Ρεολογία και συμβατότητα του συμπλέγματος HPMC/HPS

Ρεολογία και συμβατότητα τουHPMC/HPSΣυγκρότημα

Λέξεις κλειδιά: υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη; υδροξυπροπυλ άμυλο; Ρεολογικές ιδιότητες; αρμονία; χημική τροποποίηση.

Η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC) είναι ένα πολυμερές πολυσακχαρίτη που χρησιμοποιείται συνήθως στην παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών. Χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των τροφίμων και των φαρμάκων. Το φιλμ έχει καλή διαφάνεια, μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγμού λαδιού. Ωστόσο, το HPMC είναι μια θερμικά επαγόμενη γέλη, η οποία οδηγεί σε κακή απόδοση επεξεργασίας σε χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή κατανάλωση ενέργειας παραγωγής. Επιπλέον, η ακριβή τιμή της πρώτης ύλης περιορίζει την ευρεία εφαρμογή της, συμπεριλαμβανομένου του φαρμακευτικού τομέα. Το υδροξυπροπυλικό άμυλο (HPS) είναι ένα βρώσιμο υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των τροφίμων και της ιατρικής. Έχει μεγάλη γκάμα πηγών και χαμηλή τιμή. Είναι ένα ιδανικό υλικό για τη μείωση του κόστους του HPMC. Επιπλέον, οι ιδιότητες ψυχρής γέλης του HPS μπορούν να εξισορροπήσουν το ιξώδες και άλλες ρεολογικές ιδιότητες του HPMC. , για να βελτιώσει την απόδοση επεξεργασίας του σε χαμηλή θερμοκρασία. Επιπλέον, το βρώσιμο φιλμ HPS έχει εξαιρετικές ιδιότητες φραγμού οξυγόνου, επομένως μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου του βρώσιμου φιλμ HPMC.

HPS προστέθηκε σε HPMC για σύνθεση και κατασκευάστηκε το σύστημα ένωσης γέλης ανάστροφης φάσης HPMC/HPS ψυχρής και θερμής. Συζητήθηκε ο νόμος επιρροής των ιδιοτήτων, ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης μεταξύ HPS και HPMC σε διάλυμα, η συμβατότητα και η μετάβαση φάσης του συστήματος ένωσης συζητήθηκαν και η σχέση μεταξύ των ρεολογικών ιδιοτήτων και της δομής του συστήματος ένωσης εδραιώθηκε. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σύστημα ένωσης έχει μια κρίσιμη συγκέντρωση (8%), κάτω από την κρίσιμη συγκέντρωση, HPMC και HPS υπάρχουν σε ανεξάρτητες μοριακές αλυσίδες και περιοχές φάσης. πάνω από την κρίσιμη συγκέντρωση, η φάση HPS σχηματίζεται στο διάλυμα ως το κέντρο της γέλης. Οι ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος και η αναλογία ένωσης συμμορφώνονται με τον κανόνα του λογαριθμικού αθροίσματος και δείχνουν έναν ορισμένο βαθμό θετικής και αρνητικής απόκλισης, υποδεικνύοντας ότι τα δύο συστατικά έχουν καλή συμβατότητα. Το σύνθετο σύστημα είναι μια δομή συνεχούς φάσης διασκορπισμένης φάσης «θάλασσα-νησί» σε χαμηλή θερμοκρασία και η συνεχής μετάβαση φάσης συμβαίνει στο 4:6 με τη μείωση της αναλογίας ένωσης HPMC/HPS.

Ως σημαντικό συστατικό των προϊόντων διατροφής, η συσκευασία των τροφίμων μπορεί να αποτρέψει την καταστροφή και τη μόλυνση των τροφίμων από εξωτερικούς παράγοντες κατά τη διαδικασία κυκλοφορίας και αποθήκευσης, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής και την περίοδο αποθήκευσης των τροφίμων. Ως νέος τύπος υλικού συσκευασίας τροφίμων που είναι ασφαλές και βρώσιμο, και μάλιστα έχει μια ορισμένη θρεπτική αξία, το βρώσιμο φιλμ έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη συσκευασία και συντήρηση τροφίμων, στα φαστ φουντ και στις φαρμακευτικές κάψουλες και έχει γίνει ερευνητικό hotspot στα τρέχοντα τρόφιμα πεδία που σχετίζονται με τη συσκευασία.

