchten die Struktur und Eigenschaften von Stärke/PLA-Verbundwerkstoffen und die Wechselwirkung zwischen beiden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wechselwirkung zwischen beiden schwach und die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe schlecht waren [277]. Correa, Komur und Diaz-Gomez et al. untersuchten die mechanischen Eigenschaften, rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften und die Kompatibilität der beiden Komponenten von Stärke/PCL-Komplexen, die zur Entwicklung biologisch abbaubarer Materialien, biomedizinischer Materialien und Gerüstmaterialien für die Gewebetechnik eingesetzt wurden [278-280]. Ohkika et al. fanden heraus, dass die Mischung aus Maisstärke und PBSA sehr vielversprechend ist. Wenn der Stärkegehalt 5–30 % beträgt, kann eine Erhöhung des Stärkekörnchengehalts den Modul erhöhen und die Zugspannung und Bruchdehnung verringern [281,282]. Hydrophober aliphatischer Polyester ist mit hydrophiler Stärke thermodynamisch inkompatibel, und zur Verbesserung der Phasengrenzfläche zwischen Stärke und Polyester werden üblicherweise verschiedene Verträglichkeitsvermittler und Additive zugesetzt. Szadkowska, Ferri und Li et al. untersuchten die Auswirkungen von Weichmachern auf Silanolbasis, Maleinsäureanhydrid-Leinöl und funktionalisierten Pflanzenölderivaten auf die Struktur bzw. Eigenschaften von Stärke/PLA-Komplexen [283–285]. Ortega-Toro, Yu et al. verwendeten Zitronensäure und Diphenylmethandiisocyanat, um Stärke/PCL-Verbindung bzw. Stärke/PBSA-Verbindung zu kompatibilisieren und so die Materialeigenschaften und die Stabilität zu verbessern [286, 287].

In den letzten Jahren wurden immer mehr Forschungen zur Verbindung von Stärke mit natürlichen Polymeren wie Proteinen, Polysacchariden und Lipiden durchgeführt. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen und Zhang et al. untersuchten die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Stärke/Zein-, Stärke/Molkeprotein- bzw. Stärke/Gelatine-Komplexen und die Ergebnisse erzielten alle gute Ergebnisse, die auf Lebensmittelbiomaterialien und Kapseln angewendet werden können [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon und Ren et al. untersuchten die Lichtdurchlässigkeit, die mechanischen Eigenschaften, die antibakteriellen Eigenschaften und die Chitosankonzentration von Stärke/Chitosan-Verbundfolien und fügten natürliche Extrakte, Teepolyphenole und andere natürliche antibakterielle Wirkstoffe hinzu, um die antibakterielle Wirkung der Verbundfolie zu verbessern. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Stärke/Chitosan-Verbundfolie großes Potenzial für die aktive Verpackung von Lebensmitteln und Medikamenten hat [290–292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis und Zhang et al. untersuchten die Eigenschaften von Stärke/Zellulose-Nanokristallen, Stärke/Carboxymethylzellulose, Stärke/Methylzellulose bzw. Stärke/Hydroxypropylmethylzellulose-Verbundfolien und die Hauptanwendungen in essbaren/biologisch abbaubaren Verpackungsmaterialien [293–295]. Dafe, Jumaidin und Lascombes et al. untersuchten Stärke/Lebensmittelgummiverbindungen wie Stärke/Pektin, Stärke/Agar und Stärke/Carrageenan, die hauptsächlich im Bereich Lebensmittel und Lebensmittelverpackungen verwendet werden [296–298]. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Tapiokastärke/Maisöl und Stärke/Lipid-Komplexen wurden von Perez, De et al. untersucht, hauptsächlich um den Produktionsprozess von extrudierten Lebensmitteln zu steuern [299, 300].

1.3.4.3 Compoundierung von Hydroxypropylmethylcellulose und Stärke

Derzeit gibt es im In- und Ausland nicht viele Studien zum Verbundsystem von HPMC und Stärke, und die meisten von ihnen fügen der Stärkematrix eine kleine Menge HPMC hinzu, um das Alterungsphänomen von Stärke zu verbessern. Jimenez et al. verwendeten HPMC, um die Alterung nativer Stärke zu reduzieren und die Durchlässigkeit von Stärkemembranen zu verbessern. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von HPMC die Alterung der Stärke verringerte und die Flexibilität der Verbundmembran erhöhte. Die Sauerstoffdurchlässigkeit der Verbundmembran wurde deutlich erhöht, die Wasserdichtigkeit jedoch nicht. Wie viel hat sich geändert [301]. Villacres, Basch et al. zusammengesetzte HPMC- und Tapiokastärke zur Herstellung von HPMC/Stärke-Verbundfolien-Verpackungsmaterialien und untersuchten die weichmachende Wirkung von Glycerin auf die Verbundfolie und die Auswirkungen von Kaliumsorbat und Nisin auf die antibakteriellen Eigenschaften der Verbundfolie. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmendem HPMC-Gehalt der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der Verbundfolie erhöht werden, die Bruchdehnung abnimmt und die Wasserdampfdurchlässigkeit nur geringe Auswirkungen hat; Sowohl Kaliumsorbat als auch Nisin können den Verbundfilm verbessern. Die antibakterielle Wirkung zweier antibakterieller Wirkstoffe ist bei gemeinsamer Anwendung besser [112, 302]. Ortega-Toro et al. untersuchten die Eigenschaften von heißgepressten HPMC/Stärke-Verbundmembranen und untersuchten die Wirkung von Zitronensäure auf die Eigenschaften von Verbundmembranen. Die Ergebnisse zeigten, dass HPMC in der kontinuierlichen Stärkephase dispergiert war und sowohl Zitronensäure als auch HPMC einen Einfluss auf die Alterung der Stärke hatten. bis zu einem gewissen Grad an Hemmung [139]. Ayorinde et al. verwendeten einen HPMC/Stärke-Verbundfilm für die Beschichtung von oralem Amlodipin und die Ergebnisse zeigten, dass die Zerfallszeit und Freisetzungsrate des Verbundfilms sehr gut waren [303].

Zhao Ming et al. untersuchten die Wirkung von Stärke auf die Wasserretentionsrate von HPMC-Filmen und die Ergebnisse zeigten, dass Stärke und HPMC einen gewissen synergistischen Effekt hatten, der zu einem Gesamtanstieg der Wasserretentionsrate führte [304]. Zhang et al. untersuchten die Filmeigenschaften der HPMC/HPS-Verbindung und die rheologischen Eigenschaften der Lösung. Die Ergebnisse zeigen, dass das HPMC/HPS-Verbundsystem eine gewisse Kompatibilität aufweist, die Verbundmembranleistung gut ist und die rheologischen Eigenschaften von HPS zu HPMC eine gute ausgleichende Wirkung haben [305, 306]. Es gibt nur wenige Studien zum HPMC/Stärke-Verbindungssystem mit hohem HPMC-Gehalt, und die meisten davon beziehen sich auf die Forschung zur flachen Leistung, und die theoretische Forschung zum Verbindungssystem ist relativ dürftig, insbesondere zum Gel von HPMC/HPS mit umgekehrter Kalt-Wärme-Verbindung -Phasen-Verbundgel. Mechanistische Studien befinden sich noch in einem leeren Zustand.

1.4 Rheologie von Polymerkomplexen

Bei der Verarbeitung von Polymermaterialien treten zwangsläufig Strömungen und Verformungen auf, und Rheologie ist die Wissenschaft, die die Fließ- und Verformungsgesetze von Materialien untersucht [307]. Fließen ist eine Eigenschaft flüssiger Materialien, während Verformung eine Eigenschaft fester (kristalliner) Materialien ist. Ein allgemeiner Vergleich von Flüssigkeitsströmung und Feststoffverformung ist wie folgt:

In der praktischen industriellen Anwendung von Polymerwerkstoffen bestimmen deren Viskosität und Viskoelastizität deren Verarbeitungsleistung. Während des Verarbeitungs- und Formprozesses kann die Viskosität von Polymermaterialien mit der Änderung der Schergeschwindigkeit einen großen Wert von mehreren Größenordnungen annehmen. Änderung [308]. Rheologische Eigenschaften wie Viskosität und Scherverdünnung wirken sich direkt auf die Steuerung von Pumpen, Perfusion, Dispersion und Sprühen während der Verarbeitung von Polymermaterialien aus und sind die wichtigsten Eigenschaften von Polymermaterialien.

1.4.1 Viskoelastizität von Polymeren

Unter der äußeren Kraft kann die Polymerflüssigkeit nicht nur fließen, sondern auch eine Verformung zeigen, was eine Art „viskoelastische“ Leistung zeigt, und ihr Wesen ist die Koexistenz von „Fest-Flüssigkeit-Zweiphasen“ [309]. Diese Viskoelastizität ist jedoch keine lineare Viskoelastizität bei kleinen Verformungen, sondern eine nichtlineare Viskoelastizität, bei der das Material große Verformungen und anhaltende Spannungen aufweist [310].

Die natürliche wässrige Lösung von Polysacchariden wird auch Hydrosol genannt. In der verdünnten Lösung liegen die Polysaccharid-Makromoleküle in Form voneinander getrennter Knäuel vor. Wenn die Konzentration auf einen bestimmten Wert ansteigt, durchdringen sich die makromolekularen Knäuel und überlappen einander. Der Wert wird als kritische Konzentration bezeichnet [311]. Unterhalb der kritischen Konzentration ist die Viskosität der Lösung relativ niedrig und wird nicht durch die Scherrate beeinflusst, was ein Newtonsches Flüssigkeitsverhalten zeigt; Bei Erreichen der kritischen Konzentration beginnen sich die ursprünglich isoliert bewegten Makromoleküle miteinander zu verschränken und die Lösungsviskosität steigt deutlich an. erhöhen [312]; Übersteigt die Konzentration hingegen die kritische Konzentration, wird eine Scherverdünnung beobachtet und die Lösung zeigt ein nicht-newtonsches Flüssigkeitsverhalten [245].

Einige Hydrosole können unter bestimmten Bedingungen Gele bilden, und ihre viskoelastischen Eigenschaften werden normalerweise durch den Speichermodul G‘, den Verlustmodul G‘ und ihre Frequenzabhängigkeit charakterisiert. Der Speichermodul entspricht der Elastizität des Systems, während der Verlustmodul der Viskosität des Systems entspricht [311]. In verdünnten Lösungen gibt es keine Verschränkung zwischen Molekülen, daher ist G′ über einen weiten Frequenzbereich viel kleiner als G″ und zeigte eine starke Frequenzabhängigkeit. Da G′ und G″ proportional zur Frequenz ω bzw. ihrem Quadrat sind, ist G′ > G″, wenn die Frequenz höher ist. Wenn die Konzentration höher als die kritische Konzentration ist, weisen G‘ und G‘‘ immer noch eine Frequenzabhängigkeit auf. Wenn die Frequenz niedriger ist, also G′ < G″, und die Frequenz allmählich zunimmt, kreuzen sich die beiden und kehren zu G′ > im Hochfrequenzbereich G″ um.

Der kritische Punkt, an dem sich ein natürliches Polysaccharid-Hydrosol in ein Gel umwandelt, wird als Gelpunkt bezeichnet. Es gibt viele Definitionen des Gelpunkts, und die am häufigsten verwendete Definition ist die Definition der dynamischen Viskoelastizität in der Rheologie. Wenn der Speichermodul G‘ des Systems gleich dem Verlustmodul G‘‘ ist, ist es der Gelpunkt und G‘ > G‘‘ Gelbildung [312, 313].

Einige natürliche Polysaccharidmoleküle bilden schwache Assoziationen und ihre Gelstruktur wird leicht zerstört, und G' ist etwas größer als G“, was eine geringere Frequenzabhängigkeit zeigt; Während einige natürliche Polysaccharidmoleküle stabile Vernetzungsbereiche bilden können, ist die Gelstruktur stärker, G′ ist viel größer als G″ und weist keine Frequenzabhängigkeit auf [311].

1.4.2 Rheologisches Verhalten von Polymerkomplexen

Bei einem vollständig kompatiblen Polymerverbindungssystem ist die Verbindung ein homogenes System, und ihre Viskoelastizität ist im Allgemeinen die Summe der Eigenschaften eines einzelnen Polymers, und ihre Viskoelastizität kann durch einfache empirische Regeln beschrieben werden [314]. Die Praxis hat gezeigt, dass das homogene System zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften nicht förderlich ist. Im Gegenteil, einige komplexe Systeme mit phasengetrennten Strukturen weisen eine hervorragende Leistung auf [315].

Die Kompatibilität eines teilweise kompatiblen Verbindungssystems wird durch Faktoren wie Systemverbindungsverhältnis, Schergeschwindigkeit, Temperatur und Komponentenstruktur beeinflusst, die Kompatibilität oder Phasentrennung zeigen, und der Übergang von Kompatibilität zu Phasentrennung ist unvermeidlich. Dies führt zu erheblichen Veränderungen der Viskoelastizität des Systems [316, 317]. In den letzten Jahren gab es zahlreiche Untersuchungen zum viskoelastischen Verhalten teilverträglicher Polymerkomplexsysteme. Die Untersuchung zeigt, dass das rheologische Verhalten des Verbundsystems in der Kompatibilitätszone die Eigenschaften des homogenen Systems aufweist. In der Phasentrennungszone ist das rheologische Verhalten völlig anders als in der homogenen Zone und äußerst komplex.

Das Verständnis der rheologischen Eigenschaften des Compoundiersystems bei verschiedenen Konzentrationen, Compoundierverhältnissen, Schergeschwindigkeiten, Temperaturen usw. ist von großer Bedeutung für die richtige Auswahl der Verarbeitungstechnologie, die rationelle Gestaltung von Formeln, die strenge Kontrolle der Produktqualität und eine angemessene Produktionsreduzierung Energieverbrauch. [309]. Beispielsweise kann bei temperaturempfindlichen Materialien die Viskosität des Materials durch Anpassung der Temperatur verändert werden. Und die Verarbeitungsleistung verbessern; Verstehen Sie die Scherverdünnungszone des Materials, wählen Sie die geeignete Scherrate aus, um die Verarbeitungsleistung des Materials zu steuern und die Produktionseffizienz zu verbessern.

1.4.3 Faktoren, die die rheologischen Eigenschaften der Mischung beeinflussen

1.4.3.1 Zusammensetzung

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften und die interne Struktur des Verbundsystems spiegeln umfassend die kombinierten Beiträge der Eigenschaften jeder Komponente und der Wechselwirkung zwischen den Komponenten wider. Daher spielen die physikalischen und chemischen Eigenschaften jeder Komponente selbst eine entscheidende Rolle im Verbundsystem. Der Grad der Kompatibilität zwischen verschiedenen Polymeren variiert stark, einige sind sehr gut kompatibel, andere sind fast völlig inkompatibel.

1.4.3.2 Das Verhältnis des Verbundsystems

Die Viskoelastizität und die mechanischen Eigenschaften des Polymerverbindungssystems ändern sich erheblich mit der Änderung des Mischungsverhältnisses. Dies liegt daran, dass das Mischungsverhältnis den Beitrag jeder Komponente zum Mischungssystem bestimmt und sich auch auf jede Komponente auswirkt. Wechselwirkung und Phasenverteilung. Xie Yajie et al. untersuchten Chitosan/Hydroxypropylcellulose und stellten fest, dass die Viskosität der Verbindung mit zunehmendem Hydroxypropylcellulosegehalt deutlich zunahm [318]. Zhang Yayuan et al. untersuchten den Komplex aus Xanthangummi und Maisstärke und stellten fest, dass bei einem Verhältnis von Xanthangummi von 10 % der Konsistenzkoeffizient, die Fließgrenze und der Flüssigkeitsindex des komplexen Systems deutlich anstiegen. Offensichtlich [319].

1.4.3.3 Schergeschwindigkeit

Die meisten Polymerflüssigkeiten sind pseudoplastische Flüssigkeiten, die nicht dem Newtonschen Fließgesetz entsprechen. Das Hauptmerkmal besteht darin, dass die Viskosität bei geringer Scherung grundsätzlich unverändert bleibt und mit zunehmender Schergeschwindigkeit stark abnimmt [308, 320]. Die Fließkurve der Polymerflüssigkeit kann grob in drei Bereiche unterteilt werden: den Newtonschen Bereich mit geringer Scherung, den Bereich der Scherverdünnung und den Bereich mit hoher Scherstabilität. Wenn die Schergeschwindigkeit gegen Null geht, werden Spannung und Dehnung linear und das Fließverhalten der Flüssigkeit ähnelt dem einer Newtonschen Flüssigkeit. Zu diesem Zeitpunkt tendiert die Viskosität zu einem bestimmten Wert, der als Null-Scherviskosität η0 bezeichnet wird. η0 spiegelt die maximale Relaxationszeit des Materials wider und ist ein wichtiger Parameter von Polymermaterialien, der mit dem durchschnittlichen Molekulargewicht des Polymers und der Aktivierungsenergie des viskosen Flusses zusammenhängt. In der Strukturviskositätszone nimmt die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit allmählich ab und es tritt das Phänomen der „Strukturviskosität“ auf. Diese Zone ist eine typische Fließzone bei der Verarbeitung von Polymerwerkstoffen. Im Bereich hoher Scherstabilität tendiert die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit zu einer anderen Konstante, der unendlichen Scherviskosität η∞, aber dieser Bereich ist normalerweise schwer zu erreichen.

1.4.3.4 Temperatur

Die Temperatur beeinflusst direkt die Intensität der zufälligen thermischen Bewegung von Molekülen, was einen erheblichen Einfluss auf intermolekulare Wechselwirkungen wie Diffusion, Orientierung der Molekülkette und Verschränkung haben kann. Im Allgemeinen erfolgt die Bewegung von Molekülketten beim Fließen von Polymermaterialien segmentweise; Mit zunehmender Temperatur nimmt das freie Volumen zu und der Strömungswiderstand der Segmente nimmt ab, sodass die Viskosität abnimmt. Bei einigen Polymeren kommt es jedoch bei steigender Temperatur zu einer hydrophoben Bindung zwischen den Ketten, sodass stattdessen die Viskosität zunimmt.

Verschiedene Polymere weisen eine unterschiedliche Temperaturempfindlichkeit auf, und dasselbe Hochpolymer hat in verschiedenen Temperaturbereichen unterschiedliche Auswirkungen auf die Leistung seines Mechanismus.

1.5 Forschungsbedeutung, Forschungszweck und Forschungsinhalt dieses Themas

1.5.1 Forschungsbedeutung

Obwohl HPMC ein sicheres und essbares Material ist, das in der Lebensmittel- und Medizinbranche weit verbreitet ist, weist es gute filmbildende, dispergierende, verdickende und stabilisierende Eigenschaften auf. HPMC-Folie weist außerdem gute Transparenz, Ölbarriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften auf. Allerdings schränkt sein hoher Preis (ca. 100.000/Tonne) seine breite Anwendung ein, selbst in höherwertigen pharmazeutischen Anwendungen wie Kapseln. Darüber hinaus ist HPMC ein thermisch induziertes Gel, das bei niedriger Temperatur in einem Lösungszustand mit niedriger Viskosität vorliegt und bei hoher Temperatur ein viskoses, feststoffartiges Gel bilden kann, sodass Verarbeitungsprozesse wie Beschichten, Sprühen und Eintauchen durchgeführt werden müssen bei hoher Temperatur, was zu einem hohen Energieverbrauch und hohen Produktionskosten bei der Produktion führt. Eigenschaften wie die geringere Viskosität und Gelfestigkeit von HPMC bei niedrigen Temperaturen verringern die Verarbeitbarkeit von HPMC in vielen Anwendungen.

Im Gegensatz dazu ist HPS ein preiswertes (etwa 20.000/Tonne) essbares Material, das auch im Lebensmittel- und Medizinbereich weit verbreitet ist. Der Grund, warum HPMC so teuer ist, liegt darin, dass der Rohstoff Zellulose, der zur Herstellung von HPMC verwendet wird, teurer ist als der Rohstoff Stärke, der zur Herstellung von HPS verwendet wird. Darüber hinaus ist HPMC mit zwei Substituenten gepfropft, Hydroxypropyl und Methoxy. Dadurch ist der Herstellungsprozess sehr kompliziert, sodass der Preis von HPMC deutlich höher ist als der von HPS. Ziel dieses Projekts ist es, einige der teuren HPMCs durch preisgünstige HPS zu ersetzen und den Produktpreis durch Beibehaltung ähnlicher Funktionen zu senken.

Darüber hinaus ist HPS ein Kaltgel, das bei niedriger Temperatur in einem viskoelastischen Gelzustand vorliegt und bei hoher Temperatur eine fließende Lösung bildet. Daher kann die Zugabe von HPS zu HPMC die Geltemperatur von HPMC senken und seine Viskosität bei niedrigen Temperaturen erhöhen. und Gelfestigkeit, wodurch die Verarbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen verbessert wird. Darüber hinaus verfügt die essbare HPS-Folie über gute Sauerstoffbarriereeigenschaften, so dass die Zugabe von HPS zu HPMC die Sauerstoffbarriereeigenschaften der essbaren Folie verbessern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombination von HPMC und HPS: Erstens eine wichtige theoretische Bedeutung hat. HPMC ist ein heißes Gel und HPS ist ein kaltes Gel. Durch die Verbindung der beiden gibt es theoretisch einen Übergangspunkt zwischen heißen und kalten Gelen. Die Etablierung des HPMC/HPS-Kalt- und Heißgelverbindungssystems und die Erforschung seiner Mechanismen können einen neuen Weg für die Erforschung dieser Art von Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelverbindungssystem bieten – etablierte theoretische Leitlinien. Zweitens können dadurch die Produktionskosten gesenkt und die Produktgewinne verbessert werden. Durch die Kombination von HPS und HPMC können die Produktionskosten im Hinblick auf Rohstoffe und Produktionsenergieverbrauch gesenkt und der Produktgewinn erheblich verbessert werden. Drittens kann es die Verarbeitungsleistung verbessern und die Anwendung erweitern. Die Zugabe von HPS kann die Konzentration und Gelstärke von HPMC bei niedrigen Temperaturen erhöhen und seine Verarbeitungsleistung bei niedrigen Temperaturen verbessern. Darüber hinaus kann die Produktleistung verbessert werden. Durch die Zugabe von HPS zur Herstellung der essbaren Verbundfolie aus HPMC/HPS können die Sauerstoffbarriereeigenschaften der essbaren Folie verbessert werden.

Die Kompatibilität des Polymerverbindungssystems kann direkt die mikroskopische Morphologie und die umfassenden Eigenschaften der Verbindung, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, bestimmen. Daher ist es sehr wichtig, die Kompatibilität des HPMC/HPS-Verbindungssystems zu untersuchen. Sowohl HPMC als auch HPS sind hydrophile Polysaccharide mit der gleichen Struktureinheit Glucose und modifiziert durch die gleiche funktionelle Gruppe Hydroxypropyl, was die Kompatibilität des HPMC/HPS-Verbindungssystems erheblich verbessert. Allerdings ist HPMC ein kaltes Gel und HPS ein heißes Gel, und das inverse Gelverhalten der beiden führt zum Phasentrennungsphänomen des HPMC/HPS-Verbindungssystems. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Phasenmorphologie und der Phasenübergang des HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Gel-Verbundsystems recht komplex sind, sodass die Kompatibilität und Phasentrennung dieses Systems sehr interessant sein wird.

Die morphologische Struktur und das rheologische Verhalten von Polymerkomplexsystemen hängen miteinander zusammen. Einerseits wird das rheologische Verhalten während der Verarbeitung einen großen Einfluss auf die morphologische Struktur des Systems haben; Andererseits kann das rheologische Verhalten des Systems die Änderungen in der morphologischen Struktur des Systems genau widerspiegeln. Daher ist es von großer Bedeutung, die rheologischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems zu untersuchen, um Produktion, Verarbeitung und Qualitätskontrolle zu steuern.

Die makroskopischen Eigenschaften wie morphologische Struktur, Kompatibilität und Rheologie des HPMC/HPS-Kalt- und Heißgel-Verbindungssystems sind dynamisch und werden durch eine Reihe von Faktoren wie Lösungskonzentration, Mischungsverhältnis, Schergeschwindigkeit und Temperatur beeinflusst. Die Beziehung zwischen der mikroskopischen morphologischen Struktur und den makroskopischen Eigenschaften des Verbundsystems kann durch Steuerung der morphologischen Struktur und Kompatibilität des Verbundsystems reguliert werden.

1.5.2 Forschungszweck

Das Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelverbindungssystem HPMC/HPS wurde konstruiert, seine rheologischen Eigenschaften untersucht und die Auswirkungen der physikalischen und chemischen Struktur der Komponenten, des Mischungsverhältnisses und der Verarbeitungsbedingungen auf die rheologischen Eigenschaften des Systems untersucht. Der essbare Verbundfilm aus HPMC/HPS wurde hergestellt und die makroskopischen Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Luftdurchlässigkeit und optische Eigenschaften des Films untersucht sowie die Einflussfaktoren und Gesetze untersucht. Untersuchen Sie systematisch den Phasenübergang, die Kompatibilität und die Phasentrennung des HPMC/HPS-Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelkomplexsystems, erforschen Sie seine Einflussfaktoren und Mechanismen und stellen Sie die Beziehung zwischen mikroskopischer morphologischer Struktur und makroskopischen Eigenschaften her. Die morphologische Struktur und Kompatibilität des Verbundsystems werden zur Steuerung der Eigenschaften von Verbundwerkstoffen genutzt.

1.5.3 Forschungsinhalte

Um den erwarteten Forschungszweck zu erreichen, werden in diesem Artikel folgende Untersuchungen durchgeführt:

(1) Konstruieren Sie das HPMC/HPS-Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelverbindungssystem und verwenden Sie ein Rheometer, um die rheologischen Eigenschaften der Verbindungslösung zu untersuchen, insbesondere die Auswirkungen von Konzentration, Mischungsverhältnis und Schergeschwindigkeit auf die Viskosität und den Fließindex von das zusammengesetzte System. Der Einfluss und das Gesetz rheologischer Eigenschaften wie Thixotropie und Thixotropie wurden untersucht und der Bildungsmechanismus von kaltem und heißem Verbundgel vorab untersucht.

(2) Es wurde eine essbare HPMC/HPS-Verbundfolie hergestellt und mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops der Einfluss der inhärenten Eigenschaften jeder Komponente und des Zusammensetzungsverhältnisses auf die mikroskopische Morphologie der Verbundfolie untersucht. Mit dem Prüfgerät für mechanische Eigenschaften wurden die inhärenten Eigenschaften jeder Komponente, die Zusammensetzung der Verbundfolie, der Einfluss des Verhältnisses und der relativen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung auf die mechanischen Eigenschaften der Verbundfolie untersucht. die Verwendung eines Sauerstoffdurchlässigkeitsmessgeräts und eines UV-Vis-Spektrophotometers zur Untersuchung der Auswirkungen der inhärenten Eigenschaften der Komponenten und des Verbindungsverhältnisses auf die Sauerstoff- und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des Verbundfilms. Die Kompatibilität und Phasentrennung der HPMC/HPS-Kältefolie. Heiße inverse Gel-Verbundsysteme wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie, thermogravimetrischer Analyse und dynamischer thermomechanischer Analyse untersucht.

(3) Die Beziehung zwischen der mikroskopischen Morphologie und den mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Inversgel-Verbundsystems wurde festgestellt. Der essbare HPMC/HPS-Verbundfilm wurde hergestellt und der Einfluss der Verbindungskonzentration und des Verbindungsverhältnisses auf die Phasenverteilung und den Phasenübergang der Probe wurde mit einem optischen Mikroskop und einer Jodfärbemethode untersucht; Die Einflussregel der Verbindungskonzentration und des Verbindungsverhältnisses auf die mechanischen Eigenschaften und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der Proben wurde festgelegt. Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Inversgel-Verbundsystems wurde untersucht.

(4) Auswirkungen des HPS-Substitutionsgrads auf die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften des HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Umkehrphasen-Gel-Verbundsystems. Die Auswirkungen des HPS-Substitutionsgrads, der Schergeschwindigkeit und der Temperatur auf die Viskosität und andere rheologische Eigenschaften des Verbundsystems sowie den Gelübergangspunkt, die Modulfrequenzabhängigkeit und andere Geleigenschaften und deren Gesetze wurden mithilfe eines Rheometers untersucht. Die temperaturabhängige Phasenverteilung und der Phasenübergang der Proben wurden durch Jodfärbung untersucht und der Gelierungsmechanismus des Kalt-Heiß-Umkehrphasen-Gelkomplexsystems HPMC/HPS beschrieben.