Η σύνθετη μεμβράνη HPMC/HPS παρασκευάστηκε με μέθοδο χύτευσης. Η συμβατότητα και ο διαχωρισμός φάσεων του σύνθετου συστήματος διερευνήθηκαν περαιτέρω με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, ανάλυση δυναμικής θερμομηχανικής ιδιότητας και θερμοβαρυμετρική ανάλυση και μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης. και διαπερατότητα οξυγόνου και άλλες ιδιότητες της μεμβράνης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι δεν υπάρχει προφανής διεπαφή δύο φάσεων στις εικόνες SEM όλων των σύνθετων μεμβρανών, υπάρχει μόνο ένα σημείο μετάβασης γυαλιού στα αποτελέσματα DMA των περισσότερων από τις σύνθετες μεμβράνες και μόνο μία κορυφή θερμικής αποικοδόμησης εμφανίζεται στις καμπύλες DTG των περισσότερων από τις σύνθετες ταινίες. Το HPMC έχει κάποια συμβατότητα με το HPS. Η προσθήκη HPS στο HPMC βελτιώνει σημαντικά τις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης. Οι μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης ποικίλλουν πολύ ανάλογα με την αναλογία σύνθεσης και τη σχετική υγρασία του περιβάλλοντος και παρουσιάζουν ένα σημείο διασταύρωσης, το οποίο μπορεί να παρέχει μια αναφορά για βελτιστοποίηση προϊόντος για διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής.

Η μικροσκοπική μορφολογία, η κατανομή φάσης, η μετάβαση φάσης και άλλες μικροδομές του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μελετήθηκαν με απλή ανάλυση οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου και η διαφάνεια και οι μηχανικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης μελετήθηκαν με φασματοφωτόμετρο υπεριώδους και μηχανικό ελεγκτή ιδιοτήτων. Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροσκοπικής μορφολογικής δομής και της μακροσκοπικής συνολικής απόδοσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ένας μεγάλος αριθμός μεσοφάσεων υπάρχει στο σύστημα ένωσης, το οποίο έχει καλή συμβατότητα. Υπάρχει ένα σημείο μετάβασης φάσης στο σύστημα ένωσης και αυτό το σημείο μετάβασης φάσης έχει μια ορισμένη αναλογία ένωσης και εξάρτηση από τη συγκέντρωση διαλύματος. Το χαμηλότερο σημείο διαφάνειας του σύνθετου συστήματος είναι σύμφωνο με το σημείο μετάβασης φάσης του HPMC από τη συνεχή φάση στη φάση διασποράς και το ελάχιστο σημείο του συντελεστή εφελκυσμού. Ο συντελεστής και η επιμήκυνση του Young στο σπάσιμο μειώθηκαν με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η οποία είχε μια αιτιώδη σχέση με τη μετάβαση του HPMC από τη συνεχή φάση στη φάση διασποράς.

Χρησιμοποιήθηκε ένα ροόμετρο για τη μελέτη της επίδρασης της χημικής τροποποίησης του HPS στις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης του συστήματος ένωσης γέλης ανάστροφης φάσης HPMC/HPS ψυχρής και θερμής. Μελετήθηκαν οι χωρητικότητες και οι μεταπτώσεις φάσης και εδραιώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των ρεολογικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων γέλης. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η υδροξυπροπυλίωση του HPS μπορεί να μειώσει το ιξώδες του συστήματος ένωσης σε χαμηλή θερμοκρασία, να βελτιώσει τη ρευστότητα του διαλύματος ένωσης και να μειώσει το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης. Η υδροξυπροπυλίωση του HPS μπορεί να περιορίσει το γραμμικό ιξώδες του συστήματος ένωσης. Στην ελαστική περιοχή, η θερμοκρασία μετάπτωσης φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μειώνεται και βελτιώνεται η συμπεριφορά που μοιάζει με στερεό του συστήματος ένωσης σε χαμηλή θερμοκρασία και η ρευστότητα σε υψηλή θερμοκρασία. Το HPMC και το HPS σχηματίζουν συνεχείς φάσεις σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα, και ως διεσπαρμένες φάσεις καθορίζουν τις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης του σύνθετου συστήματος σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες. Τόσο η απότομη αλλαγή στην καμπύλη ιξώδους του σύνθετου συστήματος όσο και η κορυφή του μαυρίσματος δέλτα στην καμπύλη του παράγοντα απώλειας εμφανίζονται στους 45 °C, κάτι που απηχεί το φαινόμενο της συν-συνεχούς φάσης που παρατηρείται στις μικρογραφίες που έχουν χρωματιστεί με ιώδιο στους 45 °C.

Η επίδραση της χημικής τροποποίησης του HPS στην κρυσταλλική δομή και τη μικροδιαιρούμενη δομή του σύνθετου φιλμ μελετήθηκε με τεχνολογία σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας ακτινοβολίας σύγχροτρον και οι μηχανικές ιδιότητες, οι ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και η θερμική σταθερότητα του σύνθετου φιλμ μελετήθηκαν. μελέτησε συστηματικά την επίδραση των αλλαγών της χημικής δομής των συστατικών της ένωσης στη μικροδομή και τις μακροσκοπικές ιδιότητες των σύνθετων συστημάτων. Τα αποτελέσματα της ακτινοβολίας σύγχροτρον έδειξαν ότι η υδροξυπροπυλίωση του HPS και η βελτίωση της συμβατότητας των δύο συστατικών θα μπορούσαν να αναστείλουν σημαντικά την ανακρυστάλλωση του αμύλου στη μεμβράνη και να προάγουν το σχηματισμό μιας χαλαρότερης αυτο-όμοιας δομής στη σύνθετη μεμβράνη. Οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι μηχανικές ιδιότητες, η θερμική σταθερότητα και η διαπερατότητα οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS σχετίζονται στενά με την εσωτερική κρυσταλλική δομή και τη δομή της άμορφης περιοχής. Το συνδυασμένο αποτέλεσμα των δύο επιδράσεων.

Κεφάλαιο Πρώτο Εισαγωγή

Ως σημαντικό συστατικό των προϊόντων διατροφής, τα υλικά συσκευασίας τροφίμων μπορούν να προστατεύσουν τα τρόφιμα από φυσικές, χημικές και βιολογικές βλάβες και ρύπανση κατά την κυκλοφορία και την αποθήκευση, να διατηρήσουν την ποιότητα των ίδιων των τροφίμων, να διευκολύνουν την κατανάλωση τροφίμων και να εξασφαλίσουν την τροφή. Μακροχρόνια αποθήκευση και συντήρηση και δίνουν στα τρόφιμα εμφάνιση για να προσελκύουν την κατανάλωση και να αποκτούν αξία πέρα ​​από το κόστος υλικού [1-4]. Ως νέος τύπος υλικού συσκευασίας τροφίμων που είναι ασφαλές και βρώσιμο, και μάλιστα έχει μια ορισμένη θρεπτική αξία, το βρώσιμο φιλμ έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη συσκευασία και συντήρηση τροφίμων, στα φαστ φουντ και στις φαρμακευτικές κάψουλες και έχει γίνει ερευνητικό hotspot στα τρέχοντα τρόφιμα πεδία που σχετίζονται με τη συσκευασία.

Οι βρώσιμες μεμβράνες είναι μεμβράνες με δομή πορώδους δικτύου, που συνήθως λαμβάνονται με επεξεργασία φυσικών βρώσιμων πολυμερών. Πολλά φυσικά πολυμερή που υπάρχουν στη φύση έχουν ιδιότητες γέλης και τα υδατικά διαλύματά τους μπορούν να σχηματίσουν υδρογέλες υπό ορισμένες συνθήκες, όπως ορισμένοι φυσικοί πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, λιπίδια κ.λπ. Οι φυσικοί δομικοί πολυσακχαρίτες, όπως το άμυλο και η κυτταρίνη, λόγω της ειδικής μοριακής δομής της έλικας μακράς αλυσίδας και των σταθερών χημικών ιδιοτήτων τους, μπορούν να είναι κατάλληλοι για μακροχρόνια και διάφορα περιβάλλοντα αποθήκευσης και έχουν μελετηθεί ευρέως ως βρώσιμα υλικά σχηματισμού φιλμ. Οι βρώσιμες μεμβράνες που παράγονται από έναν μόνο πολυσακχαρίτη έχουν συχνά ορισμένους περιορισμούς στην απόδοση. Επομένως, προκειμένου να εξαλειφθούν οι περιορισμοί των βρώσιμων μεμβρανών ενός πολυσακχαρίτη, να αποκτηθούν ειδικές ιδιότητες ή να αναπτυχθούν νέες λειτουργίες, να μειωθούν οι τιμές των προϊόντων και να επεκταθούν οι εφαρμογές τους, συνήθως χρησιμοποιούνται δύο είδη πολυσακχαριτών. Ή οι παραπάνω φυσικοί πολυσακχαρίτες συνδυάζονται για να επιτύχουν το αποτέλεσμα συμπληρωματικών ιδιοτήτων. Ωστόσο, λόγω της διαφοράς στη μοριακή δομή μεταξύ διαφορετικών πολυμερών, υπάρχει μια ορισμένη διαμορφωτική εντροπία και τα περισσότερα σύμπλοκα πολυμερών είναι μερικώς συμβατά ή ασύμβατα. Η μορφολογία φάσης και η συμβατότητα του πολυμερούς συμπλόκου θα καθορίσουν τις ιδιότητες του σύνθετου υλικού. Η παραμόρφωση και το ιστορικό ροής κατά την επεξεργασία έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη δομή. Επομένως, μελετώνται οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος πολυμερούς συμπλόκου. Η αλληλεπίδραση μεταξύ μικροσκοπικών μορφολογικών δομών, όπως η μορφολογία φάσης και η συμβατότητα, είναι σημαντική για τη ρύθμιση της απόδοσης, της ανάλυσης και της τροποποίησης των σύνθετων υλικών, της τεχνολογίας επεξεργασίας, του σχεδιασμού τύπων καθοδήγησης και του σχεδιασμού μηχανημάτων επεξεργασίας και της αξιολόγησης της παραγωγής. Η απόδοση επεξεργασίας του προϊόντος και η ανάπτυξη και εφαρμογή νέων πολυμερών υλικών έχουν μεγάλη σημασία.