(5) Auswirkungen der chemischen Strukturmodifikation von HPS auf makroskopische Eigenschaften und Kompatibilität des Kalt-Heiß-Umkehrphasen-Gel-Verbundsystems HPMC/HPS. Der essbare HPMC/HPS-Verbundfilm wurde hergestellt und die Auswirkung des HPS-Hydroxypropylsubstitutionsgrads auf die Kristallstruktur und Mikrodomänenstruktur des Verbundfilms wurde mithilfe der Synchrotronstrahlungs-Kleinwinkel-Röntgenstreuungstechnologie untersucht. Das Einflussgesetz des HPS-Hydroxypropylsubstitutionsgrads auf die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembran wurde mit einem Prüfgerät für mechanische Eigenschaften untersucht. Das Einflussgesetz des HPS-Substitutionsgrads auf die Sauerstoffpermeabilität der Verbundmembran wurde mit einem Sauerstoffpermeabilitätstester untersucht. der HPS-Hydroxypropyl-Einfluss des Gruppensubstitutionsgrads auf die thermische Stabilität von HPMC/HPS-Verbundfilmen.

Kapitel 2 Rheologische Untersuchung des HPMC/HPS-Verbindungssystems

Essbare Filme auf natürlicher Polymerbasis können durch ein relativ einfaches Nassverfahren hergestellt werden [321]. Zunächst wird das Polymer in der flüssigen Phase gelöst oder dispergiert, um eine essbare filmbildende Flüssigkeit oder filmbildende Suspension herzustellen, und dann durch Entfernen des Lösungsmittels konzentriert. Dabei erfolgt der Vorgang üblicherweise durch Trocknen bei etwas höherer Temperatur. Dieses Verfahren wird typischerweise verwendet, um vorverpackte essbare Filme herzustellen oder das Produkt direkt durch Eintauchen, Pinseln oder Sprühen mit einer filmbildenden Lösung zu beschichten. Das Design der essbaren Filmverarbeitung erfordert die Erfassung genauer rheologischer Daten der filmbildenden Flüssigkeit, was für die Produktqualitätskontrolle von essbaren Verpackungsfolien und -beschichtungen von großer Bedeutung ist [322].

HPMC ist ein Thermoklebstoff, der bei hoher Temperatur ein Gel bildet und bei niedriger Temperatur in einem Lösungszustand vorliegt. Aufgrund dieser thermischen Geleigenschaft ist die Viskosität bei niedrigen Temperaturen sehr niedrig, was den spezifischen Produktionsverfahren wie Eintauchen, Bürsten und Eintauchen nicht förderlich ist. Betrieb, was zu einer schlechten Verarbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen führt. Im Gegensatz dazu ist HPS ein kaltes Gel, ein viskoser Gelzustand bei niedriger Temperatur und ein hoher Temperaturzustand. Ein Lösungszustand mit niedriger Viskosität. Daher können durch die Kombination beider die rheologischen Eigenschaften von HPMC, wie z. B. die Viskosität bei niedriger Temperatur, bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden.

Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Auswirkungen der Lösungskonzentration, des Mischungsverhältnisses und der Temperatur auf die rheologischen Eigenschaften wie Nullviskosität, Fließindex und Thixotropie des HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Inversgel-Verbindungssystems. Die Additionsregel dient dazu, die Kompatibilität des Verbundsystems vorab zu diskutieren.

2.2 Experimentelle Methode

2.2.1 Vorbereitung der HPMC/HPS-Verbindungslösung

Zuerst HPMC- und HPS-Trockenpulver abwiegen und entsprechend einer Konzentration von 15 % (w/w) und verschiedenen Verhältnissen von 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10 mischen; dann 70 °C warmes Wasser hinzufügen, 30 Minuten lang schnell bei 120 U/min/min rühren, um HPMC vollständig zu dispergieren; dann die Lösung auf über 95 °C erhitzen, 1 Stunde lang bei gleicher Geschwindigkeit schnell rühren, um HPS vollständig zu gelatinieren; Die Gelatinierung ist abgeschlossen. Danach wurde die Temperatur der Lösung schnell auf 70 °C gesenkt und die HPMC durch 40-minütiges Rühren bei einer langsamen Geschwindigkeit von 80 U/min/min vollständig aufgelöst. (Alle w/w in diesem Artikel sind: Trockenbasismasse der Probe/Gesamtlösungsmasse).

2.2.2 Rheologische Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems

2.2.2.1 Prinzip der rheologischen Analyse

Das Rotationsrheometer ist mit einem Paar nach oben und unten paralleler Klemmen ausgestattet, und durch die Relativbewegung zwischen den Klemmen kann ein einfacher Scherfluss realisiert werden. Das Rheometer kann im Schrittmodus, im Durchflussmodus und im Oszillationsmodus getestet werden: Im Schrittmodus kann das Rheometer eine transiente Spannung auf die Probe ausüben, die hauptsächlich zum Testen der transienten charakteristischen Reaktion und der stationären Zeit der Probe verwendet wird. Bewertung und viskoelastische Reaktion wie Spannungsrelaxation, Kriechen und Erholung; Im Fließmodus kann das Rheometer eine lineare Spannung auf die Probe ausüben, die hauptsächlich zum Testen der Abhängigkeit der Viskosität der Probe von der Scherrate und der Abhängigkeit der Viskosität von Temperatur und Thixotropie verwendet wird; Im Oszillationsmodus kann das Rheometer eine sinusförmige alternierende oszillierende Spannung erzeugen, die hauptsächlich zur Bestimmung des linearen viskoelastischen Bereichs, zur Bewertung der thermischen Stabilität und zur Gelierungstemperatur der Probe verwendet wird.

2.2.2.2 Durchflussmodus-Testmethode

Es wurde eine parallele Plattenhalterung mit einem Durchmesser von 40 mm verwendet und der Plattenabstand auf 0,5 mm eingestellt.

1. Die Viskosität ändert sich mit der Zeit. Die Testtemperatur betrug 25 °C, die Scherrate 800 s-1 und die Testzeit 2500 s.

2. Die Viskosität variiert mit der Schergeschwindigkeit. Prüftemperatur 25 °C, Vorschergeschwindigkeit 800 s-1, Vorscherzeit 1000 s; Schergeschwindigkeit 10²-10³s.

Die Scherspannung (τ) und die Schergeschwindigkeit (γ) folgen dem Ostwald-de-Waele-Potenzgesetz:

̇τ=K.γ n (2-1)

wobei τ die Scherspannung Pa ist;

γ ist die Schergeschwindigkeit, s-1;

n ist der Liquiditätsindex;

K ist der Viskositätskoeffizient Pa·sn.

Die Beziehung zwischen der Viskosität (ŋ) der Polymerlösung und die Schergeschwindigkeit (γ) können durch den Carren-Modul angepasst werden:

Unter ihnen,ŋ0Scherviskosität, Pa·s;

ŋ∞ist die unendliche Scherviskosität, Pa s;

λ ist die Relaxationszeit, s;

n ist der Strukturviskositätsindex;

3. Dreistufiges Thixotropie-Testverfahren. Die Prüftemperatur beträgt 25 °C, a. Im stationären Zustand beträgt die Schergeschwindigkeit 1 s-1 und die Testzeit 50 s; B. Die Scherstufe, die Schergeschwindigkeit beträgt 1000 s-1 und die Testzeit beträgt 20 s; C. Beim Strukturwiederherstellungsprozess beträgt die Schergeschwindigkeit 1 s-1 und die Testzeit 250 s.

Im Prozess der Strukturwiederherstellung wird der Wiederherstellungsgrad der Struktur nach verschiedenen Erholungszeiten durch die Wiederherstellungsrate der Viskosität ausgedrückt:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100 %

Unter ihnen,ŋt ist die Viskosität zur Strukturerholungszeit ts, Pa s;

hŋist die Viskosität am Ende der ersten Stufe, Pa s.

2.3 Ergebnisse und Diskussion

2.3.1 Der Einfluss der Scherzeit auf die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems

Bei einer konstanten Schergeschwindigkeit kann die scheinbare Viskosität mit zunehmender Scherzeit unterschiedliche Trends aufweisen. Abbildung 2-1 zeigt eine typische Kurve der Viskosität über der Zeit in einem HPMC/HPS-Verbindungssystem. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit der Verlängerung der Scherzeit die scheinbare Viskosität kontinuierlich abnimmt. Wenn die Scherzeit etwa 500 s erreicht, erreicht die Viskosität einen stabilen Zustand, was darauf hinweist, dass die Viskosität des Verbundsystems unter Hochgeschwindigkeitsscherung einen bestimmten Wert hat. Die Zeitabhängigkeit der Thixotropie zeigt sich innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs.

Daher ist bei der Untersuchung des Variationsgesetzes der Viskosität des Verbundsystems mit der Schergeschwindigkeit vor dem eigentlichen stationären Schertest eine gewisse Zeitspanne der Vorscherung mit hoher Geschwindigkeit erforderlich, um den Einfluss der Thixotropie auf das Verbundsystem zu beseitigen . Somit erhält man das Gesetz der Viskositätsschwankung mit der Schergeschwindigkeit als einem einzigen Faktor. In diesem Experiment erreichte die Viskosität aller Proben vor 1000 s bei einer hohen Scherrate von 800 1/s im Zeitverlauf einen stationären Zustand, der hier nicht aufgetragen ist. Daher wurde im zukünftigen Versuchsdesign eine Vorscherung für 1000 s bei einer hohen Scherrate von 800 1/s übernommen, um den Effekt der Thixotropie aller Proben zu eliminieren.

2.3.2 Der Einfluss der Konzentration auf die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems

Im Allgemeinen nimmt die Viskosität von Polymerlösungen mit zunehmender Lösungskonzentration zu. Abbildung 2-2 zeigt den Einfluss der Konzentration auf die Schergeschwindigkeitsabhängigkeit der Viskosität von HPMC/HPS-Formulierungen. Aus der Abbildung können wir ersehen, dass bei gleicher Schergeschwindigkeit die Viskosität des Verbundsystems mit zunehmender Lösungskonzentration allmählich zunimmt. Die Viskosität von HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen nahm mit zunehmender Schergeschwindigkeit allmählich ab, was ein offensichtliches Scherverdünnungsphänomen zeigte, das darauf hinwies, dass die Verbindungslösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen zu pseudoplastischen Flüssigkeiten gehörten. Allerdings zeigte die Schergeschwindigkeitsabhängigkeit der Viskosität mit der Änderung der Lösungskonzentration einen anderen Trend. Wenn die Lösungskonzentration niedrig ist, ist das Scherverdünnungsphänomen der Verbundlösung gering; Mit zunehmender Lösungskonzentration wird das Scherverdünnungsphänomen der Verbundlösung deutlicher.

2.3.2.1 Einfluss der Konzentration auf die Nullviskosität des Verbundsystems

Die Viskositäts-Schergeschwindigkeitskurven des Verbindungssystems bei verschiedenen Konzentrationen wurden mit dem Carren-Modell angepasst und die Null-Scherviskosität der Verbindungslösung wurde extrapoliert (0,9960 < R₂ < 0,9997). Der Einfluss der Konzentration auf die Viskosität der Verbindungslösung kann weiter untersucht werden, indem die Beziehung zwischen der Nullviskosität und der Konzentration untersucht wird. Aus Abbildung 2-3 ist ersichtlich, dass die Beziehung zwischen der Nullviskosität und der Konzentration der Verbindungslösung einem Potenzgesetz folgt:

wobei k und m Konstanten sind.

In der doppelt logarithmischen Koordinate erkennt man je nach Größe der Steigung m, dass die Abhängigkeit von der Konzentration zwei unterschiedliche Trends aufweist. Nach der Dio-Edwards-Theorie ist die Steigung bei niedriger Konzentration höher (m = 11,9, R2 = 0,9942), was auf eine verdünnte Lösung zurückzuführen ist; während bei hoher Konzentration die Steigung relativ gering ist (m = 2,8, R2 = 0,9822), was zu einer unterkonzentrierten Lösung gehört. Daher kann die kritische Konzentration C* des Verbindungssystems durch die Verbindung dieser beiden Bereiche zu 8 % bestimmt werden. Entsprechend der gemeinsamen Beziehung zwischen verschiedenen Zuständen und Konzentrationen von Polymeren in Lösung wird das molekulare Zustandsmodell des HPMC/HPS-Verbindungssystems in einer Lösung mit niedriger Temperatur vorgeschlagen, wie in Abbildung 2-3 dargestellt.

HPS ist ein kaltes Gel, es liegt bei niedriger Temperatur im Gelzustand vor und bei hoher Temperatur liegt es im Lösungszustand vor. Bei der Testtemperatur (25 °C) befindet sich HPS im Gelzustand, wie im blauen Netzwerkbereich in der Abbildung dargestellt; Im Gegenteil, HPMC ist ein heißes Gel. Bei der Testtemperatur befindet es sich in einem Lösungszustand, wie in der roten Linie des Moleküls dargestellt.

In der verdünnten Lösung von C < C* liegen die HPMC-Molekülketten hauptsächlich als unabhängige Kettenstrukturen vor, und das ausgeschlossene Volumen sorgt dafür, dass die Ketten voneinander getrennt sind. Darüber hinaus interagiert die HPS-Gelphase mit einigen HPMC-Molekülen, um ein Ganzes zu bilden. Die Form und die HPMC-unabhängigen Molekülketten existieren getrennt voneinander, wie in Abbildung 2-2a dargestellt.

Mit zunehmender Konzentration nahm der Abstand zwischen den unabhängigen Molekülketten und Phasenbereichen allmählich ab. Wenn die kritische Konzentration C* erreicht ist, nehmen die HPMC-Moleküle, die mit der HPS-Gelphase interagieren, allmählich zu, und die unabhängigen HPMC-Molekülketten beginnen sich miteinander zu verbinden und bilden die HPS-Phase als Gelzentrum, und die HPMC-Molekülketten werden miteinander verflochten und miteinander verbunden. Der Mikrogelzustand ist in Abbildung 2-2b dargestellt.

Mit der weiteren Erhöhung der Konzentration, C > C*, verringert sich der Abstand zwischen den HPS-Gelphasen weiter und die verschlungenen HPMC-Polymerketten und der HPS-Phasenbereich werden komplexer und die Wechselwirkung intensiver, sodass die Lösung ein Verhalten zeigt ähnlich wie bei Polymerschmelzen, wie in Abb. 2-2c dargestellt.

2.3.2.2 Einfluss der Konzentration auf das Flüssigkeitsverhalten des Verbundsystems

Das Ostwald-de-Waele-Potenzgesetz (siehe Formel (2-1)) wird verwendet, um die Scherspannungs- und Schergeschwindigkeitskurven (im Text nicht dargestellt) des Verbundsystems mit unterschiedlichen Konzentrationen sowie den Fließindex n und den Viskositätskoeffizienten anzupassen K kann erhalten werden. Das Anpassungsergebnis ist in Tabelle 2-1 dargestellt.

Tabelle 2-1 Fließverhaltensindex (n) und Flüssigkeitskonsistenzindex (K) der HPS/HPMC-Lösung mit verschiedenen Konzentrationen bei 25 °C

Der Strömungsexponent der Newtonschen Flüssigkeit ist n = 1, der Strömungsexponent der pseudoplastischen Flüssigkeit ist n < 1, und je weiter n von 1 abweicht, desto stärker ist die Pseudoplastizität der Flüssigkeit, und der Strömungsexponent der dilatanten Flüssigkeit ist n > 1. Aus Tabelle 2-1 ist ersichtlich, dass die n-Werte der Verbindungslösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen alle kleiner als 1 sind, was darauf hinweist, dass es sich bei den Verbindungslösungen allesamt um pseudoplastische Flüssigkeiten handelt. Bei niedrigen Konzentrationen liegt der n-Wert der rekonstituierten Lösung nahe bei 0, was darauf hindeutet, dass die Verbindungslösung mit niedriger Konzentration nahe an der Newtonschen Flüssigkeit liegt, da in der Verbindungslösung mit niedriger Konzentration die Polymerketten unabhängig voneinander existieren. Mit der Erhöhung der Lösungskonzentration nahm der n-Wert des Verbindungssystems allmählich ab, was darauf hindeutet, dass die Erhöhung der Konzentration das pseudoplastische Verhalten der Verbindungslösung verstärkte. Zwischen und mit der HPS-Phase kam es zu Wechselwirkungen wie Verschränkungen, und ihr Fließverhalten ähnelte eher dem von Polymerschmelzen.

Bei niedriger Konzentration ist der Viskositätskoeffizient K des Verbindungssystems klein (C < 8 %, K < 1 Pa·sn), und mit zunehmender Konzentration steigt der K-Wert des Verbindungssystems allmählich an, was darauf hinweist, dass die Viskosität von Das Verbindungssystem nahm ab, was mit der Konzentrationsabhängigkeit der Nullviskosität übereinstimmt.

2.3.3 Einfluss des Mischungsverhältnisses auf die rheologischen Eigenschaften des Mischungssystems

Abb. 2-4 Viskosität vs. Schergeschwindigkeit einer HPMC/HPS-Lösung mit unterschiedlichem Mischungsverhältnis bei 25 °C

Tabelle 2-2 Fließverhaltensindex (n) und Flüssigkeitskonsistenzindex (K) der HPS/HPMC-Lösung mit verschiedenen Mischungsverhältnissen bei 25 °

Die Abbildungen 2-4 zeigen die Auswirkung des Mischungsverhältnisses auf die Schergeschwindigkeitsabhängigkeit der Viskosität der HPMC/HPS-Mischungslösung. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass sich die Viskosität des Verbundsystems mit niedrigem HPS-Gehalt (HPS < 20 %) mit zunehmender Schergeschwindigkeit nicht wesentlich ändert, hauptsächlich weil sich im Verbundsystem mit niedrigem HPS-Gehalt HPMC im Lösungszustand befindet bei niedriger Temperatur liegt die kontinuierliche Phase vor; Die Viskosität des Verbundsystems mit hohem HPS-Gehalt nimmt mit zunehmender Schergeschwindigkeit allmählich ab, was ein offensichtliches Scherverdünnungsphänomen zeigt, das darauf hinweist, dass die Verbundlösung eine pseudoplastische Flüssigkeit ist. Bei gleicher Schergeschwindigkeit nimmt die Viskosität der Verbindungslösung mit zunehmendem HPS-Gehalt zu, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass HPS bei niedriger Temperatur in einem viskoseren Gelzustand vorliegt.

Unter Verwendung des Ostwald-de-Waele-Potenzgesetzes (siehe Formel (2-1)) zur Anpassung der Scherspannungs-Schergeschwindigkeitskurven (im Text nicht dargestellt) der Verbundsysteme mit unterschiedlichen Verbundverhältnissen, dem Fließexponenten n und dem Viskositätskoeffizienten K, die Anpassungsergebnisse sind in Tabelle 2-2 aufgeführt. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass 0,9869 < R2 < 0,9999 das Anpassungsergebnis besser ist. Der Fließindex n des Verbundsystems nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt allmählich ab, während der Viskositätskoeffizient K mit zunehmendem HPS-Gehalt einen allmählich steigenden Trend zeigt, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von HPS die Verbundlösung viskoser und schwieriger zu fließen macht . Dieser Trend steht im Einklang mit Zhangs Forschungsergebnissen, aber für das gleiche Mischungsverhältnis ist der n-Wert der zusammengesetzten Lösung höher als Zhangs Ergebnis [305], was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass in diesem Experiment eine Vorscherung durchgeführt wurde, um den Effekt der Thixotropie zu eliminieren wird beseitigt; das Zhang-Ergebnis ist das Ergebnis der kombinierten Wirkung von Thixotropie und Schergeschwindigkeit; Auf die Trennung dieser beiden Methoden wird in Kapitel 5 ausführlich eingegangen.

2.3.3.1 Einfluss des Mischungsverhältnisses auf die Nullviskosität des Mischungssystems

Der Zusammenhang zwischen den rheologischen Eigenschaften des homogenen Polymerverbindungssystems und den rheologischen Eigenschaften der Komponenten im System entspricht der logarithmischen Summationsregel. Für ein Zweikomponenten-Verbundsystem kann die Beziehung zwischen dem Verbundsystem und jeder Komponente durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Unter diesen ist F der rheologische Eigenschaftsparameter des komplexen Systems;

F1, F2 sind die rheologischen Parameter von Komponente 1 bzw. Komponente 2;

∅1 und ∅2 sind die Massenanteile von Komponente 1 bzw. Komponente 2 und ∅1 ∅2 .

Daher kann die Null-Scher-Viskosität des Compound-Systems nach dem Compoundieren mit unterschiedlichen Compoundierungsverhältnissen nach dem logarithmischen Summationsprinzip berechnet werden, um den entsprechenden vorhergesagten Wert zu berechnen. Die experimentellen Werte der Verbindungslösungen mit unterschiedlichen Verbindungsverhältnissen wurden noch durch Carren-Anpassung der Viskositäts-Schergeschwindigkeits-Kurve extrapoliert. Der vorhergesagte Wert der Nullscherviskosität des HPMC/HPS-Verbindungssystems mit unterschiedlichen Verbindungsverhältnissen wird mit dem experimentellen Wert verglichen, wie in Abbildung 2-5 dargestellt.

Der gestrichelte Linienteil in der Abbildung ist der vorhergesagte Wert der Nullscherviskosität der Verbindungslösung, der durch die logarithmische Summenregel erhalten wird, und das gepunktete Liniendiagramm ist der experimentelle Wert des Verbindungssystems mit unterschiedlichen Verbindungsverhältnissen. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der experimentelle Wert der Verbindungslösung eine gewisse Positiv-Negativ-Abweichung relativ zur Verbindungsregel aufweist, was darauf hinweist, dass das Verbindungssystem keine thermodynamische Kompatibilität erreichen kann und das Verbindungssystem eine kontinuierliche Phasendispersion aufweist niedrige Temperatur Die „See-Insel“-Struktur des Zweiphasensystems; und mit der kontinuierlichen Reduzierung des HPMC/HPS-Compoundierungsverhältnisses änderte sich die kontinuierliche Phase des Compoundierungssystems, nachdem das Compoundierungsverhältnis 4:6 betrug. Das Kapitel bespricht die Forschung im Detail.

Aus der Abbildung ist deutlich ersichtlich, dass das Verbindungssystem bei großem HPMC/HPS-Verbindungsverhältnis eine negative Abweichung aufweist, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass das hochviskose HPS im dispergierten Phasenzustand in der kontinuierlichen HPMC-Phasenmitte mit niedrigerer Viskosität verteilt ist . Mit zunehmendem HPS-Gehalt gibt es eine positive Abweichung im Verbundsystem, was darauf hinweist, dass zu diesem Zeitpunkt der kontinuierliche Phasenübergang im Verbundsystem stattfindet. HPS mit hoher Viskosität wird zur kontinuierlichen Phase des Verbundsystems, während HPMC in einem gleichmäßigeren Zustand in der kontinuierlichen Phase von HPS dispergiert wird.

2.3.3.2 Einfluss des Mischungsverhältnisses auf das Fließverhalten des Mischungssystems

Die Abbildungen 2-6 zeigen den Fließindex n des Verbundsystems als Funktion des HPS-Gehalts. Da der Flussindex n aus einer logarithmischen Koordinate angepasst wird, ist n hier eine lineare Summe. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit zunehmendem HPS-Gehalt der Fließindex n des Verbundsystems allmählich abnimmt, was darauf hindeutet, dass HPS die Newtonschen Flüssigkeitseigenschaften der Verbundlösung verringert und deren pseudoplastisches Flüssigkeitsverhalten verbessert. Der untere Teil ist der Gelzustand mit höherer Viskosität. Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass die Beziehung zwischen dem Fließindex des Verbundsystems und dem Gehalt an HPS einer linearen Beziehung entspricht (R2 beträgt 0,98062), was zeigt, dass das Verbundsystem eine gute Kompatibilität aufweist.

2.3.3.3 Einfluss des Mischungsverhältnisses auf den Viskositätskoeffizienten des Mischungssystems

Abbildung 2-7 zeigt den Viskositätskoeffizienten K der zusammengesetzten Lösung als Funktion des HPS-Gehalts. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der K-Wert von reinem HPMC sehr klein ist, während der K-Wert von reinem HPS am größten ist, was mit den Geleigenschaften von HPMC und HPS zusammenhängt, die im Lösungs- bzw. Gelzustand vorliegen niedrige Temperatur. Wenn der Gehalt der niedrigviskosen Komponente hoch ist, das heißt, wenn der Gehalt an HPS niedrig ist, liegt der Viskositätskoeffizient der Verbindungslösung nahe an dem der niedrigviskosen Komponente HPMC; Wenn dagegen der Gehalt der hochviskosen Komponente hoch ist, steigt der K-Wert der Verbindungslösung mit zunehmendem HPS-Gehalt deutlich an, was darauf hindeutet, dass HPS die Viskosität von HPMC bei niedriger Temperatur erhöht. Dies spiegelt hauptsächlich den Beitrag der Viskosität der kontinuierlichen Phase zur Viskosität des Verbindungssystems wider. In verschiedenen Fällen, in denen die Komponente mit niedriger Viskosität die kontinuierliche Phase und die Komponente mit hoher Viskosität die kontinuierliche Phase ist, ist der Beitrag der Viskosität der kontinuierlichen Phase zur Viskosität des Verbundsystems offensichtlich unterschiedlich. Wenn niedrigviskoses HPMC die kontinuierliche Phase ist, spiegelt die Viskosität des Verbindungssystems hauptsächlich den Beitrag der Viskosität der kontinuierlichen Phase wider; und wenn das hochviskose HPS die kontinuierliche Phase ist, verringert das HPMC als dispergierte Phase die Viskosität des hochviskosen HPS. Wirkung.

2.3.4 Thixotropie

Mithilfe der Thixotropie kann die Stabilität von Stoffen oder mehreren Systemen beurteilt werden, da durch die Thixotropie Informationen über die innere Struktur und den Grad der Schädigung unter Scherkraft gewonnen werden können [323–325]. Thixotropie kann mit zeitlichen Effekten und dem Scherverlauf korreliert werden, was zu mikrostrukturellen Veränderungen führt [324, 326]. Mithilfe der dreistufigen thixotropen Methode wurde der Einfluss unterschiedlicher Mischungsverhältnisse auf die thixotropen Eigenschaften des Mischungssystems untersucht. Wie aus den Abbildungen 2–5 ersichtlich ist, zeigten alle Proben unterschiedliche Grade der Thixotropie. Bei niedrigen Schergeschwindigkeiten stieg die Viskosität der Verbindungslösung mit zunehmendem HPS-Gehalt deutlich an, was mit der Änderung der Null-Scherviskosität mit dem HPS-Gehalt übereinstimmte.

Der strukturelle Erholungsgrad DSR der Verbundproben bei unterschiedlichen Erholungszeiten wird nach Formel (2-3) berechnet, wie in Tabelle 2-1 gezeigt. Wenn DSR < 1, weist die Probe einen geringen Scherwiderstand auf und ist thixotrop; umgekehrt, wenn DSR > 1, weist die Probe Antithixotropie auf. Aus der Tabelle können wir ersehen, dass der DSR-Wert von reinem HPMC sehr hoch ist, fast 1. Dies liegt daran, dass das HPMC-Molekül eine starre Kette ist, seine Relaxationszeit kurz ist und die Struktur unter hoher Scherkraft schnell wiederhergestellt wird. Der DSR-Wert von HPS ist relativ niedrig, was seine starken thixotropen Eigenschaften bestätigt, vor allem weil HPS eine flexible Kette ist und seine Relaxationszeit lang ist. Die Struktur erholte sich innerhalb des Testzeitraums nicht vollständig.

Bei der Verbindungslösung nimmt der DSR in der gleichen Erholungszeit, wenn der HPMC-Gehalt mehr als 70 % beträgt, mit zunehmendem HPS-Gehalt schnell ab, da die HPS-Molekülkette eine flexible Kette ist und die Anzahl der starren Molekülketten zunimmt im Verbundsystem steigt mit der Zugabe von HPS. Bei einer Verringerung verlängert sich die Relaxationszeit des gesamten Molekülsegments des Verbindungssystems und die Thixotropie des Verbindungssystems kann unter Einwirkung hoher Scherung nicht schnell wiederhergestellt werden. Wenn der HPMC-Gehalt weniger als 70 % beträgt, steigt der DSR mit zunehmendem HPS-Gehalt, was darauf hindeutet, dass es eine Wechselwirkung zwischen den Molekülketten von HPS und HPMC im Verbundsystem gibt, die die Gesamtsteifigkeit des Moleküls verbessert Segmente im Verbundsystem und verkürzt die Relaxationszeit des Verbundsystems, verringert sich und die Thixotropie wird verringert.

Darüber hinaus war der DSR-Wert des zusammengesetzten Systems deutlich niedriger als der von reinem HPMC, was darauf hindeutet, dass die Thixotropie von HPMC durch die Verbindung deutlich verbessert wurde. Die DSR-Werte der meisten Proben im Verbundsystem waren höher als die von reinem HPS, was darauf hindeutet, dass die Stabilität von HPS bis zu einem gewissen Grad verbessert wurde.