Σε αυτό το κεφάλαιο, η ερευνητική κατάσταση και η πρόοδος εφαρμογής των βρώσιμων υλικών μεμβράνης εξετάζονται λεπτομερώς. η ερευνητική κατάσταση των φυσικών υδροπηκτών· ο σκοπός και η μέθοδος της σύνθεσης πολυμερών και η ερευνητική πρόοδος της σύνθεσης πολυσακχαριτών· η μέθοδος ρεολογικής έρευνας του συστήματος σύνθεσης· Αναλύονται και συζητούνται οι ρεολογικές ιδιότητες και η κατασκευή του μοντέλου του ψυχρού και θερμού συστήματος αντίστροφης γέλης, καθώς και η ερευνητική σημασία, ο ερευνητικός σκοπός και η έρευνα του περιεχομένου αυτής της εργασίας.

1.1 Βρώσιμο φιλμ

Το βρώσιμο φιλμ αναφέρεται στην προσθήκη πλαστικοποιητών και παραγόντων διασταύρωσης με βάση φυσικές εδώδιμες ουσίες (όπως δομικοί πολυσακχαρίτες, λιπίδια, πρωτεΐνες), μέσω διαφορετικών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, μέσω σύνθεσης, θέρμανσης, επικάλυψης, ξήρανσης κ.λπ. Το φιλμ με πορώδες δίκτυο δομή που σχηματίζεται από τη θεραπεία. Μπορεί να παρέχει διάφορες λειτουργίες, όπως επιλέξιμες ιδιότητες φραγμού στο αέριο, την υγρασία, τα περιεχόμενα και τις εξωτερικές επιβλαβείς ουσίες, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αισθητηριακή ποιότητα και η εσωτερική δομή των τροφίμων και να παραταθεί η περίοδος αποθήκευσης ή η διάρκεια ζωής των τροφίμων.

1.1.1 Ιστορία ανάπτυξης βρώσιμων ταινιών

Η ανάπτυξη του βρώσιμου φιλμ εντοπίζεται στον 12ο και 13ο αιώνα. Εκείνη την εποχή, οι Κινέζοι χρησιμοποιούσαν μια απλή μέθοδο αποτρίχωσης με κερί για την επικάλυψη εσπεριδοειδών και λεμονιών, η οποία μείωσε αποτελεσματικά την απώλεια νερού στα φρούτα και τα λαχανικά, έτσι ώστε τα φρούτα και τα λαχανικά διατήρησαν την αρχική τους λάμψη, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής των φρούτων και λαχανικά, αλλά αναστέλλοντας υπερβολικά την αερόβια αναπνοή φρούτων και λαχανικών, με αποτέλεσμα την αλλοίωση της ζύμωσης των φρούτων. Τον 15ο αιώνα, οι Ασιάτες είχαν ήδη αρχίσει να φτιάχνουν βρώσιμο φιλμ από γάλα σόγιας και το χρησιμοποιούσαν για να προστατεύουν τα τρόφιμα και να αυξάνουν την εμφάνιση των τροφίμων [20]. Τον 16ο αιώνα, οι Βρετανοί χρησιμοποιούσαν λίπος για να επικαλύψουν τις επιφάνειες των τροφίμων για να μειώσουν την απώλεια υγρασίας των τροφίμων. Τον 19ο αιώνα, η σακχαρόζη χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ως βρώσιμο επίχρισμα σε ξηρούς καρπούς, αμύγδαλα και φουντούκια για να αποτρέψει την οξείδωση και το τάγγισμα κατά την αποθήκευση. Στη δεκαετία του 1830, εμφανίστηκαν εμπορικές μεμβράνες παραφίνης θερμής τήξης για φρούτα όπως τα μήλα και τα αχλάδια. Στα τέλη του 19ου αιώνα, μεμβράνες ζελατίνης ψεκάζονται στην επιφάνεια των προϊόντων κρέατος και άλλων τροφίμων για τη συντήρηση των τροφίμων. Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, το κερί καρναούμπα, κ.λπ., είχαν κατασκευαστεί σε γαλακτώματα λάδι σε νερό για την επικάλυψη και τη συντήρηση φρέσκων φρούτων και λαχανικών. Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, άρχισε να αναπτύσσεται έρευνα για βρώσιμες μεμβράνες που εφαρμόζονται σε προϊόντα κρέατος και το πιο εκτεταμένο και επιτυχημένο παράδειγμα είναι τα προϊόντα κλύσματος που μεταποιούνται από λεπτό έντερο ζώων σε περιβλήματα.

Από τη δεκαετία του 1950, μπορεί να ειπωθεί ότι η έννοια του βρώσιμου φιλμ έχει προταθεί πραγματικά. Από τότε, πολλοί ερευνητές έχουν αναπτύξει έντονο ενδιαφέρον για βρώσιμες μεμβράνες. Το 1991, η Nisperes εφάρμοσε καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (CMC) στην επικάλυψη και τη συντήρηση μπανανών και άλλων φρούτων, η αναπνοή των φρούτων μειώθηκε και η απώλεια χλωροφύλλης καθυστέρησε. Park et al. το 1994 ανέφερε τις αποτελεσματικές ιδιότητες φραγμού του φιλμ πρωτεΐνης ζεΐνης στο O2 και το CO2, που βελτίωσαν την απώλεια νερού, το μαρασμό και τον αποχρωματισμό των ντοματών. Το 1995, ο Lourdin χρησιμοποίησε αραιό αλκαλικό διάλυμα για την επεξεργασία του αμύλου και πρόσθεσε γλυκερίνη στις φράουλες για φρεσκάδα, γεγονός που μείωσε τον ρυθμό απώλειας νερού στις φράουλες και καθυστερούσε την αλλοίωση. Η Baberjee βελτίωσε τις ιδιότητες του βρώσιμου φιλμ το 1996 με μικρορευστοποίηση και επεξεργασία με υπερήχους του υγρού που σχηματίζει φιλμ, έτσι το μέγεθος των σωματιδίων του υγρού που σχηματίζει φιλμ μειώθηκε σημαντικά και η ομοιογενής σταθερότητα του γαλακτώματος βελτιώθηκε. Το 1998, οι Padegett et al. πρόσθεσε λυσοζύμη ή νισίνη στο βρώσιμο φιλμ πρωτεΐνης σόγιας και το χρησιμοποίησε για να τυλίξει τα τρόφιμα και διαπίστωσε ότι η ανάπτυξη βακτηρίων γαλακτικού οξέος στα τρόφιμα αναστέλλεται αποτελεσματικά [30]. Το 1999, οι Yin Qinghong et al. χρησιμοποίησε κερί μέλισσας για την κατασκευή ενός παράγοντα επικάλυψης μεμβράνης για τη συντήρηση και αποθήκευση μήλων και άλλων φρούτων, που θα μπορούσε να αναστείλει την αναπνοή, να αποτρέψει τη συρρίκνωση και την απώλεια βάρους και να αναστείλει τη μικροβιακή εισβολή .