Aus der Tabelle ist auch ersichtlich, dass bei unterschiedlichen Erholungszeiten die DSR-Werte alle den niedrigsten Punkt aufweisen, wenn der HPMC-Gehalt 70 % beträgt, und wenn der Stärkegehalt größer als 60 % ist, ist der DSR-Wert des Komplexes höher als das von reinem HPS. Die DSR-Werte aller Proben innerhalb von 10 s liegen sehr nahe an den endgültigen DSR-Werten, was darauf hinweist, dass die Struktur des Verbundsystems im Wesentlichen die meisten Aufgaben der Strukturwiederherstellung innerhalb von 10 s abgeschlossen hat. Es ist erwähnenswert, dass die Verbundproben mit hohem HPS-Gehalt einen Trend zeigten, der mit zunehmender Erholungszeit zunächst zunahm und dann abnahm, was darauf hindeutet, dass die Verbundproben auch unter der Einwirkung geringer Scherung einen gewissen Grad an Thixotropie aufwiesen Ihre Struktur ist instabiler.

Die qualitative Analyse der dreistufigen Thixotropie stimmt mit den gemeldeten Ergebnissen des Thixotropie-Ringtests überein, die Ergebnisse der quantitativen Analyse stimmen jedoch nicht mit den Ergebnissen des Thixotropie-Ringtests überein. Die Thixotropie des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurde mit der thixotropen Ringmethode mit zunehmendem HPS-Gehalt gemessen [305]. Die Degeneration nahm zunächst ab und nahm dann zu. Der thixotrope Ringtest kann die Existenz eines thixotropen Phänomens nur spekulieren, aber nicht bestätigen, da der thixotrope Ring das Ergebnis der gleichzeitigen Wirkung von Scherzeit und Schergeschwindigkeit ist [325–327].

2.4 Zusammenfassung dieses Kapitels

In diesem Kapitel wurden das Thermogel HPMC und das Kaltgel HPS als Hauptrohstoffe zum Aufbau eines zweiphasigen Verbundsystems aus Kalt- und Heißgel verwendet. Einfluss rheologischer Eigenschaften wie Viskosität, Fließbild und Thixotropie. Basierend auf der gemeinsamen Beziehung zwischen verschiedenen Zuständen und Konzentrationen von Polymeren in Lösung wird das molekulare Zustandsmodell des HPMC/HPS-Verbindungssystems in einer Lösung mit niedriger Temperatur vorgeschlagen. Nach dem logarithmischen Summationsprinzip der Eigenschaften verschiedener Komponenten im Verbundsystem wurde die Kompatibilität des Verbundsystems untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse lauten wie folgt:

1. Verbundproben mit unterschiedlichen Konzentrationen zeigten alle einen gewissen Grad an Scherverdünnung, und der Grad der Scherverdünnung nahm mit zunehmender Konzentration zu.
2. Mit zunehmender Konzentration nahm der Fließindex des Verbundsystems ab und die Nullviskosität und der Viskositätskoeffizient stiegen an, was darauf hindeutet, dass das feststoffähnliche Verhalten des Verbundsystems verbessert wurde.
3. Es gibt eine kritische Konzentration (8 %) im HPMC/HPS-Verbindungssystem. Unterhalb der kritischen Konzentration sind die HPMC-Molekülketten und der HPS-Gelphasenbereich in der Verbindungslösung voneinander getrennt und existieren unabhängig voneinander. Wenn die kritische Konzentration erreicht ist, bildet sich in der Verbindungslösung ein Mikrogelzustand mit der HPS-Phase als Gelzentrum, und die HPMC-Molekülketten sind miteinander verflochten und verbunden. Oberhalb der kritischen Konzentration sind die überfüllten makromolekularen HPMC-Ketten und ihre Verflechtung mit der HPS-Phasenregion komplexer und die Wechselwirkung ist komplexer. intensiver, sodass sich die Lösung wie eine Polymerschmelze verhält.
4. Das Mischungsverhältnis hat einen erheblichen Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften der HPMC/HPS-Verbindungslösung. Mit zunehmendem HPS-Gehalt wird das Scherverdünnungsphänomen des Verbundsystems deutlicher, der Fließindex nimmt allmählich ab und die Nullviskosität und der Viskositätskoeffizient nehmen allmählich zu. steigt, was darauf hindeutet, dass das festkörperähnliche Verhalten des Komplexes deutlich verbessert wird.
5. Die Nullviskosität des Verbundsystems weist eine gewisse Positiv-Negativ-Abweichung relativ zur logarithmischen Summationsregel auf. Das Verbundsystem ist ein Zweiphasensystem mit einer kontinuierlichen Phase-Dispersion-Phase-„See-Insel“-Struktur bei niedriger Temperatur, und als das HPMC/HPS-Verbundverhältnis nach 4:6 abnahm, änderte sich die kontinuierliche Phase des Verbundsystems.
6. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Fließindex und dem Mischungsverhältnis der Mischungslösungen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, was darauf hinweist, dass das Mischungssystem eine gute Kompatibilität aufweist.
7. Wenn beim HPMC/HPS-Verbindungssystem die niedrigviskose Komponente die kontinuierliche Phase und die hochviskose Komponente die kontinuierliche Phase ist, ist der Beitrag der Viskosität der kontinuierlichen Phase zur Viskosität des Verbindungssystems deutlich unterschiedlich. Wenn die niedrigviskose HPMC die kontinuierliche Phase ist, spiegelt die Viskosität des Verbindungssystems hauptsächlich den Beitrag der kontinuierlichen Phasenviskosität wider; Wenn dagegen das hochviskose HPS die kontinuierliche Phase ist, verringert das HPMC als disperse Phase die Viskosität des hochviskosen HPS. Wirkung.
8. Mithilfe der dreistufigen Thixotropie wurde der Einfluss des Mischungsverhältnisses auf die Thixotropie des zusammengesetzten Systems untersucht. Die Thixotropie des zusammengesetzten Systems zeigte einen Trend, der mit der Abnahme des HPMC/HPS-Mischungsverhältnisses zunächst abnahm und dann zunahm.
9. Die obigen Versuchsergebnisse zeigen, dass durch die Compoundierung von HPMC und HPS die rheologischen Eigenschaften der beiden Komponenten, wie z. B. Viskosität, Strukturviskosität und Thixotropie, bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen wurden.

Kapitel 3 Vorbereitung und Eigenschaften von essbaren HPMC/HPS-Verbundfolien

Das Compoundieren von Polymeren ist der effektivste Weg, um eine Leistungskomplementarität mehrerer Komponenten zu erreichen, neue Materialien mit hervorragender Leistung zu entwickeln, die Produktpreise zu senken und den Anwendungsbereich von Materialien zu erweitern [240-242, 328]. Aufgrund bestimmter Unterschiede in der Molekülstruktur und der Konformationsentropie zwischen verschiedenen Polymeren sind die meisten Polymer-Compoundierungssysteme inkompatibel oder teilweise kompatibel [11, 12]. Die mechanischen Eigenschaften und andere makroskopische Eigenschaften des Polymerverbindungssystems stehen in engem Zusammenhang mit den physikalisch-chemischen Eigenschaften jeder Komponente, dem Mischungsverhältnis jeder Komponente, der Kompatibilität zwischen den Komponenten sowie der inneren mikroskopischen Struktur und anderen Faktoren [240, 329].

Aus Sicht der chemischen Struktur sind sowohl HPMC als auch HPS hydrophiles Curdlan, haben dieselbe Struktureinheit – Glucose – und werden durch dieselbe funktionelle Gruppe – Hydroxypropylgruppe – modifiziert, sodass HPMC und HPS eine gute Phase haben sollten. Kapazität. HPMC ist jedoch ein thermisch induziertes Gel, das bei niedriger Temperatur in einem Lösungszustand mit sehr geringer Viskosität vorliegt und bei hoher Temperatur ein Kolloid bildet; HPS ist ein kälteinduziertes Gel, das ein Niedertemperaturgel ist und bei hoher Temperatur in einem Lösungszustand vorliegt; die Gelbedingungen und das Verhalten sind völlig entgegengesetzt. Die Compoundierung von HPMC und HPS trägt nicht zur Bildung eines homogenen Systems mit guter Verträglichkeit bei. Unter Berücksichtigung sowohl der chemischen Struktur als auch der Thermodynamik ist es von großer theoretischer Bedeutung und praktischem Wert, HPMC mit HPS zu verbinden, um ein Kalt-Heiß-Gelverbindungssystem zu schaffen.

Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Untersuchung der inhärenten Eigenschaften der Komponenten im HPMC/HPS-Kalt- und Heißgel-Verbindungssystem, des Mischungsverhältnisses und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung, der mikroskopischen Morphologie, der Kompatibilität und Phasentrennung, der mechanischen Eigenschaften und der optischen Eigenschaften und thermische Tropfeneigenschaften des Verbundsystems. Und der Einfluss makroskopischer Eigenschaften wie Sauerstoffbarriereeigenschaften.

3.1 Materialien und Ausrüstung

3.1.1 Wichtigste experimentelle Materialien

3.1.2 Hauptinstrumente und Ausrüstung

3.2 Experimentelle Methode

3.2.1 Herstellung einer essbaren HPMC/HPS-Verbundfolie

Das 15 %ige (Gew./Gew.) Trockenpulver von HPMC und HPS wurde mit 3 % (Gew./Gew.) Polyethylenglykol-Weichmacher gemischt, um die zusammengesetzte filmbildende Flüssigkeit und den essbaren Verbundfilm aus HPMC/ HPS wurde im Gießverfahren hergestellt.

Zubereitungsmethode: Zuerst HPMC- und HPS-Trockenpulver abwiegen und in unterschiedlichen Verhältnissen mischen; dann in 70 °C warmes Wasser geben und 30 Minuten lang schnell mit 120 U/min/min rühren, um HPMC vollständig zu dispergieren; dann die Lösung auf über 95 °C erhitzen, 1 Stunde lang schnell mit der gleichen Geschwindigkeit rühren, um HPS vollständig zu gelatinieren; Nachdem die Gelatinierung abgeschlossen ist, wird die Temperatur der Lösung schnell auf 70 °C gesenkt und die Lösung 40 Minuten lang mit einer langsamen Geschwindigkeit von 80 U/min/min gerührt. HPMC vollständig auflösen. Gießen Sie 20 g der gemischten filmbildenden Lösung in eine Polystyrol-Petrischale mit einem Durchmesser von 15 cm, werfen Sie sie flach und trocknen Sie sie bei 37 °C. Der getrocknete Film wird von der Scheibe abgezogen, um eine essbare Verbundmembran zu erhalten.

Alle essbaren Folien wurden vor dem Test mehr als drei Tage lang bei 57 % Luftfeuchtigkeit äquilibriert, und der Teil der essbaren Folie, der für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften verwendet wurde, wurde mehr als 3 Tage lang bei 75 % Luftfeuchtigkeit äquilibriert.

3.2.2 Mikromorphologie des essbaren Verbundfilms aus HPMC/HPS

3.2.2.1 Analyseprinzip des Rasterelektronenmikroskops

Die Elektronenkanone auf der Oberseite des Rasterelektronenmikroskops (REM) kann eine große Menge an Elektronen emittieren. Nachdem es reduziert und fokussiert wurde, kann es einen Elektronenstrahl mit einer bestimmten Energie und Intensität bilden. Angetrieben durch das Magnetfeld der Scanspule scannen sie in einer bestimmten zeitlichen und räumlichen Reihenfolge die Oberfläche der Probe Punkt für Punkt. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften des Oberflächenmikrobereichs erzeugt die Wechselwirkung zwischen der Probe und dem Elektronenstrahl Sekundärelektronensignale mit unterschiedlichen Intensitäten, die vom Detektor gesammelt und in elektrische Signale umgewandelt werden, die durch das Video verstärkt werden und Eingabe in das Gitter der Bildröhre. Nach Anpassung der Helligkeit der Bildröhre kann ein Sekundärelektronenbild erhalten werden, das die Morphologie und Eigenschaften des Mikrobereichs auf der Oberfläche der Probe widerspiegeln kann. Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Mikroskopen ist die Auflösung von REM relativ hoch und beträgt etwa 3 bis 6 nm der Oberflächenschicht der Probe, was sich besser für die Beobachtung von Mikrostrukturmerkmalen auf der Oberfläche von Materialien eignet.

3.2.2.2 Testmethode

Der essbare Film wurde zum Trocknen in einen Exsikkator gelegt und ein essbarer Film in geeigneter Größe ausgewählt, mit leitfähigem Klebstoff auf den SEM-Spezialprobentisch geklebt und anschließend mit einem Vakuumbeschichter vergoldet. Während des Tests wurde die Probe in das REM gelegt und die mikroskopische Morphologie der Probe beobachtet und bei 300-facher und 1000-facher Vergrößerung unter der Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung von 5 kV fotografiert.

3.2.3 Lichtdurchlässigkeit der essbaren HPMC/HPS-Verbundfolie

3.2.3.1 Analyseprinzip der UV-Vis-Spektrophotometrie

Das UV-Vis-Spektrophotometer kann Licht mit einer Wellenlänge von 200–800 nm aussenden und auf das Objekt strahlen. Einige spezifische Wellenlängen des Lichts im einfallenden Licht werden vom Material absorbiert und es kommt zu einem Übergang des molekularen Schwingungsenergieniveaus und des elektronischen Energieniveaus. Da jeder Stoff unterschiedliche molekulare, atomare und molekulare räumliche Strukturen aufweist, hat jeder Stoff sein spezifisches Absorptionsspektrum, und der Gehalt des Stoffes kann anhand des Absorptionsgrads bei bestimmten Wellenlängen im Absorptionsspektrum bestimmt oder bestimmt werden. Daher ist die spektrophotometrische UV-Vis-Analyse eines der wirksamsten Mittel zur Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur und Wechselwirkung von Substanzen.

Wenn ein Lichtstrahl auf ein Objekt trifft, wird ein Teil des einfallenden Lichts vom Objekt absorbiert und der andere Teil des einfallenden Lichts wird durch das Objekt hindurchgelassen; Das Verhältnis der Intensität des durchgelassenen Lichts zur Intensität des einfallenden Lichts ist der Transmissionsgrad.

Die Formel für die Beziehung zwischen Absorption und Transmission lautet:

Unter diesen ist A die Extinktion;

T ist die Durchlässigkeit, %.

Die endgültige Absorption wurde gleichmäßig um die Absorption × 0,25 mm/Dicke korrigiert.

3.2.3.2 Testmethode

Bereiten Sie 5 %ige HPMC- und HPS-Lösungen vor, mischen Sie sie in unterschiedlichen Verhältnissen, gießen Sie 10 g der filmbildenden Lösung in eine Polystyrol-Petrischale mit einem Durchmesser von 15 cm und trocknen Sie sie bei 37 °C, um einen Film zu bilden. Schneiden Sie den essbaren Film in einen rechteckigen Streifen von 1 mm x 3 mm, legen Sie ihn in die Küvette und bringen Sie den essbaren Film nahe an der Innenwand der Küvette an. Ein WFZ UV-3802 UV-Vis-Spektrophotometer wurde verwendet, um die Proben bei der vollen Wellenlänge von 200–800 nm zu scannen, und jede Probe wurde fünfmal getestet.

3.2.4 Dynamische thermomechanische Eigenschaften von essbaren HPMC/HPS-Verbundfolien

3.2.4.1 Prinzip der dynamischen thermomechanischen Analyse

Die dynamische thermomechanische Analyse (DMA) ist ein Instrument, das die Beziehung zwischen der Masse und der Temperatur der Probe unter einer bestimmten Stoßbelastung und programmierten Temperatur messen und die mechanischen Eigenschaften der Probe unter der Einwirkung periodischer Wechselspannung und Zeit testen kann. Temperatur und Temperatur. Frequenzbeziehung.

Hochmolekulare Polymere haben viskoelastische Eigenschaften, die einerseits wie ein Elastomer mechanische Energie speichern und andererseits wie Schleim Energie verbrauchen können. Bei Einwirkung der periodischen Wechselkraft wandelt der elastische Teil die Energie in potentielle Energie um und speichert sie; während der viskose Teil die Energie in Wärmeenergie umwandelt und diese verliert. Polymermaterialien weisen im Allgemeinen zwei Zustände auf: den Niedertemperatur-Glaszustand und den Hochtemperatur-Gummizustand, und die Übergangstemperatur zwischen den beiden Zuständen ist die Glasübergangstemperatur. Die Glasübergangstemperatur beeinflusst direkt die Struktur und Eigenschaften von Materialien und ist eine der wichtigsten charakteristischen Temperaturen von Polymeren.

Durch die Analyse der dynamischen thermomechanischen Eigenschaften von Polymeren kann die Viskoelastizität von Polymeren beobachtet und wichtige Parameter ermittelt werden, die die Leistung von Polymeren bestimmen, sodass sie besser auf die tatsächliche Anwendungsumgebung angewendet werden können. Darüber hinaus reagiert die dynamische thermomechanische Analyse sehr empfindlich auf Glasübergang, Phasentrennung, Vernetzung, Kristallisation und molekulare Bewegung auf allen Ebenen von Molekülsegmenten und kann viele Informationen über die Struktur und Eigenschaften von Polymeren erhalten. Es wird häufig zur Untersuchung der Moleküle von Polymeren verwendet. Bewegungsverhalten. Mit dem Temperatur-Sweep-Modus des DMA kann das Auftreten von Phasenübergängen wie dem Glasübergang getestet werden. Im Vergleich zu DSC weist DMA eine höhere Empfindlichkeit auf und eignet sich besser für die Analyse von Materialien, die den tatsächlichen Gebrauch simulieren.

3.2.4.2 Testmethode

Wählen Sie saubere, gleichmäßige, flache und unbeschädigte Proben aus und schneiden Sie sie in rechteckige Streifen von 10 mm x 20 mm. Die Proben wurden im Zugmodus mit dem dynamischen thermomechanischen Analysegerät Pydris Diamond von PerkinElmer, USA, getestet. Der Testtemperaturbereich betrug 25–150 °C, die Heizrate betrug 2 °C/min, die Frequenz betrug 1 Hz und der Test wurde für jede Probe zweimal wiederholt. Während des Experiments wurden der Speichermodul (E‘) und der Verlustmodul (E“) der Probe aufgezeichnet, außerdem konnte das Verhältnis des Verlustmoduls zum Speichermodul, also der Tangentenwinkel tan δ, berechnet werden.

3.2.5 Wärmestabilität von essbaren HPMC/HPS-Verbundfolien

3.2.5.1 Prinzip der thermogravimetrischen Analyse

Der thermische gravimetrische Analysator (TGA) kann die Änderung der Masse einer Probe mit der Temperatur oder der Zeit bei einer programmierten Temperatur messen und kann zur Untersuchung der möglichen Verdampfung, des Schmelzens, der Sublimation, der Dehydrierung, der Zersetzung und der Oxidation von Substanzen während des Erhitzungsprozesses verwendet werden . und andere physikalische und chemische Phänomene. Die Beziehungskurve zwischen der Masse der Materie und der Temperatur (oder Zeit), die direkt nach der Untersuchung der Probe erhalten wird, wird als thermogravimetrische Kurve (TGA-Kurve) bezeichnet. Gewichtsverlust und andere Informationen. Eine abgeleitete thermogravimetrische Kurve (DTG-Kurve) kann nach der Ableitung erster Ordnung der TGA-Kurve erhalten werden, die die Änderung der Gewichtsverlustrate der getesteten Probe mit der Temperatur oder der Zeit widerspiegelt, und der Spitzenpunkt ist der Maximalpunkt der Konstante Rate.

3.2.5.2 Testmethode

Wählen Sie den essbaren Film mit gleichmäßiger Dicke aus, schneiden Sie ihn in einen Kreis mit dem gleichen Durchmesser wie die Testscheibe des thermogravimetrischen Analysators, legen Sie ihn dann flach auf die Testscheibe und testen Sie ihn in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Durchflussrate von 20 ml/min . Der Temperaturbereich lag zwischen 30 und 700 °C, die Heizrate betrug 10 °C/min und jede Probe wurde zweimal getestet.

3.2.6.1 Prinzip der Zugeigenschaftsanalyse

3.2.6 Zugeigenschaften von essbaren HPMC/HPS-Verbundfolien

Der Prüfer für mechanische Eigenschaften kann unter bestimmten Temperatur-, Feuchtigkeits- und Geschwindigkeitsbedingungen eine statische Zugbelastung entlang der Längsachse auf den Spline ausüben, bis der Spline bricht. Während des Tests wurden die auf das Spline einwirkende Last und das Ausmaß seiner Verformung mit dem Prüfgerät für mechanische Eigenschaften aufgezeichnet und die Spannungs-Dehnungs-Kurve während der Zugverformung des Splines erstellt. Aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve können die Zugfestigkeit (ζt), die Bruchdehnung (εb) und der Elastizitätsmodul (E) berechnet werden, um die Zugeigenschaften der Folie zu bewerten.

Das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis von Materialien kann im Allgemeinen in zwei Teile unterteilt werden: den elastischen Verformungsbereich und den plastischen Verformungsbereich. In der elastischen Verformungszone stehen Spannung und Dehnung des Materials in einem linearen Verhältnis zueinander, und die Verformung kann zu diesem Zeitpunkt vollständig wiederhergestellt werden, was dem Cookschen Gesetz entspricht. In der plastischen Verformungszone sind Spannung und Dehnung des Materials nicht mehr linear und die zu diesem Zeitpunkt auftretende Verformung ist irreversibel, schließlich bricht das Material.

Formel zur Berechnung der Zugfestigkeit:

Wobei: ist die Zugfestigkeit, MPa;

p ist die maximale Last oder Bruchlast, N;

b ist die Probenbreite, mm;

d ist die Dicke der Probe, mm.

Die Formel zur Berechnung der Bruchdehnung:

Dabei ist: εb die Bruchdehnung, %;

L ist der Abstand zwischen den Markierungslinien beim Bruch der Probe, mm;

L0 ist die ursprüngliche Messlänge der Probe, mm.

Formel zur Berechnung des Elastizitätsmoduls:

Darunter: E ist der Elastizitätsmodul MPa;

ζ ist Spannung, MPa;

ε ist die Dehnung.

3.2.6.2 Testmethode

Wählen Sie saubere, gleichmäßige, flache und unbeschädigte Proben aus, beziehen Sie sich auf die nationale Norm GB13022-91 und schneiden Sie sie in hantelförmige Splines mit einer Gesamtlänge von 120 mm, einem anfänglichen Abstand zwischen den Vorrichtungen von 86 mm, einem Abstand zwischen den Markierungen von 40 mm usw eine Breite von 10mm. Die Splines wurden bei einer Luftfeuchtigkeit von 75 % und 57 % (in einer Atmosphäre aus gesättigter Natriumchlorid- und Natriumbromidlösung) platziert und vor der Messung mehr als drei Tage lang äquilibriert. In diesem Experiment werden zum Testen das Prüfgerät für mechanische Eigenschaften ASTM D638, 5566 der Instron Corporation aus den Vereinigten Staaten und dessen pneumatische Klemme 2712-003 verwendet. Die Zuggeschwindigkeit betrug 10 mm/min, die Probe wurde siebenmal wiederholt und der Durchschnittswert berechnet.

3.2.7 Sauerstoffdurchlässigkeit der essbaren HPMC/HPS-Verbundfolie

3.2.7.1 Prinzip der Sauerstoffpermeabilitätsanalyse

Nachdem die Testprobe installiert ist, wird der Testhohlraum in zwei Teile geteilt, A und B; Ein hochreiner Sauerstoffstrom mit einer bestimmten Durchflussrate wird in den A-Hohlraum geleitet, und ein Stickstoffstrom mit einer bestimmten Durchflussrate wird in den B-Hohlraum geleitet. Während des Testvorgangs dringt der A-Hohlraum Sauerstoff durch die Probe in den B-Hohlraum ein, und der in den B-Hohlraum eingedrungene Sauerstoff wird vom Stickstoffstrom getragen und verlässt den B-Hohlraum, um den Sauerstoffsensor zu erreichen. Der Sauerstoffsensor misst den Sauerstoffgehalt im Stickstoffstrom und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal aus, um so den Probensauerstoff zu berechnen. Durchlässigkeit.

3.2.7.2 Testmethode

Wählen Sie unbeschädigte essbare Verbundfolien aus, schneiden Sie sie in rautenförmige Proben von 10,16 x 10,16 cm, bestreichen Sie die Kantenflächen der Klemmen mit Vakuumfett und klemmen Sie die Proben an den Testblock. Geprüft nach ASTM D-3985, jede Probe hat eine Testfläche von 50 cm2.

3.3 Ergebnisse und Diskussion

3.3.1 Mikrostrukturanalyse essbarer Verbundfolien

Die Wechselwirkung zwischen den Komponenten der filmbildenden Flüssigkeit und den Trocknungsbedingungen bestimmt die endgültige Struktur des Films und hat erhebliche Auswirkungen auf verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften des Films [330, 331]. Die inhärenten Geleigenschaften und das Mischungsverhältnis jeder Komponente können die Morphologie der Verbindung beeinflussen, was sich weiter auf die Oberflächenstruktur und die endgültigen Eigenschaften der Membran auswirkt [301, 332]. Daher kann die Mikrostrukturanalyse der Filme relevante Informationen über die molekulare Umlagerung jeder Komponente liefern, die uns wiederum helfen können, die Barriereeigenschaften, mechanischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften der Filme besser zu verstehen.

Die Oberflächen-Rasterelektronenmikroskopaufnahmen von essbaren HPS/HPMC-Folien mit unterschiedlichen Verhältnissen sind in Abbildung 3-1 dargestellt. Wie aus Abbildung 3-1 hervorgeht, zeigten einige Proben Mikrorisse auf der Oberfläche, die möglicherweise durch die Verringerung der Feuchtigkeit in der Probe während des Tests oder durch den Angriff des Elektronenstrahls in der Mikroskopkavität verursacht wurden [122 , 139]. In der Abbildung reine HPS-Membran und reines HPMC. Die Membranen zeigten relativ glatte mikroskopische Oberflächen, und die Mikrostruktur reiner HPS-Membranen war homogener und glatter als die reiner HPMC-Membranen, was möglicherweise hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass während des Abkühlprozesses Stärkemakromoleküle (Amylosemoleküle und Amylopektinmoleküle) eine bessere molekulare Umlagerung erreichten in wässriger Lösung. Viele Studien haben gezeigt, dass das Amylose-Amylopektin-Wasser-System im Kühlprozess beteiligt ist

Möglicherweise besteht ein Konkurrenzmechanismus zwischen Gelbildung und Phasentrennung. Wenn die Geschwindigkeit der Phasentrennung geringer ist als die Geschwindigkeit der Gelbildung, findet im System keine Phasentrennung statt, andernfalls kommt es im System zu Phasentrennung [333, 334]. Wenn der Amylosegehalt darüber hinaus 25 % übersteigt, kann die Gelatinierung der Amylose und die kontinuierliche Amylose-Netzwerkstruktur das Auftreten einer Phasentrennung erheblich hemmen [334]. Der Amylosegehalt des in dieser Arbeit verwendeten HPS beträgt 80 %, viel mehr als 25 %, was das Phänomen besser veranschaulicht, dass reine HPS-Membranen homogener und glatter sind als reine HPMC-Membranen.

Aus dem Vergleich der Zahlen ist ersichtlich, dass die Oberflächen aller Verbundfolien relativ rau sind und einige unregelmäßige Unebenheiten verstreut sind, was darauf hindeutet, dass ein gewisser Grad an Unmischbarkeit zwischen HPMC und HPS besteht. Darüber hinaus zeigten die Verbundmembranen mit hohem HPMC-Anteil eine homogenere Struktur als solche mit hohem HPS-Anteil. HPS-basierte Kondensation bei 37 °C Filmbildungstemperatur

Basierend auf den Geleigenschaften zeigte HPS einen viskosen Gelzustand; Basierend auf den thermischen Geleigenschaften von HPMC zeigte HPMC einen wasserähnlichen Lösungszustand. In der Verbundmembran mit hohem HPS-Gehalt (7:3 HPS/HPMC) ist das viskose HPS die kontinuierliche Phase, und das wasserähnliche HPMC ist in der hochviskosen kontinuierlichen HPS-Phase als dispergierte Phase dispergiert, was nicht förderlich ist zur gleichmäßigen Verteilung der dispergierten Phase; Im Verbundfilm mit hohem HPMC-Gehalt (3:7 HPS/HPMC) wandelt sich das niedrigviskose HPMC in die kontinuierliche Phase um, und das viskose HPS wird in der niedrigviskosen HPMC-Phase als dispergierte Phase dispergiert, was förderlich ist die Bildung einer homogenen Phase. Verbundsystem.

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass, obwohl alle Verbundfolien raue und inhomogene Oberflächenstrukturen aufweisen, keine offensichtliche Phasengrenzfläche gefunden wird, was darauf hinweist, dass HPMC und HPS eine gute Kompatibilität aufweisen. Die HPMC/Stärke-Verbundfolien ohne Weichmacher wie PEG zeigten eine deutliche Phasentrennung [301], was darauf hindeutet, dass sowohl die Hydroxypropylmodifizierung von Stärke als auch PEG-Weichmacher die Kompatibilität des Verbundsystems verbessern können.

3.3.2 Analyse der optischen Eigenschaften essbarer Verbundfolien

Die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der essbaren Verbundfolien aus HPMC/HPS mit unterschiedlichen Verhältnissen wurden mit einem UV-Vis-Spektrophotometer getestet. Die UV-Spektren sind in Abbildung 3-2 dargestellt. Je größer der Lichtdurchlässigkeitswert, desto gleichmäßiger und transparenter ist die Folie. Umgekehrt ist die Folie umso unebener und undurchsichtiger, je kleiner der Wert der Lichtdurchlässigkeit ist. Aus Abbildung 3-2(a) ist ersichtlich, dass alle Verbundfolien mit zunehmender Scanwellenlänge im gesamten Wellenlängenscanbereich einen ähnlichen Trend zeigen und die Lichtdurchlässigkeit mit zunehmender Wellenlänge allmählich zunimmt. Bei 350 nm tendieren die Kurven zu einem Plateau.

Wählen Sie zum Vergleich die Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 500 nm aus, wie in Abbildung 3-2(b) dargestellt. Die Durchlässigkeit eines reinen HPS-Films ist geringer als die eines reinen HPMC-Films, und mit zunehmendem HPMC-Gehalt nimmt die Durchlässigkeit zunächst ab. und dann nach Erreichen des Minimalwerts erhöht. Bei einer Erhöhung des HPMC-Gehalts auf 70 % war die Lichtdurchlässigkeit der Verbundfolie größer als die von reinem HPS. Es ist bekannt, dass ein homogenes System eine bessere Lichtdurchlässigkeit aufweist und sein UV-gemessener Durchlässigkeitswert im Allgemeinen höher ist. Inhomogene Materialien sind im Allgemeinen undurchsichtiger und haben niedrigere UV-Durchlässigkeitswerte. Die Transmissionswerte der Verbundfilme (7:3, 5:5) waren niedriger als die von reinen HPS- und HPMC-Filmen, was darauf hindeutet, dass zwischen den beiden Komponenten HPS und HPMC ein gewisser Grad an Phasentrennung bestand.

Abb. 3-2 UV-Spektren bei allen Wellenlängen (a) und bei 500 nm (b) für HPS/HPMC-Mischfilme. Der Balken stellt mittlere ±Standardabweichungen dar. ac: Verschiedene Buchstaben unterscheiden sich deutlich bei verschiedenen Mischungsverhältnissen (p < 0,05), angewendet in der vollständigen Dissertation

3.3.3 Dynamische thermomechanische Analyse essbarer Verbundfolien

Abbildung 3-3 zeigt die dynamischen thermomechanischen Eigenschaften essbarer Filme aus HPMC/HPS mit unterschiedlichen Formulierungen. Aus Abb. 3-3(a) ist ersichtlich, dass der Speichermodul (E') mit zunehmendem HPMC-Gehalt abnimmt. Darüber hinaus nahm der Speichermodul aller Proben mit steigender Temperatur allmählich ab, mit der Ausnahme, dass der Speichermodul der reinen HPS-Folie (10:0) leicht anstieg, nachdem die Temperatur auf 70 °C erhöht wurde. Bei hohen Temperaturen weist der Speichermodul der Verbundfolie bei Verbundfolien mit hohem HPMC-Gehalt mit steigender Temperatur einen offensichtlichen Abwärtstrend auf; Bei der Probe mit hohem HPS-Gehalt hingegen nimmt der Speichermodul mit steigender Temperatur nur geringfügig ab.

Abb. 3-3 Speichermodul (E′) (a) und Verlustfaktor (tan δ) (b) von HPS/HPMC-Mischfolien

Aus Abbildung 3-3(b) ist ersichtlich, dass die Proben mit einem HPMC-Gehalt von mehr als 30 % (5:5, 3:7, 0:10) alle einen Glasübergangspeak aufweisen und mit zunehmendem HPMC-Gehalt Beim Glasübergang verschob sich die Übergangstemperatur zu einer hohen Temperatur, was darauf hindeutet, dass die Flexibilität der HPMC-Polymerkette abnahm. Andererseits weist die reine HPS-Membran einen großen Hüllkurvenpeak bei etwa 67 °C auf, während die Verbundmembran mit 70 % HPS-Gehalt keinen offensichtlichen Glasübergang aufweist. Dies kann daran liegen, dass zwischen HPMC und HPS eine gewisse Wechselwirkung besteht, wodurch die Bewegung der molekularen Segmente von HPMC und HPS eingeschränkt wird.

3.3.4 Analyse der thermischen Stabilität von essbaren Verbundfolien

Abb. 3-4 TGA-Kurven (a) und ihre Ableitungskurven (DTG) (b) von HPS/HPMC-Mischfolien

Die thermische Stabilität des essbaren Verbundfilms aus HPMC/HPS wurde mit einem thermogravimetrischen Analysegerät getestet. Abbildung 3-4 zeigt die thermogravimetrische Kurve (TGA) und die Kurve der Gewichtsverlustrate (DTG) der Verbundfolie. Aus der TGA-Kurve in Abbildung 3-4(a) ist ersichtlich, dass die Verbundmembranproben mit unterschiedlichen Verhältnissen mit zunehmender Temperatur zwei offensichtliche thermogravimetrische Änderungsstadien aufweisen. Die Verflüchtigung des vom Polysaccharid-Makromolekül adsorbierten Wassers führt zu einer kleinen Phase des Gewichtsverlusts bei 30–180 °C, bevor der eigentliche thermische Abbau eintritt. Anschließend kommt es bei 300~450 °C zu einer größeren Phase des Gewichtsverlusts, hier der thermischen Abbauphase von HPMC und HPS.

Aus den DTG-Kurven in Abbildung 3-4(b) ist ersichtlich, dass die Spitzentemperaturen des thermischen Abbaus von reinem HPS und reinem HPMC 338 °C bzw. 400 °C betragen und die Spitzentemperatur des thermischen Abbaus von reinem HPMC 338 °C bzw. 400 °C beträgt höher als die von HPS, was darauf hinweist, dass HPMC eine bessere thermische Stabilität als HPS hat. Bei einem HPMC-Gehalt von 30 % (7:3) erschien ein einzelner Peak bei 347 °C, der dem charakteristischen Peak von HPS entspricht, aber die Temperatur war höher als der Peak des thermischen Abbaus von HPS; wenn der HPMC-Gehalt 70 % (3:7) betrug, erschien nur der charakteristische Peak von HPMC bei 400 °C; Bei einem HPMC-Gehalt von 50 % traten auf der DTG-Kurve zwei Peaks für den thermischen Abbau auf, nämlich 345 °C bzw. 396 °C. Die Peaks entsprechen den charakteristischen Peaks von HPS bzw. HPMC, der Peak des thermischen Abbaus, der HPS entspricht, ist jedoch kleiner und beide Peaks weisen eine gewisse Verschiebung auf. Es ist ersichtlich, dass die meisten Verbundmembranen nur einen charakteristischen Einzelpeak aufweisen, der einer bestimmten Komponente entspricht, und dass sie im Vergleich zur reinen Komponentenmembran versetzt sind, was darauf hinweist, dass zwischen den HPMC- und HPS-Komponenten ein gewisser Unterschied besteht. Grad der Kompatibilität. Die Spitzentemperatur des thermischen Abbaus der Verbundmembran war höher als die von reinem HPS, was darauf hindeutet, dass HPMC die thermische Stabilität der HPS-Membran bis zu einem gewissen Grad verbessern könnte.

3.3.5 Analyse der mechanischen Eigenschaften von essbaren Verbundfolien

Die Zugeigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien mit unterschiedlichen Verhältnissen wurden mit einem mechanischen Eigenschaftsanalysator bei 25 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 57 % und 75 % gemessen. Abbildung 3-5 zeigt den Elastizitätsmodul (a), die Bruchdehnung (b) und die Zugfestigkeit (c) von HPMC/HPS-Verbundfolien mit unterschiedlichen Verhältnissen bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 57 % der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der reinen HPS-Folie am größten und die der reinen HPMC am kleinsten sind. Mit zunehmendem HPS-Gehalt stiegen der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der Verbundfolien kontinuierlich an. Die Bruchdehnung einer reinen HPMC-Membran ist viel größer als die einer reinen HPS-Membran und beide sind größer als die einer Verbundmembran.

Bei einer höheren relativen Luftfeuchtigkeit (75 %) im Vergleich zu 57 % relativer Luftfeuchtigkeit verringerten sich der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit aller Proben, während die Bruchdehnung deutlich zunahm. Dies liegt vor allem daran, dass Wasser als allgemeiner Weichmacher die HPMC- und HPS-Matrix verdünnen, die Kraft zwischen Polymerketten verringern und die Beweglichkeit von Polymersegmenten verbessern kann. Bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit waren der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit von reinen HPMC-Folien höher als die von reinen HPS-Folien, die Bruchdehnung war jedoch geringer, ein Ergebnis, das sich völlig von den Ergebnissen bei niedriger Luftfeuchtigkeit unterschied. Es ist erwähnenswert, dass die Variation der mechanischen Eigenschaften der Verbundfolien mit Komponentenverhältnissen bei einer hohen Luftfeuchtigkeit von 75 % im Vergleich zu einer relativen Luftfeuchtigkeit von 57 % völlig entgegengesetzt zu der bei niedriger Luftfeuchtigkeit ist. Bei hoher Luftfeuchtigkeit erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt des Films und Wasser hat nicht nur eine gewisse weichmachende Wirkung auf die Polymermatrix, sondern fördert auch die Rekristallisation der Stärke. Im Vergleich zu HPMC neigt HPS stärker zur Rekristallisation, sodass der Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf HPS viel größer ist als bei HPMC.

Abb. 3-5 Zugeigenschaften von HPS/HPMC-Folien mit unterschiedlichen HPS/HPMC-Verhältnissen, ausgeglichen unter verschiedenen relativen Feuchtigkeitsbedingungen (RH). *: Verschiedene Zahlenbuchstaben unterscheiden sich deutlich bei verschiedenen RH, angewendet in der vollständigen Dissertation

3.3.6 Analyse der Sauerstoffdurchlässigkeit essbarer Verbundfolien

Essbare Verbundfolien werden als Lebensmittelverpackungsmaterial verwendet, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern, und ihre Sauerstoffbarriereleistung ist einer der wichtigen Indikatoren. Daher wurden die Sauerstoffdurchlässigkeitsraten von essbaren Filmen mit unterschiedlichen HPMC/HPS-Verhältnissen bei einer Temperatur von 23 °C gemessen und die Ergebnisse sind in Abbildung 3-6 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Sauerstoffdurchlässigkeit einer reinen HPS-Membran deutlich geringer ist als die einer reinen HPMC-Membran, was darauf hindeutet, dass die HPS-Membran bessere Sauerstoffbarriereeigenschaften aufweist als die HPMC-Membran. Aufgrund der niedrigen Viskosität und der Existenz amorpher Bereiche bildet HPMC leicht eine relativ lockere Netzwerkstruktur niedriger Dichte im Film; Im Vergleich zu HPS neigt es stärker zur Rekristallisation und es bildet sich leicht eine dichte Struktur im Film. Viele Studien haben gezeigt, dass Stärkefolien im Vergleich zu anderen Polymeren gute Sauerstoffbarriereeigenschaften aufweisen [139, 301, 335, 336].

Abb. 3-6 Sauerstoffdurchlässigkeit von HPS/HPMC-Mischfolien

Der Zusatz von HPS kann die Sauerstoffdurchlässigkeit von HPMC-Membranen erheblich verringern, und die Sauerstoffdurchlässigkeit von Verbundmembranen nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt stark ab. Der Zusatz des sauerstoffundurchlässigen HPS kann die Tortuosität des Sauerstoffkanals in der Verbundmembran erhöhen, was wiederum zu einer Verringerung der Sauerstoffpermeationsrate und letztendlich zu einer geringeren Sauerstoffpermeabilität führt. Ähnliche Ergebnisse wurden für andere native Stärken berichtet [139,301].

3.4 Zusammenfassung dieses Kapitels

In diesem Kapitel wurden unter Verwendung von HPMC und HPS als Hauptrohstoffen und der Zugabe von Polyethylenglykol als Weichmacher die essbaren Verbundfolien aus HPMC/HPS mit unterschiedlichen Verhältnissen durch das Gießverfahren hergestellt. Der Einfluss der inhärenten Eigenschaften der Komponenten und des Mischungsverhältnisses auf die mikroskopische Morphologie der Verbundmembran wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht; Die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembran wurden vom Tester für mechanische Eigenschaften untersucht. Der Einfluss der inhärenten Eigenschaften der Komponenten und des Mischungsverhältnisses auf die Sauerstoffbarriereeigenschaften und die Lichtdurchlässigkeit der Verbundfolie wurde mit einem Sauerstoffdurchlässigkeitstester und einem UV-Vis-Spektrophotometer untersucht. Dabei kamen Rasterelektronenmikroskopie, thermogravimetrische Analyse und dynamische Thermoanalyse zum Einsatz. Zur Untersuchung der Kompatibilität und Phasentrennung des Kalt-Heiß-Gel-Verbindungssystems wurden mechanische Analysen und andere Analysemethoden eingesetzt. Die wichtigsten Erkenntnisse lauten wie folgt:

1. Im Vergleich zu reinem HPMC ist es bei reinem HPS einfacher, eine homogene und glatte mikroskopische Oberflächenmorphologie zu bilden. Dies ist hauptsächlich auf die bessere molekulare Umlagerung der Stärkemakromoleküle (Amylosemoleküle und Amylopektinmoleküle) in der wässrigen Stärkelösung während des Abkühlprozesses zurückzuführen.
2. Verbindungen mit hohem HPMC-Gehalt bilden eher homogene Membranstrukturen. Dies beruht vor allem auf den Geleigenschaften von HPMC und HPS. Bei der Filmbildungstemperatur zeigen HPMC und HPS einen niedrigviskosen Lösungszustand bzw. einen hochviskosen Gelzustand. Die hochviskose dispergierte Phase ist in der niedrigviskosen kontinuierlichen Phase dispergiert. , ist es einfacher, ein homogenes System zu bilden.
3. Die relative Luftfeuchtigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien und der Grad ihrer Wirkung nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt zu. Bei niedrigerer relativer Luftfeuchtigkeit stiegen sowohl der Elastizitätsmodul als auch die Zugfestigkeit der Verbundfolien mit zunehmendem HPS-Gehalt, und die Bruchdehnung der Verbundfolien war deutlich geringer als die der reinen Komponentenfolien. Mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit nahmen der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit des Verbundfilms ab, und die Bruchdehnung nahm deutlich zu, und die Beziehung zwischen den mechanischen Eigenschaften des Verbundfilms und dem Mischungsverhältnis zeigte unter verschiedenen Bedingungen ein völlig entgegengesetztes Änderungsmuster relative Luftfeuchtigkeit. Die mechanischen Eigenschaften von Verbundmembranen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen weisen bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchtigkeitsbedingungen einen Schnittpunkt auf, der die Möglichkeit bietet, die Produktleistung je nach Anwendungsanforderungen zu optimieren.
4. Durch die Zugabe von HPS wurden die Sauerstoffbarriereeigenschaften der Verbundmembran deutlich verbessert. Die Sauerstoffdurchlässigkeit der Verbundmembran nahm mit zunehmendem HPS-Gehalt stark ab.
5. Im Kalt- und Heißgel-Compound-System HPMC/HPS besteht eine gewisse Kompatibilität zwischen den beiden Komponenten. In den REM-Bildern aller Verbundfolien wurde keine offensichtliche Zweiphasengrenzfläche gefunden, die meisten Verbundfolien wiesen in den DMA-Ergebnissen nur einen Glasübergangspunkt auf und in den DTG-Kurven der meisten Verbundfolien erschien nur ein thermischer Abbaupeak Filme. Es zeigt, dass zwischen HPMC und HPS eine gewisse Beschreibungskraft besteht.

Die obigen experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Verbindung von HPS und HPMC nicht nur die Produktionskosten von HPMC-Essfolien senken, sondern auch deren Leistung verbessern kann. Die mechanischen Eigenschaften, Sauerstoffbarriereeigenschaften und optischen Eigenschaften der essbaren Verbundfolie können durch Anpassen des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten und der relativen Luftfeuchtigkeit der äußeren Umgebung erreicht werden.

Kapitel 4 Beziehung zwischen Mikromorphologie und mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbindungssystems

Verglichen mit der höheren Mischungsentropie beim Mischen von Metalllegierungen ist die Mischungsentropie beim Polymercompoundieren normalerweise sehr gering und die Compoundierungswärme beim Compoundieren ist normalerweise positiv, was zu Polymercompoundierungsprozessen führt. Die Änderung der freien Gibbs-Energie ist positiv (���>), daher neigen Polymerformulierungen dazu, phasengetrennte Zweiphasensysteme zu bilden, und vollständig kompatible Polymerformulierungen sind sehr selten [242].

Mischbare Verbindungssysteme können in der Thermodynamik normalerweise eine Mischbarkeit auf molekularer Ebene erreichen und homogene Verbindungen bilden, sodass die meisten Polymerverbindungssysteme nicht mischbar sind. Allerdings können viele Polymerverbundsysteme unter bestimmten Bedingungen einen verträglichen Zustand erreichen und zu Verbundsystemen mit einer bestimmten Verträglichkeit werden [257].

Die makroskopischen Eigenschaften wie die mechanischen Eigenschaften von Polymerverbundsystemen hängen in hohem Maße von der Wechselwirkung und Phasenmorphologie ihrer Komponenten ab, insbesondere von der Kompatibilität zwischen Komponenten und der Zusammensetzung kontinuierlicher und dispergierter Phasen [301]. Daher ist es von großer Bedeutung, die mikroskopische Morphologie und die makroskopischen Eigenschaften des Verbundsystems zu untersuchen und die Beziehung zwischen ihnen herzustellen, was für die Steuerung der Eigenschaften von Verbundmaterialien durch Steuerung der Phasenstruktur und Kompatibilität des Verbundsystems von großer Bedeutung ist.

Bei der Untersuchung der Morphologie und des Phasendiagramms des komplexen Systems ist es sehr wichtig, geeignete Mittel zur Unterscheidung verschiedener Komponenten auszuwählen. Allerdings ist die Unterscheidung zwischen HPMC und HPS ziemlich schwierig, da beide eine gute Transparenz und einen ähnlichen Brechungsindex haben, sodass es schwierig ist, die beiden Komponenten durch optische Mikroskopie zu unterscheiden; Da es sich bei beiden um organisches Material auf Kohlenstoffbasis handelt, weisen die beiden außerdem eine ähnliche Energieabsorption auf, sodass es für die Rasterelektronenmikroskopie auch schwierig ist, das Komponentenpaar genau zu unterscheiden. Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie kann die Änderungen in der Morphologie und im Phasendiagramm des Protein-Stärke-Komplexsystems anhand des Flächenverhältnisses der Polysaccharidbande bei 1180–953 cm–1 und der Amidbande bei 1750–1483 cm–1 widerspiegeln [52, 337], aber diese Technik ist sehr komplex und erfordert typischerweise Fourier-Transformations-Infrarottechniken mit Synchrotronstrahlung, um ausreichenden Kontrast für HPMC/HPS-Hybridsysteme zu erzeugen. Es gibt auch Techniken, um diese Komponententrennung zu erreichen, wie etwa Transmissionselektronenmikroskopie und Kleinwinkel-Röntgenstreuung, aber diese Techniken sind meist komplex [338]. In diesem Thema wird die einfache Analysemethode mit dem optischen Mikroskop zum Färben von Jod verwendet, und das Prinzip, dass die Endgruppe der Amylose-Helixstruktur mit Jod reagieren kann, um Einschlusskomplexe zu bilden, wird verwendet, um das HPMC/HPS-Verbindungssystem durch Jodfärben zu färben Die HPS-Bauteile unterschieden sich von den HPMC-Bauteilen durch ihre unterschiedlichen Farben im Lichtmikroskop. Daher ist die Analysemethode des optischen Mikroskops mit Jodfärbung eine einfache und effektive Forschungsmethode für die Morphologie und das Phasendiagramm komplexer Systeme auf Stärkebasis.

In diesem Kapitel wurden die mikroskopische Morphologie, die Phasenverteilung, der Phasenübergang und andere Mikrostrukturen des HPMC/HPS-Verbindungssystems mittels einer Analyse unter dem optischen Mikroskop der Jodfärbung untersucht; und mechanische Eigenschaften und andere makroskopische Eigenschaften; und durch die Korrelationsanalyse der mikroskopischen Morphologie und makroskopischen Eigenschaften verschiedener Lösungskonzentrationen und Mischungsverhältnisse wurde die Beziehung zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbindungssystems hergestellt, um die HPMC/HPS zu kontrollieren. Legen Sie die Grundlage für die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen fest.

4.1 Materialien und Ausrüstung

4.1.1 Wichtigste experimentelle Materialien

4.2 Experimentelle Methode

4.2.1 Vorbereitung der HPMC/HPS-Verbindungslösung

Bereiten Sie HPMC-Lösung und HPS-Lösung in einer Konzentration von 3 %, 5 %, 7 % und 9 % vor, siehe 2.2.1 für die Zubereitungsmethode. HPMC-Lösung und HPS-Lösung entsprechend 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0 mischen: 100 verschiedene Verhältnisse wurden mit einer Geschwindigkeit von 250 U/min bei 21 °C 30 Minuten lang gemischt, und es wurden gemischte Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen und unterschiedlichen Verhältnissen erhalten.

4.2.2 Vorbereitung der HPMC/HPS-Verbundmembran

Siehe 3.2.1.

4.2.3 Herstellung von HPMC/HPS-Verbundkapseln

Beziehen Sie sich auf die mit der Methode in 2.2.1 hergestellte Lösung, verwenden Sie zum Eintauchen eine Edelstahlform und trocknen Sie sie bei 37 °C. Ziehen Sie die getrockneten Kapseln heraus, schneiden Sie den Überschuss ab und legen Sie sie zu einem Paar zusammen.

4.2.4 Optisches HPMC/HPS-Verbundfilmmikroskop

4.2.4.1 Prinzipien der optischen Mikroskopanalyse

Das optische Mikroskop nutzt das optische Prinzip der Vergrößerung der Abbildung durch eine konvexe Linse und verwendet zwei Sammellinsen, um den Öffnungswinkel der nahegelegenen winzigen Substanzen für die Augen zu erweitern und die Größe der winzigen Substanzen zu vergrößern, die vom menschlichen Auge nicht erkannt werden können bis die Größe der Stoffe für das menschliche Auge erkennbar ist.

4.2.4.2 Testmethode

Die HPMC/HPS-Verbindungslösungen unterschiedlicher Konzentrationen und Mischungsverhältnisse wurden bei 21 °C entnommen, auf einen Glasobjektträger getropft, zu einer dünnen Schicht gegossen und bei der gleichen Temperatur getrocknet. Die Filme wurden mit 1 % Jodlösung gefärbt (1 g Jod und 10 g Kaliumiodid wurden in einen 100-ml-Messkolben gegeben und in Ethanol gelöst), zur Beobachtung in das Lichtmikroskop gelegt und fotografiert.

4.2.5 Lichtdurchlässigkeit von HPMC/HPS-Verbundfolie

4.2.5.1 Analyseprinzip der UV-Vis-Spektrophotometrie

Wie 3.2.3.1.

4.2.5.1 Testmethode

Siehe 3.2.3.2.

4.2.6 Zugeigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien

4.2.6.1 Prinzip der Zugeigenschaftsanalyse

Wie 3.2.3.1.

4.2.6.1 Testmethode

Die Proben wurden nach 48-stündiger Äquilibrierung bei 73 % Luftfeuchtigkeit getestet. Zur Prüfmethode siehe 3.2.3.2.

4.3 Ergebnisse und Diskussion

4.3.1 Beobachtung der Produkttransparenz

Abbildung 4-1 zeigt essbare Filme und Kapseln, die durch Mischen von HPMC und HPS im Mischverhältnis 70:30 hergestellt wurden. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, weisen die Produkte eine gute Transparenz auf, was darauf hindeutet, dass HPMC und HPS ähnliche Brechungsindizes haben und nach dem Compoundieren der beiden eine homogene Verbindung erhalten werden kann.

4.3.2 Lichtmikroskopische Bilder von HPMC/HPS-Komplexen vor und nach der Färbung

Abbildung 4-2 zeigt die typische Morphologie vor und nach dem Färben von HPMC/HPS-Komplexen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, beobachtet unter einem optischen Mikroskop. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist es schwierig, die HPMC-Phase und die HPS-Phase in der ungefärbten Abbildung zu unterscheiden; Das gefärbte reine HPMC und das reine HPS zeigen ihre eigenen einzigartigen Farben, was auf die Reaktion von HPS und Jod durch Jodfärbung zurückzuführen ist. Seine Farbe wird dunkler. Daher werden die beiden Phasen im HPMC/HPS-Verbindungssystem einfach und klar unterschieden, was ein weiterer Beweis dafür ist, dass HPMC und HPS nicht mischbar sind und keine homogene Verbindung bilden können. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt die Fläche des dunklen Bereichs (HPS-Phase) in der Abbildung erwartungsgemäß weiter zu, was bestätigt, dass während dieses Prozesses eine zweiphasige Umlagerung stattfindet. Wenn der HPMC-Gehalt mehr als 40 % beträgt, liegt HPMC im Zustand einer kontinuierlichen Phase vor, und HPS ist in der kontinuierlichen Phase von HPMC als dispergierte Phase dispergiert. Wenn dagegen der HPMC-Gehalt weniger als 40 % beträgt, weist HPS einen Zustand einer kontinuierlichen Phase auf und HPMC ist in der kontinuierlichen Phase von HPS als dispergierte Phase dispergiert. Daher geschah in der 5 %igen HPMC/HPS-Verbindungslösung mit zunehmendem HPS-Gehalt das Gegenteil, wenn das Verbindungsverhältnis HPMC/HPS 40:60 betrug. Die kontinuierliche Phase wechselt von der anfänglichen HPMC-Phase zur späteren HPS-Phase. Durch Beobachtung der Phasenform ist ersichtlich, dass die HPMC-Phase in der HPS-Matrix nach der Dispersion kugelförmig ist, während die dispergierte Form der HPS-Phase in der HPMC-Matrix unregelmäßiger ist.

Darüber hinaus wurde durch Berechnung des Verhältnisses der Fläche der hell gefärbten Fläche (HPMC) zur dunkel gefärbten Fläche (HPS) im HPMC/HPS-Komplex nach dem Färben (ohne Berücksichtigung der Mesophasensituation) festgestellt, dass die Fläche von HPMC (helle Farbe)/HPS (dunkle Farbe) in der Abbildung Das Verhältnis ist immer größer als das tatsächliche HPMC/HPS-Verbindungsverhältnis. Beispielsweise wird im Färbediagramm einer HPMC/HPS-Verbindung mit einem Verbindungsverhältnis von 50:50 die Fläche von HPS im Interphasenbereich nicht berechnet und das Verhältnis von heller/dunkler Fläche beträgt 71/29. Dieses Ergebnis bestätigt die Existenz einer großen Anzahl von Mesophasen im HPMC/HPS-Verbundsystem.

Es ist bekannt, dass vollständig kompatible Polymer-Compoundierungssysteme ziemlich selten sind, da während des Polymer-Compoundierungsprozesses die Compoundierungswärme normalerweise positiv ist und sich die Compoundierungsentropie normalerweise kaum ändert, was dazu führt, dass sich die freie Energie während des Compoundierungsprozesses auf einen positiven Wert ändert. Allerdings versprechen HPMC und HPS im HPMC/HPS-Verbindungssystem immer noch ein höheres Maß an Kompatibilität, da HPMC und HPS beide hydrophile Polysaccharide sind, die gleiche Struktureinheit – Glucose – haben und über die gleiche funktionelle Gruppe verfügen, mit der sie modifiziert werden Hydroxypropyl. Das Phänomen mehrerer Mesophasen im HPMC/HPS-Verbindungssystem weist auch darauf hin, dass HPMC und HPS in der Verbindung einen gewissen Grad an Kompatibilität aufweisen, und ein ähnliches Phänomen tritt im Stärke-Polyvinylalkohol-Mischsystem mit zugesetztem Weichmacher auf. erschien auch [339].

4.3.3 Die Beziehung zwischen der mikroskopischen Morphologie und den makroskopischen Eigenschaften des Verbundsystems

Der Zusammenhang zwischen Morphologie, Phasentrennungsphänomen, Transparenz und mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems wurde im Detail untersucht. Abbildung 4-3 zeigt die Auswirkung des HPS-Gehalts auf die makroskopischen Eigenschaften wie Transparenz und Zugmodul des HPMC/HPS-Verbundsystems. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Transparenz von reinem HPMC höher ist als die von reinem HPS, hauptsächlich weil die Umkristallisation von Stärke die Transparenz von HPS verringert, und die Hydroxypropylmodifikation von Stärke ist auch ein wichtiger Grund für die Verringerung der Transparenz von HPS [340, 341]. Aus der Abbildung geht hervor, dass die Durchlässigkeit des HPMC/HPS-Verbundsystems mit der Differenz des HPS-Gehalts einen minimalen Wert annimmt. Die Transmission des Verbundsystems nimmt im Bereich von HPS-Gehalten unter 70 % mit zuit nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt ab; Wenn der HPS-Gehalt 70 % übersteigt, erhöht er sich mit zunehmendem HPS-Gehalt. Dieses Phänomen bedeutet, dass das HPMC/HPS-Verbindungssystem nicht mischbar ist, da das Phasentrennungsphänomen des Systems zu einer Verringerung der Lichtdurchlässigkeit führt. Im Gegenteil, der Young-Modul des Verbundsystems schien bei den unterschiedlichen Anteilen ebenfalls einen Minimalpunkt zu erreichen, und der Young-Modul nahm mit zunehmendem HPS-Gehalt weiter ab und erreichte den niedrigsten Punkt, als der HPS-Gehalt 60 % betrug. Der Modul nahm weiter zu, und der Modul nahm leicht zu. Der Elastizitätsmodul des HPMC/HPS-Verbindungssystems zeigte einen Minimalwert, was ebenfalls anzeigte, dass es sich bei dem Verbindungssystem um ein nicht mischbares System handelte. Der niedrigste Punkt der Lichtdurchlässigkeit des HPMC/HPS-Verbindungssystems stimmt mit dem Phasenübergangspunkt von der kontinuierlichen HPMC-Phase zur dispergierten Phase und dem niedrigsten Punkt des Elastizitätsmodulwerts in Abbildung 4-2 überein.

4.3.4 Der Einfluss der Lösungskonzentration auf die mikroskopische Morphologie des Verbundsystems

Abbildung 4-4 ​​zeigt die Auswirkung der Lösungskonzentration auf die Morphologie und den Phasenübergang des HPMC/HPS-Verbindungssystems. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, kann bei einer geringen Konzentration des 3 %igen HPMC/HPS-Verbindungssystems bei einem Verbindungsverhältnis von HPMC/HPS von 40:60 das Auftreten einer kokontinuierlichen Struktur beobachtet werden; während in der hohen Konzentration einer 7%igen Lösung diese kokontinuierliche Struktur in der Abbildung mit einem Mischungsverhältnis von 50:50 beobachtet wird. Dieses Ergebnis zeigt, dass der Phasenübergangspunkt des HPMC/HPS-Verbindungssystems eine gewisse Konzentrationsabhängigkeit aufweist und das HPMC/HPS-Verbindungsverhältnis des Phasenübergangs mit zunehmender Konzentration der Verbindungslösung zunimmt und HPS dazu neigt, eine kontinuierliche Phase zu bilden . . Darüber hinaus zeigten die in der kontinuierlichen HPMC-Phase dispergierten HPS-Domänen mit der Änderung der Konzentration ähnliche Formen und Morphologien; während die in der kontinuierlichen HPS-Phase dispergierten HPMC-Phasen bei unterschiedlichen Konzentrationen unterschiedliche Formen und Morphologien zeigten. und mit zunehmender Lösungskonzentration wurde die Dispersionsfläche von HPMC immer unregelmäßiger. Der Hauptgrund für dieses Phänomen liegt darin, dass die Viskosität der HPS-Lösung bei Raumtemperatur viel höher ist als die der HPMC-Lösung und die Tendenz der HPMC-Phase, einen sauberen kugelförmigen Zustand zu bilden, aufgrund der Oberflächenspannung unterdrückt wird.

4.3.5 Einfluss der Lösungskonzentration auf die mechanischen Eigenschaften des Verbundsystems

Entsprechend den Morphologien in Abb. 4-4 zeigt Abb. 4-5 die Zugeigenschaften der Verbundfilme, die unter Lösungen unterschiedlicher Konzentration gebildet werden. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Elastizitätsmodul und die Bruchdehnung des HPMC/HPS-Verbundsystems mit zunehmender Lösungskonzentration tendenziell abnehmen, was mit der allmählichen Umwandlung von HPMC von der kontinuierlichen Phase in die dispergierte Phase in Abbildung 4 übereinstimmt -4. Die mikroskopische Morphologie ist konsistent. Da der Young-Modul des HPMC-Homopolymers höher ist als der von HPS, wird vorhergesagt, dass der Young-Modul des HPMC/HPS-Verbundsystems verbessert wird, wenn HPMC die kontinuierliche Phase ist.

4.4 Zusammenfassung dieses Kapitels

In diesem Kapitel wurden HPMC/HPS-Verbindungslösungen und essbare Verbundfilme mit unterschiedlichen Konzentrationen und Mischungsverhältnissen hergestellt und die mikroskopische Morphologie und der Phasenübergang des HPMC/HPS-Verbindungssystems durch optische Mikroskopanalyse der Jodfärbung beobachtet, um Stärkephasen zu unterscheiden. Die Lichtdurchlässigkeit und die mechanischen Eigenschaften des essbaren Verbundfilms aus HPMC/HPS wurden mit einem UV-Vis-Spektrophotometer und einem Prüfgerät für mechanische Eigenschaften untersucht, und die Auswirkungen unterschiedlicher Konzentrationen und Mischungsverhältnisse auf die optischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften des Mischungssystems wurden untersucht. Die Beziehung zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurde durch die Kombination der Mikrostruktur des Verbundsystems, wie Mikrostruktur, Phasenübergang und Phasentrennung, und makroskopischen Eigenschaften, wie etwa optischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften, hergestellt. Die wichtigsten Erkenntnisse lauten wie folgt:

1. Die Methode der optischen Mikroskopanalyse zur Unterscheidung von Stärkephasen durch Jodfärbung ist die einfachste, direkteste und effektivste Methode zur Untersuchung der Morphologie und des Phasenübergangs von Verbindungssystemen auf Stärkebasis. Bei der Jodfärbung erscheint die Stärkephase unter Lichtmikroskopie immer dunkler, während HPMC nicht angefärbt wird und daher eine hellere Farbe aufweist.
2. Das HPMC/HPS-Verbindungssystem ist nicht mischbar, und es gibt einen Phasenübergangspunkt im Verbindungssystem, und dieser Phasenübergangspunkt weist eine gewisse Abhängigkeit vom Verbindungsverhältnis und der Lösungskonzentration auf.
3. Das HPMC/HPS-Verbindungssystem weist eine gute Kompatibilität auf und eine große Anzahl von Mesophasen ist im Verbindungssystem vorhanden. In der Zwischenphase wird die kontinuierliche Phase in der dispergierten Phase im Partikelzustand dispergiert.
4. Die dispergierte Phase von HPS in der HPMC-Matrix zeigte bei unterschiedlichen Konzentrationen eine ähnliche Kugelform; HPMC zeigte eine unregelmäßige Morphologie in der HPS-Matrix, und die Unregelmäßigkeit der Morphologie nahm mit zunehmender Konzentration zu.
5. Der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur, Phasenübergang, Transparenz und mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems wurde festgestellt. A. Der niedrigste Punkt der Transparenz des Verbundsystems stimmt mit dem Phasenübergangspunkt von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase und dem minimalen Punkt der Abnahme des Zugmoduls überein. b. Der Elastizitätsmodul und die Bruchdehnung nehmen mit zunehmender Lösungskonzentration ab, was ursächlich mit der morphologischen Veränderung von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase im Verbundsystem zusammenhängt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die makroskopischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems eng mit seiner mikroskopischen morphologischen Struktur, seinem Phasenübergang, seiner Phasentrennung und anderen Phänomenen zusammenhängen und dass die Eigenschaften der Verbundstoffe durch die Steuerung der Phasenstruktur und Kompatibilität des Verbundwerkstoffs reguliert werden können System.

Kapitel 5 Einfluss des HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrads auf die rheologischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbindungssystems

Es ist bekannt, dass kleine Veränderungen in der chemischen Struktur von Stärke zu dramatischen Veränderungen ihrer rheologischen Eigenschaften führen können. Daher bietet die chemische Modifizierung die Möglichkeit, die rheologischen Eigenschaften stärkebasierter Produkte zu verbessern und zu steuern [342]. Die Beherrschung des Einflusses der chemischen Struktur der Stärke auf ihre rheologischen Eigenschaften wiederum kann die strukturellen Eigenschaften von Produkten auf Stärkebasis besser verstehen und eine Grundlage für die Entwicklung modifizierter Stärken mit verbesserten funktionellen Eigenschaften der Stärke liefern [235]. Hydroxypropylstärke ist eine professionelle modifizierte Stärke, die im Lebensmittel- und Medizinbereich weit verbreitet ist. Es wird üblicherweise durch die Veretherungsreaktion von nativer Stärke mit Propylenoxid unter alkalischen Bedingungen hergestellt. Hydroxypropyl ist eine hydrophile Gruppe. Die Einführung dieser Gruppen in die Stärkemolekülkette kann die intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen, die die Struktur der Stärkekörnchen aufrechterhalten, aufbrechen oder schwächen. Daher hängen die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Hydroxypropylstärke mit dem Grad der Substitution von Hydroxypropylgruppen in ihrer Molekülkette zusammen [233, 235, 343, 344].

In vielen Studien wurde die Auswirkung des Hydroxypropyl-Substitutionsgrads auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Hydroxypropylstärke untersucht. Han et al. untersuchten die Auswirkungen von Hydroxypropyl-Wachsstärke und Hydroxypropyl-Maisstärke auf die Struktur und Retrogradationseigenschaften koreanischer Klebreiskuchen. Die Studie ergab, dass Hydroxypropylierung die Gelatinierungstemperatur von Stärke senken und das Wasserhaltevermögen von Stärke verbessern kann. Leistung und hemmte signifikant das Alterungsphänomen der Stärke in koreanischen Klebreiskuchen [345]. Kaur et al. untersuchte die Auswirkung der Hydroxypropylsubstitution auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften verschiedener Kartoffelstärkesorten und stellte fest, dass der Grad der Hydroxypropylsubstitution von Kartoffelstärke je nach Sorte variierte und ihre Auswirkung auf die Eigenschaften von Stärke mit großer Partikelgröße signifikanter war; Die Hydroxypropylierungsreaktion verursacht viele Fragmente und Rillen auf der Oberfläche der Stärkekörner. Die Hydroxypropylsubstitution kann die Quelleigenschaften, die Wasserlöslichkeit und die Löslichkeit von Stärke in Dimethylsulfoxid deutlich verbessern und die Transparenz der Paste verbessern [346]. Lawal et al. untersuchten die Auswirkung der Hydroxypropylsubstitution auf die Eigenschaften von Süßkartoffelstärke. Die Studie zeigte, dass nach der Hydroxypropylmodifikation das freie Quellvermögen und die Wasserlöslichkeit von Stärke verbessert wurden; die Rekristallisation und Retrogradation nativer Stärke wurden gehemmt; Die Verdaulichkeit wird verbessert [347]. Schmitz et al. stellten Hydroxypropyltapiokastärke her und stellten fest, dass sie ein höheres Quellvermögen und eine höhere Viskosität, eine geringere Alterungsgeschwindigkeit und eine höhere Gefrier-Tau-Stabilität aufweist [344].

Allerdings gibt es nur wenige Studien zu den rheologischen Eigenschaften von Hydroxypropylstärke, und über die Auswirkungen der Hydroxypropylmodifikation auf die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften von Verbundsystemen auf Stärkebasis wurde bisher nur selten berichtet. Chun et al. untersuchten die Rheologie einer niedrig konzentrierten (5 %) Hydroxypropyl-Reisstärkelösung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wirkung der Hydroxypropylmodifikation auf die stationäre und dynamische Viskoelastizität der Stärkelösung mit dem Grad der Substitution zusammenhängt und dass eine geringe Menge an Hydroxypropylpropylsubstitution die rheologischen Eigenschaften von Stärkelösungen erheblich verändern kann; Der Viskositätskoeffizient von Stärkelösungen nimmt mit zunehmendem Substitutionsgrad ab und die Temperaturabhängigkeit ihrer rheologischen Eigenschaften nimmt mit zunehmendem Hydroxypropylsubstitutionsgrad zu. Mit steigendem Substitutionsgrad nimmt die Menge ab [342]. Lee et al. untersuchten die Wirkung der Hydroxypropylsubstitution auf die physikalischen Eigenschaften und rheologischen Eigenschaften von Süßkartoffelstärke und die Ergebnisse zeigten, dass die Quellfähigkeit und Wasserlöslichkeit der Stärke mit zunehmendem Grad der Hydroxypropylsubstitution zunahmen; Der Enthalpiewert nimmt mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab; Der Viskositätskoeffizient, die komplexe Viskosität, die Fließspannung, die komplexe Viskosität und der dynamische Modul der Stärkelösung nehmen alle mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad, Flüssigkeitsindex und Verlustfaktor ab. Sie nehmen mit dem Grad der Hydroxypropyl-Substitution zu. die Gelstärke des Stärkeleims nimmt ab, die Gefrier-Tau-Stabilität nimmt zu und der Synäreseeffekt nimmt ab [235].

In diesem Kapitel wurde die Auswirkung des HPS-Hydroxypropylsubstitutionsgrads auf die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften des Kalt- und Heißgelverbindungssystems HPMC/HPS untersucht. Die Übergangssituation ist von großer Bedeutung für ein vertieftes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Strukturbildung und rheologischen Eigenschaften. Darüber hinaus wurde der Gelierungsmechanismus des HPMC/HPS-Reverse-Cooling-Compound-Systems vorab diskutiert, um theoretische Hinweise für andere ähnliche Reverse-Heat-Cooling-Gelsysteme zu geben.

5.1 Materialien und Ausrüstung

5.1.1 Wichtigste experimentelle Materialien

5.1.2 Hauptinstrumente und Ausrüstung

5.2 Experimentelle Methode

5.2.1 Herstellung zusammengesetzter Lösungen

Es wurden 15 % HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen (100/0, 50/50, 0/100) und HPS mit unterschiedlichen Hydroxypropylsubstitutionsgraden (G80, A939, A1081) hergestellt. Die Herstellungsmethoden von A1081, A939, HPMC und ihren Verbindungslösungen sind in 2.2.1 dargestellt. G80 und seine Verbindungslösungen mit HPMC werden durch Rühren unter den Bedingungen von 1500 psi und 110 °C in einem Autoklaven gelatiniert, da native G80-Stärke einen hohen Amylosegehalt (80 %) aufweist und ihre Gelatinierungstemperatur höher als 100 °C ist, was nicht möglich ist erreicht durch die ursprüngliche Wasserbad-Gelatinierungsmethode [348].

5.2.2 Rheologische Eigenschaften von HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichem Grad der HPS-Hydroxypropylsubstitution

5.2.2.1 Prinzip der rheologischen Analyse

Wie 2.2.2.1

5.2.2.2 Durchflussmodus-Testmethode

Es wurde eine parallele Plattenklemme mit einem Durchmesser von 60 mm verwendet und der Plattenabstand auf 1 mm eingestellt.

1. Es gibt eine Vorscherfließtestmethode und eine dreistufige Thixotropie. Wie 2.2.2.2.
2. Fließtestverfahren ohne Vorscherung und thixotrope Ringthixotropie. Die Prüftemperatur beträgt 25 °C, a. Scheren mit zunehmender Geschwindigkeit, Schergeschwindigkeitsbereich 0-1000 s-1, Scherzeit 1 Minute; B. Konstante Scherung, Scherrate 1000 s-1, Scherzeit 1 min; C. Scheren mit reduzierter Geschwindigkeit, der Schergeschwindigkeitsbereich beträgt 1000-0s-1 und die Scherzeit beträgt 1 Minute.

5.2.2.3 Prüfverfahren im Oszillationsmodus

Es wurde eine parallele Plattenhalterung mit einem Durchmesser von 60 mm verwendet und der Plattenabstand auf 1 mm eingestellt.

1. Deformationsvariablen-Sweep. Prüftemperatur 25 °C, Frequenz 1 Hz, Verformung 0,01-100 %.
2. Temperaturscan. Frequenz 1 Hz, Verformung 0,1 %, a. Heizprozess, Temperatur 5-85 °C, Heizrate 2 °C/min; B. Kühlprozess, Temperatur 85-5 °C, Kühlrate 2 °C/min. Um die Probe herum wird eine Silikonöldichtung verwendet, um Feuchtigkeitsverlust während des Tests zu vermeiden.
3. Frequenzdurchlauf. Variation 0,1 %, Frequenz 1-100 rad/s. Die Tests wurden bei 5 °C bzw. 85 °C durchgeführt und vor dem Test 5 Minuten lang bei der Testtemperatur äquilibriert.

Der Zusammenhang zwischen dem Speichermodul G‘ und dem Verlustmodul G‘‘ der Polymerlösung und der Kreisfrequenz ω folgt einem Potenzgesetz:

wobei n′ und n″ die Steigungen von log G′-log ω bzw. log G″-log ω sind;

G0′ und G0″ sind die Achsenabschnitte von log G′-log ω bzw. log G″-log ω.

5.2.3 Optisches Mikroskop

5.2.3.1 Geräteprinzip

Wie 4.2.3.1

5.2.3.2 Testmethode

Die 3 %ige 5:5 HPMC/HPS-Verbindungslösung wurde bei verschiedenen Temperaturen von 25 °C, 45 °C und 85 °C entnommen, auf einen Glasobjektträger getropft, der bei der gleichen Temperatur gehalten wurde, und zu einem dünnen Film gegossen. Schichtlösung aufgetragen und bei gleicher Temperatur getrocknet. Die Filme wurden mit 1 % Jodlösung gefärbt, zur Beobachtung in den Bereich des Lichtmikroskops gelegt und fotografiert.

5.3 Ergebnisse und Diskussion

5.3.1 Viskositäts- und Fließmusteranalyse

5.3.1.1 Fließtestverfahren ohne Vorscherung und thixotrope Ringthixotropie

Unter Verwendung der Fließtestmethode ohne Vorscherung und der thixotropen Ringthixotropiemethode wurde die Viskosität einer HPMC/HPS-Verbindungslösung mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution HPS untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 5-1 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Viskosität aller Proben mit zunehmender Scherrate unter Einwirkung der Scherkraft einen abnehmenden Trend zeigt, was auf ein gewisses Maß an Strukturviskosität hinweist. Die meisten hochkonzentrierten Polymerlösungen oder -schmelzen unterliegen unter Scherung einer starken Entwirrung und molekularen Umlagerung und zeigen somit ein pseudoplastisches Flüssigkeitsverhalten [305, 349, 350]. Allerdings sind die Scherverdünnungsgrade von HPMC/HPS-Verbindungslösungen von HPS mit unterschiedlichen Hydroxypropyl-Substitutionsgraden unterschiedlich.

Abb. 5-1 Viskositäten vs. Schergeschwindigkeit der HPS/HPMC-Lösung mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS (ohne Vorscherung zeigen die Voll- und Hohlsymbole den Prozess zunehmender bzw. abnehmender Geschwindigkeit)

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Viskosität und der Scherverdünnungsgrad der reinen HPS-Probe höher sind als die der HPMC/HPS-Verbindungsprobe, während der Scherverdünnungsgrad der HPMC-Lösung am niedrigsten ist, hauptsächlich aufgrund der Viskosität von HPS bei niedriger Temperatur ist deutlich höher als bei HPMC. Darüber hinaus steigt bei der HPMC/HPS-Verbindungslösung mit dem gleichen Verbindungsverhältnis die Viskosität mit dem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad. Dies kann daran liegen, dass die Anlagerung von Hydroxypropylgruppen an Stärkemoleküle die intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen aufbricht und so zum Zerfall der Stärkekörner führt. Durch die Hydroxypropylierung wurde das Scherverdünnungsphänomen von Stärke deutlich reduziert, wobei das Scherverdünnungsphänomen von nativer Stärke am offensichtlichsten war. Mit der kontinuierlichen Erhöhung des Hydroxypropylsubstitutionsgrads nahm der Scherverdünnungsgrad von HPS allmählich ab.

Alle Proben weisen thixotrope Ringe auf der Scherspannungs-Schergeschwindigkeitskurve auf, was darauf hinweist, dass alle Proben einen bestimmten Grad an Thixotropie aufweisen. Die thixotrope Festigkeit wird durch die Größe der thixotropen Ringfläche dargestellt. Je thixotroper die Probe ist [351]. Der Fließindex n und der Viskositätskoeffizient K der Probenlösung können mit dem Ostwald-de-Waele-Potenzgesetz berechnet werden (siehe Gleichung (2-1)).

Tabelle 5-1 Fließverhaltensindex (n) und Flüssigkeitskonsistenzindex (K) während des Prozesses mit zunehmender und abnehmender Geschwindigkeit und Thixotropieschleifenbereich der HPS/HPMC-Lösung mit unterschiedlichem Hydropropylsubstitutionsgrad von HPS bei 25 °C

Tabelle 5-1 zeigt den Fließindex n, den Viskositätskoeffizienten K und die thixotrope Ringfläche von HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution HPS im Prozess zunehmender und abnehmender Scherung. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass der Fließindex n aller Proben kleiner als 1 ist, was darauf hinweist, dass es sich bei allen Probenlösungen um pseudoplastische Flüssigkeiten handelt. Für das HPMC/HPS-Verbindungssystem mit dem gleichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad steigt der Fließindex n mit zunehmendem HPMC-Gehalt, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von HPMC dazu führt, dass die Verbindungslösung stärkere Newtonsche Flüssigkeitseigenschaften aufweist. Allerdings nahm mit zunehmendem HPMC-Gehalt der Viskositätskoeffizient K kontinuierlich ab, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von HPMC die Viskosität der Verbindungslösung verringerte, da der Viskositätskoeffizient K proportional zur Viskosität war. Der n-Wert und der K-Wert von reinem HPS mit unterschiedlichen Hydroxypropyl-Substitutionsgraden in der Stufe steigender Scherung nahmen beide mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, was darauf hindeutet, dass eine Hydroxypropylierungsmodifikation die Pseudoplastizität von Stärke verbessern und die Viskosität von Stärkelösungen verringern kann. Im Gegensatz dazu nimmt der Wert von n mit zunehmendem Substitutionsgrad in der Stufe abnehmender Scherung zu, was darauf hindeutet, dass die Hydroxypropylierung das Newtonsche Fluidverhalten der Lösung nach Hochgeschwindigkeitsscherung verbessert. Der n-Wert und der K-Wert des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurden sowohl durch die HPS-Hydroxypropylierung als auch durch HPMC beeinflusst, was das Ergebnis ihrer kombinierten Wirkung war. Im Vergleich zur Stufe mit zunehmender Scherung wurden die n-Werte aller Proben in der Stufe mit abnehmender Scherung größer, während die K-Werte kleiner wurden, was darauf hindeutet, dass die Viskosität der Verbindungslösung nach der Scherung mit hoher Geschwindigkeit verringert wurde Das Newtonsche Flüssigkeitsverhalten der Verbindungslösung wurde verbessert. .

Die Fläche des thixotropen Rings nahm mit zunehmendem HPMC-Gehalt ab, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von HPMC die Thixotropie der Verbindungslösung verringerte und ihre Stabilität verbesserte. Bei der HPMC/HPS-Verbindungslösung mit demselben Mischungsverhältnis nimmt die Fläche des thixotropen Rings mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, was darauf hindeutet, dass die Hydroxypropylierung die Stabilität von HPS verbessert.

5.3.1.2 Scherverfahren mit Vorschneiden und dreistufiges Thixotropierverfahren

Die Schermethode mit Vorscherung wurde verwendet, um die Änderung der Viskosität einer HPMC/HPS-Verbindungslösung mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution HPS mit der Schergeschwindigkeit zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 5-2 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die HPMC-Lösung nahezu keine Scherverdünnung zeigt, während die anderen Proben eine Scherverdünnung zeigen. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen, die mit der Schermethode ohne Vorscheren erzielt wurden. Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass die stark hydroxypropylsubstituierte Probe bei niedrigen Schergeschwindigkeiten einen Plateaubereich aufweist.

Abb. 5-2 Viskositäten vs. Schergeschwindigkeit der HPS/HPMC-Lösung mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS (mit Vorscherung)

Die durch Anpassung erhaltene Nullviskosität (h0), der Fließindex (n) und der Viskositätskoeffizient (K) sind in Tabelle 5-2 aufgeführt. Aus der Tabelle können wir ersehen, dass für die reinen HPS-Proben die mit beiden Methoden erhaltenen n-Werte mit dem Substitutionsgrad zunehmen, was darauf hindeutet, dass das feststoffartige Verhalten der Stärkelösung mit zunehmendem Substitutionsgrad abnimmt. Mit zunehmendem HPMC-Gehalt zeigten alle n-Werte einen Abwärtstrend, was darauf hindeutet, dass HPMC das feststoffartige Verhalten der Lösung verringerte. Dies zeigt, dass die qualitativen Analyseergebnisse der beiden Methoden konsistent sind.

Beim Vergleich der für dieselbe Probe mit verschiedenen Testmethoden erhaltenen Daten wird festgestellt, dass der nach dem Vorscheren erhaltene Wert von n immer größer ist als der mit der Methode ohne Vorscheren erhaltene Wert, was darauf hinweist, dass das durch das Vorscheren erhaltene Verbundsystem erhalten wurde Bei der Schermethode handelt es sich um ein Feststoff-ähnliches Verhalten, das geringer ist als bei der Methode ohne Vorscheren. Dies liegt daran, dass das im Test ohne Vorscherung erhaltene Endergebnis tatsächlich das Ergebnis der kombinierten Wirkung von Schergeschwindigkeit und Scherzeit ist, während bei der Testmethode mit Vorscherung zunächst der thixotrope Effekt durch hohe Scherung für einen bestimmten Zeitraum eliminiert wird Zeit. Daher können mit dieser Methode das Scherverdünnungsphänomen und die Fließeigenschaften des Verbundsystems genauer bestimmt werden.

Aus der Tabelle können wir auch ersehen, dass für das gleiche Mischungsverhältnis (5:5) der n-Wert des Mischungssystems nahe bei 1 liegt und das vorgescherte n mit dem Grad der Hydroxypropylsubstitution zunimmt. Dies zeigt, dass HPMC vorhanden ist eine kontinuierliche Phase im Verbundsystem, und HPMC hat eine stärkere Wirkung auf Stärkeproben mit niedrigem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad, was mit dem Ergebnis übereinstimmt, dass der n-Wert mit zunehmendem Substitutionsgrad zunimmt, ohne dass im Gegenteil eine Vorscherung erfolgt. Die K-Werte der Verbindungssysteme mit unterschiedlichem Substitutionsgrad in den beiden Methoden sind ähnlich und es gibt keinen besonders offensichtlichen Trend, während die Null-Scherviskosität einen deutlichen Abwärtstrend zeigt, da die Null-Scherviskosität unabhängig von der Scherung ist Rate. Die Grenzviskosität kann die Eigenschaften des Stoffes selbst genau widerspiegeln.

Abb. 5-3 Dreiintervallthixotropie der HPS/HPMC-Mischlösung mit unterschiedlichem Hydropropylsubstitutionsgrad von HPS

Mithilfe der dreistufigen thixotropen Methode wurde der Einfluss unterschiedlicher Grade der Hydroxypropylsubstitution von Hydroxypropylstärke auf die thixotropen Eigenschaften des Verbundsystems untersucht. Aus Abbildung 5-3 ist ersichtlich, dass in der Stufe mit niedriger Scherung die Lösungsviskosität mit zunehmendem HPMC-Gehalt abnimmt und mit zunehmendem Substitutionsgrad abnimmt, was mit dem Gesetz der Null-Scherviskosität übereinstimmt.

Der Grad der Strukturerholung nach unterschiedlichen Zeiten in der Erholungsphase wird durch die Viskositätserholungsrate DSR ausgedrückt, und die Berechnungsmethode ist in 2.3.2 dargestellt. Aus Tabelle 5-2 ist ersichtlich, dass der DSR von reinem HPS innerhalb derselben Erholungszeit deutlich niedriger ist als der von reinem HPMC, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass das HPMC-Molekül eine starre Kette ist und seine Relaxationszeit kurz ist Die Struktur kann in kurzer Zeit wiederhergestellt werden. genesen. Obwohl es sich bei HPS um eine flexible Kette handelt, ist die Relaxationszeit lang und die Wiederherstellung der Struktur dauert lange. Mit zunehmendem Substitutionsgrad nimmt der DSR von reinem HPS mit zunehmendem Substitutionsgrad ab, was darauf hindeutet, dass die Hydroxypropylierung die Flexibilität der Stärkemolekülkette verbessert und die Relaxationszeit von HPS verlängert. Der DSR der Verbindungslösung ist niedriger als der von reinen HPS- und reinen HPMC-Proben, aber mit zunehmendem Substitutionsgrad von HPS-Hydroxypropyl steigt der DSR der Verbindungsprobe, was darauf hindeutet, dass die Thixotropie des Verbindungssystems mit dem zunimmt Anstieg der HPS-Hydroxypropylsubstitution. Sie nimmt mit steigendem Radikalsubstitutionsgrad ab, was mit den Ergebnissen ohne Vorscherung übereinstimmt.

Tabelle 5-2 Nullscherviskosität (h0), Fließverhaltensindex (n), Flüssigkeitskonsistenzindex (K) während der zunehmenden Geschwindigkeit und der Grad der Strukturerholung (DSR) nach einer bestimmten Erholungszeit für die HPS/HPMC-Lösung mit unterschiedlichem Hydropropyl Substitutionsgrad von HPS bei 25 °C

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Steady-State-Test ohne Vorscherung und der thixotrope Ringthixotropietest Proben mit großen Leistungsunterschieden qualitativ analysieren können, für Verbindungen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden jedoch mit kleinen Leistungsunterschieden. Die Forschungsergebnisse der Lösung sind im Widerspruch dazu die tatsächlichen Ergebnisse, da die gemessenen Daten die umfassenden Ergebnisse des Einflusses von Schergeschwindigkeit und Scherzeit sind und den Einfluss einer einzelnen Variablen nicht wirklich widerspiegeln können.

5.3.2 Linearer viskoelastischer Bereich

Es ist bekannt, dass bei Hydrogelen der Speichermodul G‘ durch die Härte, Festigkeit und Anzahl der effektiven Molekülketten bestimmt wird und der Verlustmodul G‘‘ durch die Migration, Bewegung und Reibung kleiner Moleküle und funktioneller Gruppen bestimmt wird . Sie wird durch den Reibungsenergieverbrauch wie Vibration und Rotation bestimmt. Existenzzeichen des Schnittpunkts von Speichermodul G‘ und Verlustmodul G‘‘ (d. h. tan δ = 1). Der Übergang von der Lösung zum Gel wird als Gelpunkt bezeichnet. Der Speichermodul G′ und der Verlustmodul G″ werden häufig zur Untersuchung des Gelierungsverhaltens, der Bildungsgeschwindigkeit und der Struktureigenschaften der Gelnetzwerkstruktur verwendet [352]. Sie können auch die interne Strukturentwicklung und die molekulare Struktur während der Bildung der Gelnetzwerkstruktur widerspiegeln. Interaktion [353].

Abbildung 5-4 zeigt die Spannungsdurchlaufkurven von HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichem Grad an Hydroxypropylsubstitution (HPS) bei einer Frequenz von 1 Hz und einem Spannungsbereich von 0,01 % bis 100 %. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass im unteren Verformungsbereich (0,01–1 %) alle Proben außer HPMC G′ > G″ aufweisen, was einen Gelzustand anzeigt. Für HPMC liegt G′ in der gesamten Form vor. Der Variablenbereich ist immer kleiner als G“, was darauf hinweist, dass sich HPMC im Lösungszustand befindet. Darüber hinaus ist die Verformungsabhängigkeit der Viskoelastizität verschiedener Proben unterschiedlich. Bei der G80-Probe ist die Frequenzabhängigkeit der Viskoelastizität offensichtlicher: Wenn die Verformung mehr als 0,3 % beträgt, ist zu erkennen, dass G' allmählich abnimmt, begleitet von einem deutlichen Anstieg von G“. Anstieg sowie ein signifikanter Anstieg des tan δ; und schneiden sich, wenn der Verformungsgrad 1,7 % beträgt, was darauf hinweist, dass die Gelnetzwerkstruktur von G80 stark beschädigt ist, nachdem der Verformungsgrad 1,7 % überschreitet, und dass es sich in einem Lösungszustand befindet.

Abb. 5-4 Speichermodul (G′) und Verlustmodul (G″) vs. Dehnung für HPS/HPMC-Mischungen mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS (Die Voll- und Hohlsymbole stellen G′ bzw. G″ dar)

Abb. 5-5 tan δ vs. Dehnung für HPMC/HPS-Mischlösung mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der lineare viskoelastische Bereich von reinem HPS offensichtlich mit der Abnahme des Hydroxypropylsubstitutionsgrads enger wird. Mit anderen Worten, wenn der HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad zunimmt, treten die signifikanten Änderungen in der tan δ-Kurve tendenziell im Bereich höherer Verformungsmengen auf. Insbesondere ist der linear viskoelastische Bereich von G80 der schmalste aller Proben. Zur Bestimmung wird daher der linear viskoelastische Bereich von G80 herangezogen

Kriterien zur Bestimmung des Wertes der Verformungsgröße in der folgenden Versuchsreihe. Für das HPMC/HPS-Verbindungssystem mit dem gleichen Mischungsverhältnis verengt sich auch der lineare viskoelastische Bereich mit der Abnahme des Hydroxypropyl-Substitutionsgrads von HPS, aber der schrumpfende Effekt des Hydroxypropyl-Substitutionsgrads auf den linearen viskoelastischen Bereich ist nicht so offensichtlich.

5.3.3 Viskoelastische Eigenschaften beim Erhitzen und Abkühlen

Die dynamischen viskoelastischen Eigenschaften von HPMC/HPS-Verbindungslösungen von HPS mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution sind in Abbildung 5-6 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, weist HPMC während des Erhitzungsprozesses vier Stufen auf: eine anfängliche Plateauregion, zwei Strukturbildungsstufen und eine abschließende Plateauregion. Im anfänglichen Plateaustadium, G′ < G″, sind die Werte von G′ und G″ klein und neigen dazu, mit zunehmender Temperatur leicht abzunehmen, was das übliche viskoelastische Verhalten einer Flüssigkeit zeigt. Die thermische Gelierung von HPMC weist zwei unterschiedliche Stadien der Strukturbildung auf, die durch den Schnittpunkt von G′ und G″ (d. h. den Lösungs-Gel-Übergangspunkt, etwa 49 °C) begrenzt werden, was mit früheren Berichten übereinstimmt. Konsistent [160, 354]. Bei hohen Temperaturen bildet HPMC aufgrund der hydrophoben und hydrophilen Assoziation allmählich eine netzwerkübergreifende Struktur [344, 355, 356]. Im Plateaubereich des Schwanzes sind die Werte von G‘ und G‘‘ hoch, was darauf hindeutet, dass die HPMC-Gelnetzwerkstruktur vollständig ausgebildet ist.

Diese vier HPMC-Stufen treten nacheinander in umgekehrter Reihenfolge auf, wenn die Temperatur sinkt. Der Schnittpunkt von G′ und G″ verschiebt sich während der Abkühlphase in den Niedertemperaturbereich bei etwa 32 °C, was möglicherweise auf Hysterese [208] oder den Kondensationseffekt der Kette bei niedriger Temperatur [355] zurückzuführen ist. Ähnlich wie bei HPMC gibt es auch bei anderen Proben während des Erhitzungsprozesses vier Stufen, und das reversible Phänomen tritt während des Abkühlungsprozesses auf. Aus der Abbildung ist jedoch ersichtlich, dass G80 und A939 einen vereinfachten Prozess ohne Schnittpunkt zwischen G' und G“ zeigen und die Kurve von G80 nicht einmal erscheint. Der Plattformbereich hinten.

Bei reinem HPS kann ein höherer Grad an Hydroxypropylsubstitution sowohl die Anfangs- als auch die Endtemperatur der Gelbildung verschieben, insbesondere die Anfangstemperatur, die für G80, A939 bzw. A1081 61 °C beträgt. , 62 °C und 54 °C. Darüber hinaus neigen bei HPMC/HPS-Proben mit dem gleichen Mischungsverhältnis die Werte von G‘ und G‘‘ mit zunehmendem Substitutionsgrad tendenziell beide dazu, abzunehmen, was mit den Ergebnissen früherer Studien übereinstimmt [357, 358]. Mit zunehmendem Substitutionsgrad wird die Textur des Gels weicher. Daher bricht die Hydroxypropylierung die geordnete Struktur der nativen Stärke und verbessert ihre Hydrophilie [343].

Bei den HPMC/HPS-Verbindungsproben nahmen sowohl G′ als auch G″ mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, was mit den Ergebnissen von reinem HPS übereinstimmte. Darüber hinaus hatte der Substitutionsgrad bei der Zugabe von HPMC einen signifikanten Einfluss auf G‘. Der Effekt mit G‘‘ wird weniger ausgeprägt.

Die viskoelastischen Kurven aller HPMC/HPS-Verbundproben zeigten den gleichen Trend, der HPS bei niedriger Temperatur und HPMC bei hoher Temperatur entsprach. Mit anderen Worten: Bei niedriger Temperatur dominiert HPS die viskoelastischen Eigenschaften des Verbundsystems, während HPMC bei hoher Temperatur die viskoelastischen Eigenschaften des Verbundsystems bestimmt. Dieses Ergebnis ist hauptsächlich auf HPMC zurückzuführen. Insbesondere ist HPS ein Kaltgel, das beim Erhitzen vom Gelzustand in den Lösungszustand übergeht; Im Gegenteil, HPMC ist ein heißes Gel, das mit zunehmender Temperatur allmählich eine Gelnetzwerkstruktur bildet. Beim HPMC/HPS-Verbundsystem werden die Geleigenschaften des Verbundsystems bei niedrigen Temperaturen hauptsächlich durch das HPS-Kaltgel bestimmt, und bei hohen Temperaturen, bei warmen Temperaturen, dominiert die Gelierung von HPMC im Verbundsystem.

Abb. 5-6 Speichermodul (G′), Verlustmodul (G″) und tan δ vs. Temperatur für HPS/HPMC-Mischlösung mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS

Der Modul des HPMC/HPS-Verbundsystems liegt erwartungsgemäß zwischen den Modulen von reinem HPMC und reinem HPS. Darüber hinaus weist das komplexe System im gesamten Temperaturscanbereich G′ > G″ auf, was darauf hindeutet, dass sowohl HPMC als auch HPS intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen bzw. auch untereinander intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen bilden können. Darüber hinaus weisen alle komplexen Systeme auf der Verlustfaktorkurve einen tan δ-Peak bei etwa 45 °C auf, was darauf hinweist, dass im komplexen System ein kontinuierlicher Phasenübergang stattgefunden hat. Dieser Phasenübergang wird im nächsten Abschnitt 5.3.6 besprochen. die Diskussion fortsetzen.

5.3.4 Einfluss der Temperatur auf die Viskosität der Mischung

Das Verständnis des Einflusses der Temperatur auf die rheologischen Eigenschaften von Materialien ist wichtig, da bei der Verarbeitung und Lagerung ein großer Temperaturbereich auftreten kann [359, 360]. Im Bereich von 5 °C – 85 °C ist der Einfluss der Temperatur auf die komplexe Viskosität von HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution HPS in Abbildung 5-7 dargestellt. Aus Abbildung 5-7(a) ist ersichtlich, dass die komplexe Viskosität von reinem HPS mit steigender Temperatur deutlich abnimmt; Die Viskosität von reinem HPMC nimmt mit zunehmender Temperatur vom Ausgangswert auf 45 °C leicht ab. verbessern.

Die Viskositätskurven aller Verbindungsproben zeigten ähnliche Trends mit der Temperatur, wobei sie zunächst mit steigender Temperatur abnahmen und dann mit steigender Temperatur zunahmen. Darüber hinaus liegt die Viskosität der zusammengesetzten Proben bei niedriger Temperatur näher an der von HPS und bei hoher Temperatur näher an der von HPMC. Dieses Ergebnis hängt auch mit dem besonderen Gelierungsverhalten von HPMC und HPS zusammen. Die Viskositätskurve der zusammengesetzten Probe zeigte einen schnellen Übergang bei 45 °C, wahrscheinlich aufgrund eines Phasenübergangs im HPMC/HPS-Verbindungssystem. Es ist jedoch anzumerken, dass die Viskosität der G80/HPMC 5:5-Verbindungsprobe bei hoher Temperatur höher ist als die von reinem HPMC, was hauptsächlich auf die höhere Grenzviskosität von G80 bei hoher Temperatur zurückzuführen ist [361]. Bei gleichem Mischungsverhältnis nimmt die Verbindungsviskosität des Mischungssystems mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab. Daher kann die Einführung von Hydroxypropylgruppen in Stärkemoleküle zum Aufbrechen intramolekularer Wasserstoffbrückenbindungen in Stärkemolekülen führen.

Abb. 5-7 Komplexe Viskosität vs. Temperatur für HPS/HPMC-Mischungen mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS

Der Einfluss der Temperatur auf die komplexe Viskosität des HPMC/HPS-Verbindungssystems entspricht innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs der Arrhenius-Beziehung, und die komplexe Viskosität weist eine exponentielle Beziehung zur Temperatur auf. Die Arrhenius-Gleichung lautet wie folgt:

Unter diesen ist η* die komplexe Viskosität Pa s;

A ist eine Konstante, Pa s;

T ist die absolute Temperatur, K;

R ist die Gaskonstante, 8,3144 J·mol–1·K–1;

E ist die Aktivierungsenergie, J·mol–1.

Nach Formel (5-3) angepasst, kann die Viskositäts-Temperatur-Kurve des Verbundsystems entsprechend dem tan δ-Peak bei 45 °C in zwei Teile geteilt werden; das Verbundsystem bei 5 °C – 45 °C und 45 °C – 85 °. Die Werte der Aktivierungsenergie E und der Konstante A, die durch Anpassung im Bereich von C erhalten werden, sind in Tabelle 5-3 aufgeführt. Die berechneten Werte der Aktivierungsenergie E liegen zwischen −174 kJ·mol−1 und 124 kJ·mol−1, und die Werte der Konstante A liegen zwischen 6,24×10−11 Pa·s und 1,99×1028 Pa·s. Innerhalb des Anpassungsbereichs waren die angepassten Korrelationskoeffizienten höher (R2 = 0,9071 – 0,9892), mit Ausnahme der G80/HPMC-Stichprobe. Die G80/HPMC-Probe hat einen niedrigeren Korrelationskoeffizienten (R2 = 0,4435) im Temperaturbereich von 45 °C – 85 °C, was möglicherweise auf die inhärent höhere Härte von G80 und sein schnelleres Gewicht im Vergleich zu anderen HPS-Kristallisationsraten zurückzuführen ist [ 362]. Diese Eigenschaft von G80 erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass es bei der Verbindung mit HPMC inhomogene Verbindungen bildet.

Im Temperaturbereich von 5 °C – 45 °C ist der E-Wert der HPMC/HPS-Verbundprobe etwas niedriger als der von reinem HPS, was möglicherweise auf die Wechselwirkung zwischen HPS und HPMC zurückzuführen ist. Reduzieren Sie die Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Der E-Wert von reinem HPMC ist höher als der der anderen Proben. Die Aktivierungsenergien für alle stärkehaltigen Proben wiesen niedrige positive Werte auf, was darauf hindeutet, dass bei niedrigeren Temperaturen die Abnahme der Viskosität mit der Temperatur weniger ausgeprägt war und die Formulierungen eine stärkeähnliche Textur aufwiesen.

Tabelle 5-3 Parameter der Arrhenius-Gleichung (E: Aktivierungsenergie; A: Konstante; R 2: Bestimmungskoeffizient) aus Gleichung (1) für die HPS/HPMC-Mischungen mit unterschiedlichen Hydroxypropylierungsgraden von HPS

Im höheren Temperaturbereich von 45 °C – 85 °C änderte sich der E-Wert jedoch qualitativ zwischen reinen HPS- und HPMC/HPS-Verbundproben, und der E-Wert reiner HPSs betrug 45,6 kJ·mol−1 – im Bereich von 124 kJ·mol−1, die E-Werte der Komplexe liegen im Bereich von -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1. Diese Änderung zeigt den starken Einfluss von HPMC auf die Aktivierungsenergie des komplexen Systems, da der E-Wert von reinem HPMC -174 kJ mol−1 beträgt. Die E-Werte von reinem HPMC und dem zusammengesetzten System sind negativ, was darauf hindeutet, dass bei höheren Temperaturen die Viskosität mit zunehmender Temperatur zunimmt und die Verbindung eine HPMC-ähnliche Verhaltenstextur aufweist.

Die Auswirkungen von HPMC und HPS auf die komplexe Viskosität von HPMC/HPS-Verbindungssystemen bei hoher und niedriger Temperatur stehen im Einklang mit den diskutierten viskoelastischen Eigenschaften.

5.3.5 Dynamische mechanische Eigenschaften

Die Abbildungen 5-8 zeigen die Frequenzdurchlaufkurven bei 5 °C von HPMC/HPS-Verbindungslösungen von HPS mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass reines HPS ein typisches feststoffähnliches Verhalten aufweist (G′ > G″), während HPMC ein flüssigkeitsähnliches Verhalten aufweist (G′ < G″). Alle HPMC/HPS-Formulierungen zeigten ein feststoffähnliches Verhalten. Bei den meisten Proben nehmen sowohl G′ als auch G″ mit zunehmender Frequenz zu, was darauf hindeutet, dass das festkörperartige Verhalten des Materials stark ausgeprägt ist.

Reine HPMCs weisen eine deutliche Frequenzabhängigkeit auf, die in reinen HPS-Proben schwer zu erkennen ist. Wie erwartet zeigte das HPMC/HPS-Komplexsystem eine gewisse Frequenzabhängigkeit. Für alle HPS-haltigen Proben ist n′ immer kleiner als n″ und G″ zeigt eine stärkere Frequenzabhängigkeit als G′, was darauf hindeutet, dass diese Proben elastischer als viskos sind [352, 359, 363]. Daher wird die Leistung der zusammengesetzten Proben hauptsächlich durch HPS bestimmt, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass HPMC bei niedriger Temperatur einen Lösungszustand mit niedrigerer Viskosität aufweist.

Tabelle 5-4 n′, n″, G0′ und G0″ für HPS/HPMC mit unterschiedlichem Hydropropylsubstitutionsgrad von HPS bei 5 °C, bestimmt aus Gleichungen. (5-1) und (5-2)

Abb. 5-8 Speichermodul (G′) und Verlustmodul (G″) vs. Häufigkeit für HPS/HPMC-Mischungen mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS bei 5 °C

Reine HPMCs weisen eine deutliche Frequenzabhängigkeit auf, die in reinen HPS-Proben schwer zu erkennen ist. Wie für den HPMC/HPS-Komplex zu erwarten war, zeigte das Ligandensystem eine gewisse Frequenzabhängigkeit. Für alle HPS-haltigen Proben ist n′ immer kleiner als n″ und G″ zeigt eine stärkere Frequenzabhängigkeit als G′, was darauf hindeutet, dass diese Proben elastischer als viskos sind [352, 359, 363]. Daher wird die Leistung der zusammengesetzten Proben hauptsächlich durch HPS bestimmt, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass HPMC bei niedriger Temperatur einen Lösungszustand mit niedrigerer Viskosität aufweist.

Die Abbildungen 5-9 zeigen die Frequenzdurchlaufkurven von HPMC/HPS-Verbindungslösungen von HPS mit unterschiedlichen Graden der Hydroxypropylsubstitution bei 85 °C. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, zeigten alle anderen HPS-Proben außer A1081 ein typisches festkörperartiges Verhalten. Für A1081 liegen die Werte von G' und G'' sehr nahe beieinander und G' ist etwas kleiner als G'', was darauf hindeutet, dass sich A1081 wie eine Flüssigkeit verhält.

Dies kann daran liegen, dass A1081 ein kaltes Gel ist und bei hoher Temperatur einen Übergang vom Gel zur Lösung durchläuft. Andererseits nahmen bei Proben mit dem gleichen Mischungsverhältnis die Werte von n′, n″, G0′ und G0″ (Tabelle 5-5) alle mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, was darauf hindeutet, dass die Hydroxypropylierung den Feststoffgehalt verringerte. ähnliches Verhalten von Stärke bei hoher Temperatur (85°C). Insbesondere liegen n′ und n″ von G80 nahe bei 0 und zeigen ein starkes festkörperartiges Verhalten; Im Gegensatz dazu liegen die n′- und n″-Werte von A1081 nahe bei 1, was ein starkes Flüssigkeitsverhalten zeigt. Diese n'- und n''-Werte stimmen mit den Daten für G' und G'' überein. Darüber hinaus kann der Grad der Hydroxypropylsubstitution, wie aus den Abbildungen 5–9 hervorgeht, die Frequenzabhängigkeit von HPS bei hohen Temperaturen deutlich verbessern.

Abb. 5-9 Speichermodul (G′) und Verlustmodul (G″) vs. Häufigkeit für HPS/HPMC-Mischungen mit unterschiedlichem Hydropropyl-Substitutionsgrad von HPS bei 85 °C

Die Abbildungen 5–9 zeigen, dass HPMC bei 85 °C ein typisches feststoffähnliches Verhalten (G′ > G″) zeigt, was hauptsächlich auf seine Thermogeleigenschaften zurückzuführen ist. Darüber hinaus variieren G′ und G″ von HPMC mit der Frequenz. Der Anstieg änderte sich nicht wesentlich, was darauf hindeutet, dass es keine klare Frequenzabhängigkeit gibt.

Für das HPMC/HPS-Verbindungssystem liegen die Werte von n′ und n″ beide nahe bei 0, und G0′ ist deutlich höher als G0 (Tabelle″ 5-5), was sein festkörperähnliches Verhalten bestätigt. Andererseits kann eine höhere Hydroxypropylsubstitution HPS von einem feststoffähnlichen zu einem flüssigkeitsähnlichen Verhalten verschieben, ein Phänomen, das in den zusammengesetzten Lösungen nicht auftritt. Darüber hinaus blieben bei dem mit HPMC zugesetzten Verbundsystem mit zunehmender Häufigkeit sowohl G' als auch G'' relativ stabil, und die Werte von n' und n'' lagen nahe denen von HPMC. Alle diese Ergebnisse legen nahe, dass HPMC die Viskoelastizität des zusammengesetzten Systems bei einer hohen Temperatur von 85 °C dominiert.

Tabelle 5-5 n′, n″, G0′ und G0″ für HPS/HPMC mit unterschiedlicher Hydropropylsubstitution von HPS bei 85 °C, bestimmt aus Gleichungen. (5-1) und (5-2)

5.3.6 Morphologie des HPMC/HPS-Verbundsystems

Der Phasenübergang des HPMC/HPS-Verbindungssystems wurde mit einem optischen Jodfärbungsmikroskop untersucht. Das HPMC/HPS-Verbindungssystem mit einem Mischungsverhältnis von 5:5 wurde bei 25 °C, 45 °C und 85 °C getestet. Die Bilder des Farblichtmikroskops unten sind in den Abbildungen 5–10 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die HPS-Phase nach dem Färben mit Jod eine dunklere Farbe annimmt und die HPMC-Phase eine hellere Farbe zeigt, da sie nicht mit Jod gefärbt werden kann. Daher können die beiden Phasen von HPMC/HPS klar unterschieden werden. Bei höheren Temperaturen nimmt die Fläche dunkler Regionen (HPS-Phase) zu und die Fläche heller Regionen (HPMC-Phase) ab. Insbesondere ist HPMC (helle Farbe) bei 25 °C die kontinuierliche Phase im HPMC/HPS-Verbundsystem, und die kleine kugelförmige HPS-Phase (dunkle Farbe) ist in der kontinuierlichen HPMC-Phase dispergiert. Im Gegensatz dazu wurde HPMC bei 85 °C zu einer sehr kleinen und unregelmäßig geformten dispergierten Phase, die in der kontinuierlichen HPS-Phase dispergiert war.

Abb. 5-8 Morphologien gefärbter 1:1 HPMC/HPS-Mischungen bei 25 °C, 45 °C und 85 °C

Mit zunehmender Temperatur sollte es einen Übergangspunkt in der Phasenmorphologie der kontinuierlichen Phase von HPMC zu HPS im HPMC/HPS-Verbindungssystem geben. Theoretisch sollte es auftreten, wenn die Viskosität von HPMC und HPS gleich oder sehr ähnlich ist. Wie aus den 45 °C-Mikroaufnahmen in den Abbildungen 5–10 ersichtlich ist, erscheint nicht das typische „Meer-Insel“-Phasendiagramm, sondern es wird eine kokontinuierliche Phase beobachtet. Diese Beobachtung bestätigt auch die Tatsache, dass möglicherweise ein Phasenübergang der kontinuierlichen Phase am tan δ-Peak in der in 5.3.3 diskutierten Verlustfaktor-Temperatur-Kurve stattgefunden hat.

Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass bei niedriger Temperatur (25 °C) einige Teile der dunklen HPS-dispersen Phase einen gewissen Grad an heller Farbe zeigen, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass ein Teil der HPMC-Phase in der HPS-Phase vorhanden ist Form einer dispergierten Phase. Mitte. Zufälligerweise sind bei hoher Temperatur (85 °C) einige kleine dunkle Partikel in der hell gefärbten dispergierten HPMC-Phase verteilt, und diese kleinen dunklen Partikel sind die kontinuierliche HPS-Phase. Diese Beobachtungen legen nahe, dass im HPMC-HPS-Verbindungssystem ein gewisser Grad an Mesophase vorhanden ist, was auch darauf hinweist, dass HPMC eine gewisse Kompatibilität mit HPS aufweist.

5.3.7 Schematische Darstellung des Phasenübergangs des HPMC/HPS-Verbindungssystems

Basierend auf dem klassischen rheologischen Verhalten von Polymerlösungen und Verbundgelpunkten [216, 232] und dem Vergleich mit den in der Arbeit diskutierten Komplexen wird ein Prinzipmodell für die Strukturumwandlung von HPMC/HPS-Komplexen mit der Temperatur vorgeschlagen, wie in Abb . 5-11.

Abb. 5-11 Schematische Strukturen des Sol-Gel-Übergangs von HPMC (a); HPS (b); und HPMC/HPS (c)

Das Gelverhalten von HPMC und der damit verbundene Lösungs-Gel-Übergangsmechanismus wurden ausführlich untersucht [159, 160, 207, 208]. Eine der weithin akzeptierten Annahmen ist, dass die HPMC-Ketten in Lösung in Form aggregierter Bündel vorliegen. Diese Cluster sind durch die Umhüllung einiger unsubstituierter oder schwer löslicher Cellulosestrukturen miteinander verbunden und durch hydrophobe Aggregation von Methylgruppen und Hydroxylgruppen mit dicht substituierten Regionen verbunden. Bei niedrigen Temperaturen bilden Wassermoleküle käfigartige Strukturen außerhalb der hydrophoben Methylgruppen und Wasserhüllenstrukturen außerhalb hydrophiler Gruppen wie Hydroxylgruppen, wodurch verhindert wird, dass HPMC bei niedrigen Temperaturen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ketten bildet. Wenn die Temperatur steigt, absorbiert HPMC Energie und diese Wasserkäfig- und Wasserhüllenstrukturen werden aufgebrochen, was die Kinetik des Lösung-Gel-Übergangs darstellt. Durch das Aufbrechen des Wasserkäfigs und der Wasserhülle werden die Methyl- und Hydroxypropylgruppen der wässrigen Umgebung ausgesetzt, was zu einer deutlichen Erhöhung des freien Volumens führt. Bei höherer Temperatur wird aufgrund der hydrophoben Assoziation hydrophober Gruppen und der hydrophilen Assoziation hydrophiler Gruppen schließlich die dreidimensionale Netzwerkstruktur des Gels gebildet, wie in Abbildung 5-11(a) dargestellt.

Nach der Gelatinierung der Stärke löst sich Amylose aus den Stärkekörnern und bildet eine hohle einzelne helikale Struktur, die kontinuierlich gewickelt ist und schließlich einen Zustand zufälliger Knäuel aufweist. Diese Einzelhelix-Struktur bildet innen einen hydrophoben Hohlraum und außen eine hydrophile Oberfläche. Diese dichte Struktur der Stärke verleiht ihr eine bessere Stabilität [230–232]. Daher liegt HPS in wässriger Lösung bei hoher Temperatur in Form variabler Zufallsknäuel mit einigen gestreckten helikalen Segmenten vor. Wenn die Temperatur sinkt, werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen HPS und Wassermolekülen aufgebrochen und gebundenes Wasser geht verloren. Schließlich entsteht durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülketten eine dreidimensionale Netzwerkstruktur und es entsteht ein Gel, wie in Abbildung 5-11(b) dargestellt.

Wenn zwei Komponenten mit sehr unterschiedlichen Viskositäten vermischt werden, neigt die hochviskose Komponente normalerweise dazu, eine dispergierte Phase zu bilden und wird in der kontinuierlichen Phase der niedrigviskosen Komponente dispergiert. Bei niedrigen Temperaturen ist die Viskosität von HPMC deutlich niedriger als die von HPS. Daher bildet HPMC eine kontinuierliche Phase, die die hochviskose HPS-Gelphase umgibt. An den Rändern der beiden Phasen verlieren die Hydroxylgruppen an den HPMC-Ketten einen Teil des gebundenen Wassers und bilden intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen mit den HPS-Molekülketten. Während des Erhitzungsprozesses bewegten sich die HPS-Molekülketten, da sie ausreichend Energie absorbierten, und bildeten Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen, was zum Aufbrechen der Gelstruktur führte. Gleichzeitig wurden die Wasserkäfigstruktur und die Wasserhüllenstruktur der HPMC-Kette zerstört und nach und nach aufgebrochen, um hydrophile Gruppen und hydrophobe Cluster freizulegen. Bei hoher Temperatur bildet HPMC aufgrund intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophober Assoziation eine Gelnetzwerkstruktur und wird so zu einer hochviskosen dispergierten Phase, die in der kontinuierlichen HPS-Phase aus Zufallsknäueln dispergiert ist, wie in Abbildung 5-11(c) dargestellt. Daher dominierten HPS und HPMC die rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften und Phasenmorphologie der Verbundgele bei niedrigen bzw. hohen Temperaturen.

Durch die Einführung von Hydroxypropylgruppen in Stärkemoleküle wird deren interne geordnete intramolekulare Wasserstoffbindungsstruktur aufgebrochen, sodass die gelatinierten Amylosemoleküle in einem gequollenen und gestreckten Zustand vorliegen, was das effektive Hydratationsvolumen der Moleküle erhöht und die Tendenz von Stärkemolekülen, sich zufällig zu verwickeln, hemmt in wässriger Lösung [362]. Daher erschweren die sperrigen und hydrophilen Eigenschaften von Hydroxypropyl die Rekombination von Amylose-Molekülketten und die Bildung von Vernetzungsregionen [233]. Daher neigt HPS im Vergleich zu nativer Stärke dazu, bei sinkender Temperatur eine lockerere und weichere Gelnetzwerkstruktur zu bilden.

Mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad gibt es mehr gestreckte helikale Fragmente in der HPS-Lösung, die mehr intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen mit der HPMC-Molekülkette an der Grenze der beiden Phasen bilden können und so eine gleichmäßigere Struktur bilden. Darüber hinaus verringert die Hydroxypropylierung die Viskosität der Stärke, wodurch der Viskositätsunterschied zwischen HPMC und HPS in der Formulierung verringert wird. Daher verschiebt sich der Phasenübergangspunkt im HPMC/HPS-Komplexsystem mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad zu niedrigen Temperaturen. Dies kann durch die abrupte Änderung der Viskosität mit der Temperatur der rekonstituierten Proben in 5.3.4 bestätigt werden.

5.4 Kapitelzusammenfassung

In diesem Kapitel wurden HPMC/HPS-Verbindungslösungen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden hergestellt und die Auswirkung des HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrads auf die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften des HPMC/HPS-Kalt- und Heißgel-Verbindungssystems mittels Rheometer untersucht. Die Phasenverteilung des HPMC/HPS-Kalt- und Heißgel-Verbundsystems wurde durch Analyse mit einem optischen Mikroskop mit Jodfärbung untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse lauten wie folgt:

1. Bei Raumtemperatur nahmen die Viskosität und die Scherverdünnung der HPMC/HPS-Verbindungslösung mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Einführung einer Hydroxypropylgruppe in das Stärkemolekül dessen intramolekulare Wasserstoffbindungsstruktur zerstört und die Hydrophilie der Stärke verbessert.
2. Bei Raumtemperatur werden die Nullviskosität h0, der Fließindex n und der Viskositätskoeffizient K von HPMC/HPS-Verbindungslösungen sowohl durch HPMC als auch durch Hydroxypropylierung beeinflusst. Mit zunehmendem HPMC-Gehalt sinkt die Nullscherviskosität h0, der Fließindex n steigt und der Viskositätskoeffizient K sinkt; Die Nullscherviskosität h0, der Fließindex n und der Viskositätskoeffizient K von reinem HPS nehmen alle mit der Hydroxylgruppe zu. Mit zunehmendem Propylsubstitutionsgrad wird sie kleiner; aber für das Verbundsystem nimmt die Nullscherviskosität h0 mit zunehmendem Substitutionsgrad ab, während der Fließindex n und die Viskositätskonstante K mit zunehmendem Substitutionsgrad zunehmen.
3. Das Scherverfahren mit Vorscherung und die dreistufige Thixotropie können die Viskosität, Fließeigenschaften und Thixotropie der Verbundlösung genauer wiedergeben.
4. Der lineare viskoelastische Bereich des HPMC/HPS-Verbindungssystems verengt sich mit der Abnahme des Hydroxypropyl-Substitutionsgrads von HPS.
5. In diesem Kalt-Heiß-Gelverbindungssystem können HPMC und HPS bei niedrigen bzw. hohen Temperaturen kontinuierliche Phasen bilden. Diese Phasenstrukturänderung kann die komplexe Viskosität, die viskoelastischen Eigenschaften, die Frequenzabhängigkeit und die Geleigenschaften des komplexen Gels erheblich beeinflussen.
6. Als dispergierte Phasen können HPMC und HPS die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften von HPMC/HPS-Verbundsystemen bei hohen bzw. niedrigen Temperaturen bestimmen. Die viskoelastischen Kurven der HPMC/HPS-Verbundproben stimmten mit HPS bei niedriger Temperatur und HPMC bei hoher Temperatur überein.
7. Auch der unterschiedliche Grad der chemischen Modifikation der Stärkestruktur hatte einen signifikanten Einfluss auf die Geleigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass die komplexe Viskosität, der Speichermodul und der Verlustmodul mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad alle abnehmen. Daher kann die Hydroxypropylierung nativer Stärke deren geordnete Struktur zerstören und die Hydrophilie der Stärke erhöhen, was zu einer weichen Geltextur führt.
8. Durch Hydroxypropylierung kann das feststoffartige Verhalten von Stärkelösungen bei niedrigen Temperaturen und das flüssigkeitsartige Verhalten bei hohen Temperaturen verringert werden. Bei niedriger Temperatur wurden die Werte von n′ und n″ mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad größer; Bei hohen Temperaturen wurden die n′- und n″-Werte mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad kleiner.
9. Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur, den rheologischen Eigenschaften und den Geleigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems wurde festgestellt. Sowohl die abrupte Änderung in der Viskositätskurve des zusammengesetzten Systems als auch der tan δ-Peak in der Verlustfaktorkurve erscheinen bei 45 °C, was mit dem in der mikroskopischen Aufnahme beobachteten kokontinuierlichen Phasenphänomen (bei 45 °C) übereinstimmt.

Zusammenfassend weist das HPMC/HPS-Kalt-Heiß-Gel-Verbundsystem eine spezielle temperaturkontrollierte Phasenmorphologie und Eigenschaften auf. Durch verschiedene chemische Modifikationen von Stärke und Cellulose kann das Kalt- und Heißgel-Compound-System HPMC/HPS für die Entwicklung und Anwendung hochwertiger intelligenter Materialien genutzt werden.

Kapitel 6 Auswirkungen des HPS-Substitutionsgrads auf Eigenschaften und Systemkompatibilität von HPMC/HPS-Verbundmembranen

Aus Kapitel 5 ist ersichtlich, dass die Änderung der chemischen Struktur der Komponenten im Verbundsystem den Unterschied in den rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften und anderen Verarbeitungseigenschaften des Verbundsystems bestimmt. Die Gesamtleistung hat einen erheblichen Einfluss.

Dieses Kapitel konzentriert sich auf den Einfluss der chemischen Struktur der Komponenten auf die Mikrostruktur und die makroskopischen Eigenschaften der HPMC/HPS-Verbundmembran. In Kombination mit dem Einfluss von Kapitel 5 auf die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems werden die rheologischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems ermittelt – Beziehung zwischen Filmeigenschaften.

6.1 Materialien und Ausrüstung

6.1.1 Wichtigste experimentelle Materialien

6.1.2 Hauptinstrumente und Ausrüstung

6.2 Experimentelle Methode

6.2.1 Herstellung von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

Die Gesamtkonzentration der Verbindungslösung beträgt 8 % (Gew./Gew.), das HPMC/HPS-Verbindungsverhältnis beträgt 10:0, 5:5, 0:10, der Weichmacher ist 2,4 % (Gew./Gew.) Polyethylenglykol, das essbare Ein HPMC/HPS-Verbundfilm wurde durch ein Gießverfahren hergestellt. Zur spezifischen Zubereitungsmethode siehe 3.2.1.

6.2.2 Mikrodomänenstruktur von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

6.2.2.1 Das Prinzip der Mikrostrukturanalyse der Synchrotronstrahlung – Röntgenkleinwinkelstreuung

Small Angel X-ray Scattering (SAXS) bezieht sich auf das Streuphänomen, das dadurch verursacht wird, dass der Röntgenstrahl die zu prüfende Probe in einem kleinen Winkel nahe dem Röntgenstrahl bestrahlt. Basierend auf dem nanoskaligen Elektronendichteunterschied zwischen dem Streuer und dem umgebenden Medium wird die Kleinwinkel-Röntgenstreuung häufig bei der Untersuchung fester, kolloidaler und flüssiger Polymermaterialien im Nanobereich eingesetzt. Im Vergleich zur Weitwinkel-Röntgenbeugungstechnologie kann SAXS Strukturinformationen in größerem Maßstab erhalten, die zur Analyse der Konformation von Polymermolekülketten, langperiodischen Strukturen sowie der Phasenstruktur und Phasenverteilung von Polymerkomplexsystemen verwendet werden können . Die Synchrotron-Röntgenlichtquelle ist eine neuartige Hochleistungslichtquelle, die die Vorteile hoher Reinheit, hoher Polarisation, schmaler Impulse, hoher Helligkeit und hoher Kollimation aufweist, sodass die nanoskaligen Strukturinformationen von Materialien schneller erhalten werden können und genau. Durch die Analyse des SAXS-Spektrums der gemessenen Substanz kann qualitativ die Gleichmäßigkeit der Elektronenwolkendichte, die Gleichmäßigkeit der einphasigen Elektronenwolkendichte (positive Abweichung vom Porod- oder Debye-Theorem) und die Klarheit der Zweiphasengrenzfläche (negative Abweichung von Porod) ermittelt werden oder Debyes Theorem). ), Streuer-Selbstähnlichkeit (ob es fraktale Merkmale aufweist), Streuer-Dispersität (von Guinier bestimmte Monodispersität oder Polydispersität) und andere Informationen sowie die fraktale Dimension des Streuers, den Gyrationsradius und die durchschnittliche Schicht sich wiederholender Einheiten können ebenfalls quantitativ ermittelt werden. Dicke, durchschnittliche Größe, Streuvolumenanteil, spezifische Oberfläche und andere Parameter.

6.2.2.2 Testmethode

Im Australian Synchrotron Radiation Centre (Clayton, Victoria, Australien) wurde die weltweit fortschrittlichste Synchrotronstrahlungsquelle der dritten Generation (Fluss 1013 Photonen/s, Wellenlänge 1,47 Å) verwendet, um die Mikrodomänenstruktur und andere damit verbundene Informationen des Verbundwerkstoffs zu bestimmen Film. Das zweidimensionale Streumuster der Testprobe wurde mit dem Pilatus 1M-Detektor (169 × 172 μm Fläche, 172 × 172 μm Pixelgröße) erfasst und die gemessene Probe lag im Bereich von 0,015 < q < 0,15 Å−1 ( q ist der Streuvektor) Die innere eindimensionale Kleinwinkel-Röntgenstreukurve wird mit der ScatterBrain-Software aus dem zweidimensionalen Streumuster erhalten und der Streuvektor q und der Streuwinkel 2 werden durch die Formel i / umgerechnet. Wo ist die Röntgenwellenlänge? Alle Daten wurden vor der Datenanalyse vornormiert.

6.2.3 Thermogravimetrische Analyse von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad

6.2.3.1 Prinzip der thermogravimetrischen Analyse

Wie 3.2.5.1

6.2.3.2 Testmethode

Siehe 3.2.5.2

6.2.4 Zugeigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad

6.2.4.1 Prinzip der Zugeigenschaftsanalyse

Wie 3.2.6.1

6.2.4.2 Testmethode

Siehe 3.2.6.2

Gemäß ISO37-Standard wird es in hantelförmige Splines mit einer Gesamtlänge von 35 mm, einem Abstand zwischen den Markierungslinien von 12 mm und einer Breite von 2 mm geschnitten. Alle Prüfkörper wurden für mehr als 3 Tage bei 75 % Luftfeuchtigkeit äquilibriert.

6.2.5 Sauerstoffdurchlässigkeit von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad

6.2.5.1 Prinzip der Sauerstoffpermeabilitätsanalyse

Wie 3.2.7.1

6.2.5.2 Testmethode

Siehe 3.2.7.2

6.3 Ergebnisse und Diskussion

6.3.1 Kristallstrukturanalyse von HPMC/HPS-Verbundfilmen mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad

Abbildung 6-1 zeigt die Kleinwinkel-Röntgenstreuungsspektren von HPMC/HPS-Verbundfilmen mit unterschiedlichem Grad der HPS-Hydroxypropylsubstitution. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass im relativ großen Bereich von q > 0,3 Å (2θ > 40) in allen Membranproben deutliche charakteristische Peaks auftreten. Aus dem Röntgenstreumuster des reinen Komponentenfilms (Abb. 6-1a) geht hervor, dass reines HPMC einen starken charakteristischen Röntgenstreupeak bei 0,569 Å aufweist, was darauf hinweist, dass HPMC einen Röntgenstreupeak im Weitwinkel aufweist Bereich von 7,70 (2θ > 50). Kristallcharakteristische Peaks, die darauf hinweisen, dass HPMC hier eine bestimmte kristalline Struktur aufweist. Sowohl reine A939- als auch A1081-Stärkefilmproben zeigten einen deutlichen Röntgenstreupeak bei 0,397 Å, was darauf hindeutet, dass HPS einen kristallinen charakteristischen Peak im Weitwinkelbereich von 5,30 aufweist, der dem B-Typ-Kristallpeak von Stärke entspricht. Aus der Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass A939 mit geringer Hydroxypropylsubstitution eine größere Peakfläche aufweist als A1081 mit hoher Substitution. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Einführung einer Hydroxypropylgruppe in die Stärkemolekülkette die ursprüngliche geordnete Struktur der Stärkemoleküle aufbricht, die Umlagerung und Vernetzung zwischen Stärkemolekülketten erschwert und den Grad der Rekristallisation der Stärke verringert. Mit zunehmendem Substitutionsgrad der Hydroxypropylgruppe wird die hemmende Wirkung der Hydroxypropylgruppe auf die Stärkerekristallisation deutlicher.

Aus den Kleinwinkel-Röntgenstreuspektren der Verbundproben (Abb. 6-1b) ist ersichtlich, dass alle HPMC-HPS-Verbundfilme offensichtliche charakteristische Peaks bei 0,569 Å und 0,397 Å zeigten, was dem 7,70 HPMC-Kristall entspricht charakteristische Spitzen bzw. Die Peakfläche der HPS-Kristallisation der HPMC/A939-Verbundfolie ist deutlich größer als die der HPMC/A1081-Verbundfolie. Die Umlagerung wird unterdrückt, was mit der Variation der HPS-Kristallisationspeakfläche mit dem Grad der Hydroxypropylsubstitution in reinen Komponentenfilmen übereinstimmt. Die kristalline Peakfläche entsprechend HPMC bei 7,70 für die Verbundmembranen mit unterschiedlichem Grad an HPS-Hydroxypropylsubstitution änderte sich nicht wesentlich. Verglichen mit dem Spektrum reiner Komponentenproben (Abb. 5-1a) verringerten sich die Flächen der HPMC-Kristallisationspeaks und HPS-Kristallisationspeaks der Verbundproben, was darauf hindeutet, dass durch die Kombination der beiden sowohl HPMC als auch HPS wirksam sein könnten die andere Gruppe. Das Rekristallisationsphänomen des Filmtrennmaterials spielt eine gewisse hemmende Rolle.

Abb. 6-1 SAXS-Spektren von HPMC/HPS-Mischfilmen mit verschiedenen Hydroxypropyl-Substitutionsgraden von HPS

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erhöhung des HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrads und die Verbindung der beiden Komponenten das Rekristallisationsphänomen der HPMC/HPS-Verbundmembran bis zu einem gewissen Grad hemmen können. Der Anstieg des Hydroxypropylsubstitutionsgrads von HPS hemmte hauptsächlich die Rekristallisation von HPS in der Verbundmembran, während die Zweikomponentenverbindung eine gewisse hemmende Rolle bei der Rekristallisation von HPS und HPMC in der Verbundmembran spielte.

6.3.2 Selbstähnliche fraktale Strukturanalyse von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

Die durchschnittliche Kettenlänge (R) von Polysaccharidmolekülen wie Stärkemolekülen und Cellulosemolekülen liegt im Bereich von 1000–1500 nm und q liegt im Bereich von 0,01–0,1 Å-1, wobei qR >> 1 ist Porod-Formel, die Polysaccharidfilmproben sind zu sehen. Die Beziehung zwischen der Intensität der Kleinwinkel-Röntgenstreuung und dem Streuwinkel ist:

Dabei ist I(q) die Kleinwinkel-Röntgenstreuintensität;

q ist der Streuwinkel;

α ist die Porod-Steigung.

Die Porod-Steigung α hängt mit der fraktalen Struktur zusammen. Wenn α < 3, bedeutet dies, dass die Materialstruktur relativ locker ist, die Oberfläche des Streuers glatt ist und es sich um ein Massenfraktal handelt und seine fraktale Dimension D = α ist; Wenn 3 < α <4, bedeutet dies, dass die Materialstruktur dicht ist und der Streuer die Oberfläche rau ist, was ein Oberflächenfraktal ist und dessen fraktale Dimension D = 6 – α ist.

Abbildung 6-2 zeigt die lnI(q)-lnq-Diagramme von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichem Grad der HPS-Hydroxypropylsubstitution. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass alle Proben innerhalb eines bestimmten Bereichs eine selbstähnliche fraktale Struktur aufweisen und die Porod-Steigung α weniger als 3 beträgt, was darauf hinweist, dass der Verbundfilm ein Massenfraktal aufweist und die Oberfläche des Verbundfilms relativ ist glatt. Die fraktalen Massendimensionen von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad sind in Tabelle 6-1 dargestellt.

Tabelle 6-1 zeigt die fraktale Dimension von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichem Grad der HPS-Hydroxypropylsubstitution. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass bei reinen HPS-Proben die fraktale Dimension von A939, das mit niedrigem Hydroxypropylgehalt substituiert ist, viel höher ist als die von A1081, das mit hohem Hydroxypropylgehalt substituiert ist, was darauf hindeutet, dass mit der Erhöhung des Grades der Hydroxypropylsubstitution in der Membran Die Dichte der selbstähnlichen Struktur wird deutlich reduziert. Dies liegt daran, dass die Einführung von Hydroxypropylgruppen in die Stärkemolekülkette die gegenseitige Bindung der HPS-Segmente erheblich behindert, was zu einer Verringerung der Dichte der selbstähnlichen Struktur in der Folie führt. Hydrophile Hydroxypropylgruppen können mit Wassermolekülen intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen bilden und so die Wechselwirkung zwischen Molekülsegmenten verringern. Größere Hydroxypropylgruppen begrenzen die Rekombination und Vernetzung zwischen Stärkemolekülsegmenten, sodass HPS mit zunehmendem Grad der Hydroxypropylsubstitution eine lockerere selbstähnliche Struktur bildet.

Für das HPMC/A939-Verbindungssystem ist die fraktale Dimension von HPS höher als die von HPMC, was darauf zurückzuführen ist, dass die Stärke rekristallisiert und eine geordnetere Struktur zwischen den Molekülketten entsteht, was zu einer selbstähnlichen Struktur in der Membran führt . Hohe Dichte. Die fraktale Dimension der zusammengesetzten Probe ist geringer als die der beiden reinen Komponenten, da durch die Verbindung die gegenseitige Bindung der Molekülsegmente der beiden Komponenten untereinander behindert wird, was dazu führt, dass die Dichte selbstähnlicher Strukturen abnimmt. Im HPMC/A1081-Verbindungssystem ist die fraktale Dimension von HPS dagegen viel geringer als die von HPMC. Dies liegt daran, dass die Einführung von Hydroxypropylgruppen in Stärkemoleküle die Rekristallisation von Stärke erheblich hemmt. Die selbstähnliche Struktur im Holz ist lockerer. Gleichzeitig ist die fraktale Dimension der HPMC/A1081-Verbindungsprobe höher als die von reinem HPS, das sich auch deutlich vom HPMC/A939-Verbindungssystem unterscheidet. Selbstähnliche Struktur: Die kettenartigen HPMC-Moleküle können in den Hohlraum seiner losen Struktur eindringen, wodurch die Dichte der selbstähnlichen Struktur von HPS verbessert wird, was auch darauf hindeutet, dass HPS mit hoher Hydroxypropylsubstitution nach der Compoundierung einen einheitlicheren Komplex bilden kann mit HPMC. Zutaten. Aus den Daten der rheologischen Eigenschaften ist ersichtlich, dass die Hydroxypropylierung die Viskosität von Stärke verringern kann, sodass während des Compoundierungsprozesses der Viskositätsunterschied zwischen den beiden Komponenten im Compoundiersystem verringert wird, was der Bildung einer Homogenität förderlicher ist Verbindung.

Abb. 6-2 lnI(q)-lnq-Muster und ihre Anpassungskurven für HPMC/HPS-Mischfilme mit verschiedenen Hydroxypropylsubstitutionsgraden von HPS

Tabelle 6-1 Fraktale Strukturparameter von HPS/HPMC-Mischfilmen mit verschiedenen Hydroxypropylsubstitutionsgraden von HPS

Bei Verbundmembranen mit demselben Mischungsverhältnis nimmt die fraktale Dimension mit zunehmendem Substitutionsgrad der Hydroxypropylgruppe ebenfalls ab. Die Einführung von Hydroxypropyl in das HPS-Molekül kann die gegenseitige Bindung von Polymersegmenten im Verbundsystem verringern und dadurch die Dichte der Verbundmembran verringern; HPS mit hoher Hydroxypropylsubstitution ist besser mit HPMC kompatibel und lässt sich leichter gleichmäßige und dichte Verbindungen bilden. Daher nimmt die Dichte der selbstähnlichen Struktur in der Verbundmembran mit zunehmendem Substitutionsgrad von HPS ab, was auf den gemeinsamen Einfluss des Substitutionsgrads von HPS-Hydroxypropyl und der Kompatibilität der beiden Komponenten im Verbund zurückzuführen ist System.

6.3.3 Analyse der thermischen Stabilität von HPMC/HPS-Verbundfilmen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

Ein thermogravimetrischer Analysator wurde verwendet, um die thermische Stabilität von essbaren HPMC/HPS-Verbundfolien mit unterschiedlichen Graden der Hydroxypropylsubstitution zu testen. Abbildung 6-3 zeigt die thermogravimetrische Kurve (TGA) und die Kurve der Gewichtsverlustrate (DTG) der Verbundfolien mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution HPS. Aus der TGA-Kurve in Abbildung 6-3(a) ist ersichtlich, dass die Verbundmembranproben unterschiedliche HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrade aufweisen. Es gibt zwei offensichtliche thermogravimetrische Änderungsstufen mit steigender Temperatur. Erstens gibt es bei 30 bis 180 °C einen kleinen Gewichtsverlust, der hauptsächlich durch die Verflüchtigung des vom Polysaccharid-Makromolekül adsorbierten Wassers verursacht wird. Bei 300–450 °C kommt es zu einer großen Gewichtsverlustphase, der eigentlichen thermischen Abbauphase, die hauptsächlich durch den thermischen Abbau von HPMC und HPS verursacht wird. Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass die Gewichtsverlustkurven von HPS mit unterschiedlichem Grad der Hydroxypropylsubstitution ähnlich sind und sich deutlich von denen von HPMC unterscheiden. Zwischen den beiden Arten von Gewichtsverlustkurven für reine HPMC- und reine HPS-Proben.

Aus den DTG-Kurven in Abbildung 6-3(b) ist ersichtlich, dass die Temperaturen des thermischen Abbaus von reinem HPS mit unterschiedlichen Graden der Hydroxypropylsubstitution sehr nahe beieinander liegen und die Spitzentemperaturen des thermischen Abbaus der Proben A939 und A081 bei 310 °C liegen bzw. 305 °C. Die Spitzentemperatur des thermischen Abbaus der reinen HPMC-Probe ist deutlich höher als die von HPS und ihre Spitzentemperatur beträgt 365 °C; Die HPMC/HPS-Verbundfolie weist auf der DTG-Kurve zwei thermische Abbauspitzen auf, die dem thermischen Abbau von HPS bzw. HPMC entsprechen. Charakteristische Peaks, die darauf hinweisen, dass im Verbundsystem mit einem Verbundverhältnis von 5:5 ein gewisser Grad an Phasentrennung vorliegt, was mit den Ergebnissen des thermischen Abbaus der Verbundfolie mit einem Verbundverhältnis von 5:5 in Kapitel 3 übereinstimmt Die Spitzentemperaturen der thermischen Zersetzung der HPMC/A939-Verbundfolienproben betrugen 302 °C bzw. 363 °C; Die Spitzentemperaturen des thermischen Abbaus der HPMC/A1081-Verbundfolienproben betrugen 306 °C bzw. 363 °C. Die Spitzentemperaturen der Verbundfolienproben waren zu niedrigeren Temperaturen verschoben als bei den reinen Komponentenproben, was darauf hindeutete, dass die thermische Stabilität der Verbundproben verringert war. Bei den Proben mit demselben Mischungsverhältnis nahm die Spitzentemperatur des thermischen Abbaus mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, was darauf hindeutet, dass die thermische Stabilität des Verbundfilms mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad abnahm. Dies liegt daran, dass die Einführung von Hydroxypropylgruppen in Stärkemoleküle die Wechselwirkung zwischen Molekülsegmenten verringert und die geordnete Neuanordnung von Molekülen hemmt. Es steht im Einklang mit den Ergebnissen, dass die Dichte selbstähnlicher Strukturen mit zunehmendem Grad der Hydroxypropylsubstitution abnimmt.

Abb. 6-3 TGA-Kurven (a) und ihre Ableitungskurven (DTG) (b) von HPMC/HPS-Mischfilmen mit verschiedenen Hydroxypropyl-Substitutionsgraden von HPS

6.3.4 Analyse der mechanischen Eigenschaften von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

Abb. 6-5 Zugeigenschaften von HPMC/HPS-Filmen mit unterschiedlichem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad von HPS

Die Zugeigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden wurden mit einem mechanischen Eigenschaftsanalysator bei 25 °C und 75 % relativer Luftfeuchtigkeit getestet. Die Abbildungen 6-5 zeigen den Elastizitätsmodul (a), die Bruchdehnung (b) und die Zugfestigkeit (c) von Verbundfolien mit unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass für das HPMC/A1081-Verbundsystem mit zunehmendem HPS-Gehalt der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der Verbundfolie allmählich abnahmen und die Bruchdehnung deutlich zunahm, was mit 3,3 übereinstimmte. 5 mittlere und hohe Luftfeuchtigkeit. Die Ergebnisse der Verbundmembranen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen waren konsistent.

Bei reinen HPS-Membranen stiegen sowohl der Elastizitätsmodul als auch die Zugfestigkeit mit abnehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad, was darauf hindeutet, dass die Hydroxypropylierung die Steifigkeit der Verbundmembran verringert und ihre Flexibilität verbessert. Dies liegt vor allem daran, dass mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad die Hydrophilie von HPS zunimmt und die Membranstruktur lockerer wird, was mit dem Ergebnis übereinstimmt, dass die fraktale Dimension mit zunehmendem Substitutionsgrad im kleinen Winkel X abnimmt. Strahlenstreuungstest. Die Bruchdehnung nimmt jedoch mit abnehmendem Substitutionsgrad der HPS-Hydroxypropylgruppe ab, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass die Einführung einer Hydroxypropylgruppe in das Stärkemolekül die Rekristallisation der Stärke hemmen kann. Die Ergebnisse stimmen mit der Zunahme und Abnahme überein.

Bei der HPMC/HPS-Verbundmembran mit dem gleichen Verbindungsverhältnis steigt der Elastizitätsmodul des Membranmaterials mit der Abnahme des HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrads, und sowohl die Zugfestigkeit als auch die Bruchdehnung nehmen mit der Abnahme des Substitutionsgrads ab. Es ist erwähnenswert, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembranen je nach Mischungsverhältnis und unterschiedlichem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad völlig variieren. Dies liegt vor allem daran, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbundmembran nicht nur durch den HPS-Substitutionsgrad an der Membranstruktur beeinflusst werden, sondern auch durch die Kompatibilität zwischen den Komponenten im Verbundsystem. Die Viskosität von HPS nimmt mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, es ist günstiger, durch Compoundierung eine einheitliche Verbindung zu bilden.

6.3.5 Sauerstoffpermeabilitätsanalyse von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden

Die durch Sauerstoff verursachte Oxidation ist in vielerlei Hinsicht das erste Stadium, das zum Verderben von Lebensmitteln führt. Daher können essbare Verbundfolien mit bestimmten Sauerstoffbarriereeigenschaften die Lebensmittelqualität verbessern und die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern [108, 364]. Daher wurden die Sauerstoffdurchlässigkeitsraten von HPMC/HPS-Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden gemessen und die Ergebnisse sind in Abbildung 5-6 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Sauerstoffdurchlässigkeit aller reinen HPS-Membranen viel geringer ist als die reiner HPMC-Membranen, was darauf hindeutet, dass HPS-Membranen bessere Sauerstoffbarriereeigenschaften als HPMC-Membranen aufweisen, was mit den vorherigen Ergebnissen übereinstimmt. Bei reinen HPS-Membranen mit unterschiedlichem Hydroxypropylsubstitutionsgrad steigt die Sauerstoffdurchlässigkeit mit zunehmendem Substitutionsgrad, was darauf hindeutet, dass die Fläche, in der Sauerstoff in das Membranmaterial eindringt, zunimmt. Dies steht im Einklang mit der Mikrostrukturanalyse der Kleinwinkel-Röntgenstreuung, dass die Struktur der Membran mit zunehmendem Grad der Hydroxypropylsubstitution lockerer wird, sodass der Permeationskanal für Sauerstoff in der Membran größer wird und der Sauerstoff in der Membran größer wird Durchdringt Mit zunehmender Fläche nimmt auch die Sauerstoffdurchlässigkeit allmählich zu.

Abb. 6-6 Sauerstoffdurchlässigkeit von HPS/HPMC-Filmen mit verschiedenen Hydroxypropyl-Substitutionsgraden von HPS

Bei Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden nimmt die Sauerstoffdurchlässigkeit mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass HPS im 5:5-Compoundierungssystem in Form einer dispergierten Phase in der kontinuierlichen HPMC-Phase mit niedriger Viskosität vorliegt und die Viskosität von HPS mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad abnimmt. Je kleiner der Viskositätsunterschied, desto förderlicher ist die Bildung einer homogenen Verbindung, desto gewundener ist der Sauerstoffpermeationskanal im Membranmaterial und desto geringer ist die Sauerstoffdurchlässigkeit.

6.4 Kapitelzusammenfassung

In diesem Kapitel wurden essbare HPMC/HPS-Verbundfolien hergestellt, indem HPS und HPMC mit unterschiedlichen Graden der Hydroxypropylsubstitution gegossen und Polyethylenglykol als Weichmacher hinzugefügt wurden. Die Auswirkung unterschiedlicher HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrade auf die Kristallstruktur und Mikrodomänenstruktur der Verbundmembran wurde mithilfe der Synchrotronstrahlungs-Kleinwinkel-Röntgenstreuungstechnologie untersucht. Die Auswirkungen unterschiedlicher HPS-Hydroxypropylsubstitutionsgrade auf die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Sauerstoffdurchlässigkeit von Verbundmembranen sowie deren Gesetze wurden mit einem thermogravimetrischen Analysegerät, einem Tester für mechanische Eigenschaften und einem Sauerstoffpermeabilitätstester untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse lauten wie folgt:

1. Bei der HPMC/HPS-Verbundmembran mit dem gleichen Mischungsverhältnis nimmt mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad die Kristallisationspeakfläche entsprechend HPS bei 5,30 ab, während sich die Kristallisationspeakfläche entsprechend HPMC bei 7,70 nicht wesentlich ändert, was darauf hindeutet, dass die Die Hydroxypropylierung von Stärke kann die Rekristallisation von Stärke im Verbundfilm hemmen.
2. Im Vergleich zu den reinen HPMC- und HPS-Komponentenmembranen sind die Kristallisationspeakflächen von HPS (5,30) und HPMC (7,70) der Verbundmembranen verringert, was darauf hindeutet, dass durch die Kombination der beiden sowohl HPMC als auch HPS wirksam sein können die Verbundmembranen. Die Rekristallisation einer anderen Komponente spielt eine gewisse hemmende Rolle.
3. Alle HPMC/HPS-Verbundmembranen zeigten eine selbstähnliche Massenfraktalstruktur. Bei Verbundmembranen mit dem gleichen Verbindungsverhältnis nahm die Dichte des Membranmaterials mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad deutlich ab; niedrige HPS-Hydroxypropyl-Substitution Die Dichte des Verbundmembranmaterials ist deutlich geringer als die des Zwei-Reinkomponenten-Materials, während die Dichte des Verbundmembranmaterials mit hohem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad höher ist als die der reinen HPS-Membran Dies liegt vor allem daran, dass gleichzeitig die Dichte des Verbundmembranmaterials beeinflusst wird. Die Wirkung der HPS-Hydroxypropylierung auf die Verringerung der Polymersegmentbindung und die Kompatibilität zwischen den beiden Komponenten des Verbundsystems.
4. Die Hydroxypropylierung von HPS kann die thermische Stabilität von HPMC/HPS-Verbundfolien verringern, und die Spitzentemperatur des thermischen Abbaus von Verbundfolien verschiebt sich mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad in den Niedertemperaturbereich, was auf die Hydroxypropylgruppe in Stärkemolekülen zurückzuführen ist. Die Einführung verringert die Wechselwirkung zwischen Molekülsegmenten und hemmt die geordnete Neuanordnung von Molekülen.
5. Der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der reinen HPS-Membran nahmen mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, während die Bruchdehnung zunahm. Dies liegt vor allem daran, dass die Hydroxypropylierung die Rekristallisation der Stärke hemmt und dazu führt, dass der Verbundfilm eine lockerere Struktur bildet.
6. Der Elastizitätsmodul der HPMC/HPS-Verbundfolie nahm mit zunehmendem HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad ab, aber die Zugfestigkeit und Bruchdehnung nahmen zu, da die mechanischen Eigenschaften der Verbundfolie durch den HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgrad nicht beeinflusst wurden. Neben dem Einfluss von wird auch die Verträglichkeit der beiden Komponenten des Verbundsystems beeinflusst.
7. Die Sauerstoffdurchlässigkeit von reinem HPS nimmt mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad zu, da die Hydroxypropylierung die Dichte des amorphen HPS-Bereichs verringert und die Fläche der Sauerstoffpermeation in der Membran vergrößert. HPMC/HPS-Verbundmembran Die Sauerstoffpermeabilität nimmt mit zunehmendem Hydroxypropylsubstitutionsgrad ab, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass das hyperhydroxypropylierte HPS eine bessere Kompatibilität mit HPMC aufweist, was zu einer erhöhten Tortuosität des Sauerstoffpermeationskanals in der Verbundmembran führt. Reduzierte Sauerstoffdurchlässigkeit.

Die obigen experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die makroskopischen Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, thermische Stabilität und Sauerstoffdurchlässigkeit von HPMC/HPS-Verbundmembranen eng mit ihrer inneren Kristallstruktur und der Struktur der amorphen Region zusammenhängen, die nicht nur durch die HPS-Hydroxypropylsubstitution beeinflusst werden, sondern auch auch durch die Anlage. Einfluss der Zweikomponentenkompatibilität von Ligandensystemen.

Fazit und Ausblick

1. Abschluss

In diesem Artikel werden das Thermogel HPMC und das Kaltgel HPS zusammengesetzt und das HPMC/HPS-Kalt- und Heiß-Umkehrgel-Verbindungssystem aufgebaut. Die Lösungskonzentration, das Mischungsverhältnis und die Scherwirkung auf das Mischungssystem werden systematisch untersucht, der Einfluss rheologischer Eigenschaften wie Viskosität, Fließindex und Thixotropie, kombiniert mit den mechanischen Eigenschaften, dynamischen thermomechanischen Eigenschaften, Sauerstoffdurchlässigkeit, Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und thermischer Stabilität durch Gießverfahren hergestellte Verbundfolien. Umfassende Eigenschaften, Jodweinfärbung, Kompatibilität, Phasenübergang und Phasenmorphologie des Verbundsystems wurden durch optische Mikroskopie untersucht und die Beziehung zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften von HPMC/HPS festgestellt. Zur Steuerung der Eigenschaften der Verbundstoffe durch Steuerung der Phasenstruktur und Kompatibilität des HPMC/HPS-Verbundsystems entsprechend der Beziehung zwischen den makroskopischen Eigenschaften und der mikromorphologischen Struktur des HPMC/HPS-Verbundsystems. Durch die Untersuchung der Auswirkungen von chemisch modifiziertem HPS in unterschiedlichem Ausmaß auf die rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften, Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften von Membranen wurde die Beziehung zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Kalt- und Heiß-Inversgelsystems weiter untersucht. Die Beziehung zwischen beiden wurde erstellt und ein physikalisches Modell erstellt, um den Gelierungsmechanismus und seine Einflussfaktoren und Gesetze des kalten und heißen Gels im Verbundsystem zu klären. Einschlägige Studien kommen zu folgenden Schlussfolgerungen.

1. Eine Änderung des Mischungsverhältnisses des HPMC/HPS-Verbindungssystems kann die rheologischen Eigenschaften wie Viskosität, Fließfähigkeit und Thixotropie von HPMC bei niedrigen Temperaturen erheblich verbessern. Der Zusammenhang zwischen den rheologischen Eigenschaften und der Mikrostruktur des Verbundsystems wurde weiter untersucht. Die spezifischen Ergebnisse sind wie folgt:

(1) Bei niedriger Temperatur ist das Verbindungssystem eine kontinuierliche Phase-dispergierte Phase-„See-Insel“-Struktur, und der kontinuierliche Phasenübergang erfolgt bei 4:6 mit der Abnahme des HPMC/HPS-Verbindungsverhältnisses. Wenn das Mischungsverhältnis hoch ist (höherer HPMC-Gehalt), ist HPMC mit niedriger Viskosität die kontinuierliche Phase und HPS die dispergierte Phase. Wenn beim HPMC/HPS-Verbindungssystem die niedrigviskose Komponente die kontinuierliche Phase und die hochviskose Komponente die kontinuierliche Phase ist, ist der Beitrag der Viskosität der kontinuierlichen Phase zur Viskosität des Verbindungssystems deutlich unterschiedlich. Wenn die niedrigviskose HPMC die kontinuierliche Phase ist, spiegelt die Viskosität des Verbindungssystems hauptsächlich den Beitrag der kontinuierlichen Phasenviskosität wider; Wenn das hochviskose HPS die kontinuierliche Phase ist, verringert das HPMC als dispergierte Phase die Viskosität des hochviskosen HPS. Wirkung. Mit der Erhöhung des HPS-Gehalts und der Lösungskonzentration im Verbundsystem nahmen die Viskosität und die Scherverdünnung des Verbundsystems allmählich zu, die Fließfähigkeit nahm ab und das feststoffartige Verhalten des Verbundsystems wurde verbessert. Die Viskosität und Thixotropie von HPMC werden durch die Formulierung mit HPS ausgeglichen.

(2) Bei einem 5:5-Compoundierungssystem können HPMC und HPS bei niedrigen bzw. hohen Temperaturen kontinuierliche Phasen bilden. Diese Phasenstrukturänderung kann die komplexe Viskosität, die viskoelastischen Eigenschaften, die Frequenzabhängigkeit und die Geleigenschaften des komplexen Gels erheblich beeinflussen. Als dispergierte Phasen können HPMC und HPS die rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften von HPMC/HPS-Verbundsystemen bei hohen bzw. niedrigen Temperaturen bestimmen. Die viskoelastischen Kurven der HPMC/HPS-Verbundproben stimmten mit HPS bei niedriger Temperatur und HPMC bei hoher Temperatur überein.

(3) Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur, den rheologischen Eigenschaften und den Geleigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems wurde festgestellt. Sowohl die abrupte Änderung in der Viskositätskurve des zusammengesetzten Systems als auch der Tan-Delta-Peak in der Verlustfaktorkurve erscheinen bei 45 °C, was mit dem im Mikrobild beobachteten kokontinuierlichen Phasenphänomen (bei 45 °C) übereinstimmt.

1. Durch die Untersuchung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften, der dynamischen thermomechanischen Eigenschaften, der Lichtdurchlässigkeit, der Sauerstoffdurchlässigkeit und der thermischen Stabilität der unter verschiedenen Mischungsverhältnissen und Lösungskonzentrationen hergestellten Verbundmembranen in Kombination mit der Technologie der optischen Mikroskopie zum Färben von Jod wurden die Phasenmorphologie, der Phasenübergang und die Kompatibilität erforscht der Komplexe wurden untersucht und der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften der Komplexe festgestellt. Die spezifischen Ergebnisse sind wie folgt:

(1) In den REM-Bildern der Verbundfilme mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen ist keine zweiphasige Grenzfläche erkennbar. Die meisten Verbundfolien haben in den DMA-Ergebnissen nur einen Glasübergangspunkt und die meisten Verbundfolien haben nur einen thermischen Abbaupeak in der DTG-Kurve. Diese zusammengenommen weisen darauf hin, dass HPMC eine gewisse Kompatibilität mit HPS aufweist.

(2) Die relative Luftfeuchtigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von HPMC/HPS-Verbundfolien und der Grad ihrer Wirkung nimmt mit zunehmendem HPS-Gehalt zu. Bei niedrigerer relativer Luftfeuchtigkeit stiegen sowohl der Elastizitätsmodul als auch die Zugfestigkeit der Verbundfolien mit zunehmendem HPS-Gehalt, und die Bruchdehnung der Verbundfolien war deutlich geringer als die der reinen Komponentenfolien. Mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit nahmen der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit des Verbundfilms ab, und die Bruchdehnung nahm deutlich zu, und die Beziehung zwischen den mechanischen Eigenschaften des Verbundfilms und dem Mischungsverhältnis zeigte unter verschiedenen Bedingungen ein völlig entgegengesetztes Änderungsmuster relative Luftfeuchtigkeit. Die mechanischen Eigenschaften von Verbundmembranen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen weisen bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchtigkeitsbedingungen einen Schnittpunkt auf, der die Möglichkeit bietet, die Produktleistung je nach Anwendungsanforderungen zu optimieren.

(3) Der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur, Phasenübergang, Transparenz und mechanischen Eigenschaften des HPMC/HPS-Verbundsystems wurde festgestellt. A. Der niedrigste Punkt der Transparenz des Verbundsystems stimmt mit dem Phasenübergangspunkt von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase und dem minimalen Punkt der Abnahme des Zugmoduls überein. B. Der Elastizitätsmodul und die Bruchdehnung nehmen mit zunehmender Lösungskonzentration ab, was ursächlich mit der morphologischen Veränderung von HPMC von der kontinuierlichen Phase zur dispergierten Phase im Verbundsystem zusammenhängt.

(4) Die Zugabe von HPS erhöht die Tortuosität des Sauerstoffpermeationskanals in der Verbundmembran, verringert die Sauerstoffpermeabilität der Membran erheblich und verbessert die Sauerstoffbarriereleistung der HPMC-Membran.

1. Die Auswirkung der chemischen Modifizierung von HPS auf die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems und die umfassenden Eigenschaften der Verbundmembran wie Kristallstruktur, amorphe Regionsstruktur, mechanische Eigenschaften, Sauerstoffdurchlässigkeit und thermische Stabilität wurden untersucht. Die spezifischen Ergebnisse sind wie folgt:

(1) Die Hydroxypropylierung von HPS kann die Viskosität des Verbindungssystems bei niedriger Temperatur verringern, die Fließfähigkeit der Verbindungslösung verbessern und das Phänomen der Scherverdünnung verringern; Die Hydroxypropylierung von HPS kann den linearen viskoelastischen Bereich des Verbundsystems verengen, die Phasenübergangstemperatur des HPMC/HPS-Verbundsystems senken und das feststoffartige Verhalten des Verbundsystems bei niedriger Temperatur und die Fließfähigkeit bei hoher Temperatur verbessern.

(2) Die Hydroxypropylierung von HPS und die Verbesserung der Kompatibilität der beiden Komponenten können die Rekristallisation von Stärke in der Membran erheblich hemmen und die Bildung einer lockereren selbstähnlichen Struktur in der Verbundmembran fördern. Die Einführung sperriger Hydroxypropylgruppen in die Stärkemolekülkette schränkt die gegenseitige Bindung und geordnete Neuanordnung von HPS-Molekülsegmenten ein, was zur Bildung einer lockereren selbstähnlichen Struktur von HPS führt. Für das komplexe System ermöglicht die Erhöhung des Grades der Hydroxypropylsubstitution den kettenförmigen HPMC-Molekülen, in den losen Hohlraumbereich von HPS einzudringen, was die Kompatibilität des komplexen Systems und die Dichte der selbstähnlichen Struktur von HPS verbessert. Die Kompatibilität des Verbindungssystems nimmt mit zunehmendem Substitutionsgrad der Hydroxypropylgruppe zu, was mit den Ergebnissen der rheologischen Eigenschaften übereinstimmt.

(3) Die makroskopischen Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, thermische Stabilität und Sauerstoffdurchlässigkeit der HPMC/HPS-Verbundmembran stehen in engem Zusammenhang mit ihrer inneren Kristallstruktur und der Struktur des amorphen Bereichs. Der kombinierte Effekt der beiden Effekte der Kompatibilität der beiden Komponenten.

1. Durch die Untersuchung der Auswirkungen der Lösungskonzentration, der Temperatur und der chemischen Modifikation von HPS auf die rheologischen Eigenschaften des Verbundsystems wurde der Gelbildungsmechanismus des Kalt-Wärme-Inversgel-Verbundsystems HPMC/HPS diskutiert. Die spezifischen Ergebnisse sind wie folgt:

(1) Es gibt eine kritische Konzentration (8 %) im Verbindungssystem. Unterhalb der kritischen Konzentration liegen HPMC und HPS in unabhängigen Molekülketten und Phasenbereichen vor. Bei Erreichen der kritischen Konzentration bildet sich in der Lösung die HPS-Phase als Kondensat. Das Gelzentrum ist eine Mikrogelstruktur, die durch die Verflechtung von HPMC-Molekülketten verbunden ist; Oberhalb der kritischen Konzentration ist die Verflechtung komplexer und die Wechselwirkung stärker, und die Lösung zeigt ein ähnliches Verhalten wie eine Polymerschmelze.

(2) Das komplexe System weist einen Übergangspunkt der kontinuierlichen Phase bei Temperaturänderungen auf, der mit dem Gelverhalten von HPMC und HPS im komplexen System zusammenhängt. Bei niedrigen Temperaturen ist die Viskosität von HPMC deutlich niedriger als die von HPS, sodass HPMC eine kontinuierliche Phase bildet, die die hochviskose HPS-Gelphase umgibt. An den Rändern der beiden Phasen verlieren die Hydroxylgruppen der HPMC-Kette einen Teil ihres bindenden Wassers und bilden intermolekulare Wasserstoffbrücken mit der HPS-Molekülkette. Während des Erhitzungsprozesses bewegten sich die HPS-Molekülketten, da sie ausreichend Energie absorbierten, und bildeten Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen, was zum Aufbrechen der Gelstruktur führte. Gleichzeitig wurden die Wasserkäfig- und Wasserhüllenstrukturen der HPMC-Ketten zerstört und brachen nach und nach auf, um hydrophile Gruppen und hydrophobe Cluster freizulegen. Bei hoher Temperatur bildet HPMC aufgrund intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophober Assoziation eine Gelnetzwerkstruktur und wird so zu einer hochviskosen dispergierten Phase, die in der kontinuierlichen HPS-Phase aus Zufallsknäueln dispergiert ist.

(3) Mit der Erhöhung des Hydroxypropyl-Substitutionsgrads von HPS verbessert sich die Kompatibilität des HPMC/HPS-Verbindungssystems und die Phasenübergangstemperatur im Verbindungssystem sinkt auf eine niedrige Temperatur. Mit zunehmendem Hydroxypropyl-Substitutionsgrad gibt es mehr gestreckte helikale Fragmente in der HPS-Lösung, die mehr intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen mit der HPMC-Molekülkette an der Grenze der beiden Phasen bilden können und so eine gleichmäßigere Struktur bilden. Durch Hydroxypropylierung wird die Viskosität der Stärke verringert, so dass der Viskositätsunterschied zwischen HPMC und HPS in der Verbindung verringert wird, was die Bildung einer homogeneren Verbindung begünstigt, und der Minimalwert der Viskositätsdifferenz zwischen den beiden Komponenten sinkt Temperaturbereich.

2. Innovationspunkte

1. Entwerfen und konstruieren Sie das Kalt- und Heiß-Umkehrphasen-Gelverbindungssystem HPMC/HPS und untersuchen Sie systematisch die einzigartigen rheologischen Eigenschaften dieses Systems, insbesondere die Konzentration der Verbindungslösung, das Verbindungsverhältnis, die Temperatur und die chemische Modifikation der Komponenten. Die Einflussgesetze der rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften und Kompatibilität des Verbindungssystems wurden weiter untersucht, und die Phasenmorphologie und der Phasenübergang des Verbindungssystems wurden weiter untersucht, kombiniert mit der Beobachtung des optischen Jodfärbemikroskops und der Mikromorphologie Struktur des Verbundsystems wurde etabliert – Beziehung zwischen rheologischen Eigenschaften und Geleigenschaften. Zum ersten Mal wurde das Arrhenius-Modell verwendet, um das Gelbildungsgesetz der kalten und heißen Umkehrphasen-Verbundgele in verschiedenen Temperaturbereichen anzupassen.

2. Die Phasenverteilung, der Phasenübergang und die Kompatibilität des HPMC/HPS-Verbundsystems wurden durch die Analysetechnologie mit einem optischen Mikroskop zum Färben von Jod beobachtet, und die transparenzmechanischen Eigenschaften wurden durch die Kombination der optischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften von Verbundfolien ermittelt. Die Beziehung zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften wie Eigenschaften-Phasenmorphologie und konzentrationsmechanischen Eigenschaften-Phasenmorphologie. Es ist das erste Mal, dass das Änderungsgesetz der Phasenmorphologie dieses Verbindungssystems mit Mischungsverhältnis, Temperatur und Konzentration direkt beobachtet wird, insbesondere die Bedingungen des Phasenübergangs und die Auswirkung des Phasenübergangs auf die Eigenschaften des Verbindungssystems.

3. Die kristalline Struktur und die amorphe Struktur von Verbundmembranen mit unterschiedlichen HPS-Hydroxypropyl-Substitutionsgraden wurden von SAXS untersucht und der Gelierungsmechanismus und der Einfluss von Verbundgelen in Kombination mit rheologischen Ergebnissen und makroskopischen Eigenschaften wie der Sauerstoffdurchlässigkeit von Verbundmembranen diskutiert. Faktoren und Gesetze: Es wurde erstmals festgestellt, dass die Viskosität des Verbundsystems mit der Dichte der selbstähnlichen Struktur in der Verbundmembran zusammenhängt und direkt die makroskopischen Eigenschaften wie Sauerstoffdurchlässigkeit und mechanische Eigenschaften des Verbundwerkstoffs bestimmt Membran und stellt die Beziehung zwischen rheologischen Eigenschaften, Mikrostruktur und Membran zwischen den Materialeigenschaften her.

3. Ausblick

In den letzten Jahren hat sich die Entwicklung sicherer und essbarer Lebensmittelverpackungsmaterialien unter Verwendung nachwachsender natürlicher Polymere als Rohstoffe zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich Lebensmittelverpackungen entwickelt. In dieser Arbeit wird natürliches Polysaccharid als Hauptrohstoff verwendet. Durch die Verbindung von HPMC und HPS werden die Rohstoffkosten gesenkt, die Verarbeitungsleistung von HPMC bei niedrigen Temperaturen verbessert und die Sauerstoffbarriereleistung der Verbundmembran verbessert. Durch die Kombination von rheologischer Analyse, Analyse mit dem optischen Mikroskop der Jodfärbung und der Mikrostruktur des Verbundfilms sowie einer umfassenden Leistungsanalyse wurden die Phasenmorphologie, der Phasenübergang, die Phasentrennung und die Kompatibilität des Kalt-Heiß-Umkehrphasen-Gel-Verbundsystems untersucht. Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und den makroskopischen Eigenschaften des Verbundsystems wurde hergestellt. Entsprechend der Beziehung zwischen den makroskopischen Eigenschaften und der mikromorphologischen Struktur des HPMC/HPS-Verbundsystems können die Phasenstruktur und die Kompatibilität des Verbundsystems gesteuert werden, um das Verbundmaterial zu steuern. Die Forschung in diesem Artikel hat wichtige richtungsweisende Bedeutung für den tatsächlichen Produktionsprozess; Es werden der Entstehungsmechanismus, Einflussfaktoren und Gesetze kalter und heißer inverser Verbundgele diskutiert, bei denen es sich um ein ähnliches Verbundsystem aus kalten und heißen inversen Gelen handelt. Die Forschung dieser Arbeit liefert ein theoretisches Modell, um theoretische Leitlinien für die Entwicklung und Anwendung spezieller temperaturgesteuerter intelligenter Materialien bereitzustellen. Die Forschungsergebnisse dieser Arbeit haben einen guten theoretischen Wert. Die Forschung dieser Arbeit umfasst die Schnittstelle zwischen Lebensmittel, Material, Gel und Compoundierung sowie anderen Disziplinen. Aufgrund der begrenzten Zeit und Forschungsmethoden weist die Forschung zu diesem Thema noch viele unvollendete Punkte auf, die unter folgenden Gesichtspunkten vertieft und verbessert werden können. expandieren:

Theoretische Aspekte:

1. Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Kettenverzweigungsverhältnisse, Molekulargewichte und Sorten von HPS auf die rheologischen Eigenschaften, Membraneigenschaften, Phasenmorphologie und Kompatibilität des Verbindungssystems sowie Erforschung des Gesetzes seines Einflusses auf den Gelbildungsmechanismus der Verbindung System.
2. Untersuchen Sie die Auswirkungen des HPMC-Hydroxypropylsubstitutionsgrads, des Methoxylsubstitutionsgrads, des Molekulargewichts und der Quelle auf die rheologischen Eigenschaften, Geleigenschaften, Membraneigenschaften und Systemkompatibilität des Verbundsystems und analysieren Sie die Auswirkung der chemischen Modifikation von HPMC auf die Verbundkondensation. Einflussregel des Gelbildungsmechanismus.
3. Der Einfluss von Salz, pH-Wert, Weichmacher, Vernetzungsmittel, antibakteriellem Mittel und anderen Verbundsystemen auf rheologische Eigenschaften, Geleigenschaften, Membranstruktur und -eigenschaften sowie deren Gesetze wurden untersucht.

Anwendung:

1. Optimieren Sie die Formel für die Verpackungsanwendung von Gewürzpäckchen, Gemüsepäckchen und festen Suppen und untersuchen Sie die Konservierungswirkung von Gewürzen, Gemüse und Suppen während der Lagerzeit, die mechanischen Eigenschaften von Materialien und die Änderungen der Produktleistung bei Einwirkung äußerer Kräfte und Wasserlöslichkeit und Hygieneindex des Materials. Es kann auch auf granulierte Lebensmittel wie Kaffee und Milchtee sowie auf essbare Verpackungen von Kuchen, Käse, Desserts und anderen Lebensmitteln angewendet werden.
2. Optimieren Sie das Rezepturdesign für die Anwendung botanischer Heilpflanzenkapseln, untersuchen Sie die Verarbeitungsbedingungen und die optimale Auswahl von Hilfsstoffen weiter und bereiten Sie Hohlkapselprodukte vor. Es wurden physikalische und chemische Indikatoren wie Bröckeligkeit, Zerfallszeit, Schwermetallgehalt und Mikrobengehalt getestet.
3. Wählen Sie für die Frischhalteanwendung von Obst und Gemüse, Fleischprodukten usw. entsprechend den verschiedenen Verarbeitungsmethoden des Sprühens, Eintauchens und Malens die geeignete Formel aus und untersuchen Sie die Rate an faulen Früchten, den Feuchtigkeitsverlust, den Nährstoffverbrauch und die Härte von Gemüse nach dem Verpacken während der Lagerzeit, Glanz und Geschmack sowie andere Indikatoren; B. Farbe, pH-Wert, TVB-N-Wert, Thiobarbitursäure und Anzahl der Mikroorganismen von Fleischprodukten nach der Verpackung.