Για πολλά χρόνια, τα ποτήρια ζέσεως καλαμποκιού για τη συσκευασία παγωτού, το κολλώδες ριζόχαρτο για τη συσκευασία καραμέλας και οι φλούδες tofu για τα πιάτα με βάση το κρέας είναι τυπικές βρώσιμες συσκευασίες. Αλλά οι εμπορικές εφαρμογές βρώσιμων μεμβρανών ήταν ουσιαστικά ανύπαρκτες το 1967, και ακόμη και η συντήρηση φρούτων με επικάλυψη κεριού είχε πολύ περιορισμένη εμπορική χρήση. Μέχρι το 1986, λίγες εταιρείες άρχισαν να παρέχουν προϊόντα βρώσιμων ταινιών και μέχρι το 1996, ο αριθμός των εταιρειών βρώσιμων ταινιών είχε αυξηθεί σε περισσότερες από 600. Επί του παρόντος, η εφαρμογή βρώσιμων ταινιών στη συντήρηση συσκευασιών τροφίμων έχει αυξηθεί και έχει επιτύχει ετήσια έσοδα άνω των 100 εκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ.

1.1.2 Χαρακτηριστικά και είδη βρώσιμων μεμβρανών

Σύμφωνα με σχετική έρευνα, το βρώσιμο φιλμ έχει τα ακόλουθα εξαιρετικά πλεονεκτήματα: το βρώσιμο φιλμ μπορεί να αποτρέψει την υποβάθμιση και την υποβάθμιση της ποιότητας των τροφίμων που προκαλείται από την αμοιβαία μετανάστευση διαφορετικών ουσιών τροφίμων. Ορισμένα συστατικά του βρώσιμου φιλμ έχουν ιδιαίτερη θρεπτική αξία και λειτουργία υγειονομικής περίθαλψης. Το βρώσιμο φιλμ έχει προαιρετικές ιδιότητες φραγμού στο CO2, O2 και άλλα αέρια. Η βρώσιμη μεμβράνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φούρνο μικροκυμάτων, ψήσιμο, τηγανητά τρόφιμα και φαρμακευτική μεμβράνη και επικάλυψη. Το βρώσιμο φιλμ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντιοξειδωτικά και συντηρητικά και άλλοι φορείς, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής των τροφίμων. Το βρώσιμο φιλμ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας χρωστικών και θρεπτικών ενισχυτών κ.λπ., για τη βελτίωση της ποιότητας των τροφίμων και τη βελτίωση των αισθητηριακών ιδιοτήτων των τροφίμων. Το βρώσιμο φιλμ είναι ασφαλές και βρώσιμο και μπορεί να καταναλωθεί μαζί με φαγητό. Οι βρώσιμες μεμβράνες συσκευασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συσκευασία μικρών ποσοτήτων ή μονάδων τροφίμων και να σχηματίσουν σύνθετες συσκευασίες πολλαπλών στρώσεων με παραδοσιακά υλικά συσκευασίας, που βελτιώνουν τη συνολική απόδοση φραγμού των υλικών συσκευασίας.

Ο λόγος για τον οποίο οι βρώσιμες μεμβράνες συσκευασίας έχουν τις παραπάνω λειτουργικές ιδιότητες βασίζεται κυρίως στο σχηματισμό μιας συγκεκριμένης τρισδιάστατης δομής δικτύου στο εσωτερικό τους, δείχνοντας έτσι ορισμένες ιδιότητες αντοχής και φραγμού. Οι λειτουργικές ιδιότητες του βρώσιμου φιλμ συσκευασίας επηρεάζονται σημαντικά από τις ιδιότητες των συστατικών του και ο βαθμός εσωτερικής διασταύρωσης πολυμερούς, η ομοιομορφία και η πυκνότητα της δομής του δικτύου επηρεάζονται επίσης από διαφορετικές διαδικασίες σχηματισμού φιλμ. Υπάρχουν προφανείς διαφορές στην απόδοση [15, 35]. Οι βρώσιμες μεμβράνες έχουν επίσης κάποιες άλλες ιδιότητες όπως διαλυτότητα, χρώμα, διαφάνεια κ.λπ. Τα κατάλληλα υλικά συσκευασίας βρώσιμων μεμβρανών μπορούν να επιλεγούν ανάλογα με τα διαφορετικά περιβάλλοντα χρήσης και τις διαφορές στα αντικείμενα του προϊόντος που πρόκειται να συσκευαστούν.

Σύμφωνα με τη μέθοδο σχηματισμού του βρώσιμου φιλμ, μπορεί να χωριστεί σε μεμβράνες και επιστρώσεις: (1) Οι προπαρασκευασμένες ανεξάρτητες μεμβράνες συνήθως ονομάζονται φιλμ. (2) Το λεπτό στρώμα που σχηματίζεται στην επιφάνεια του φαγητού μέσω επικάλυψης, εμβάπτισης και ψεκασμού ονομάζεται επικάλυψη. Οι μεμβράνες χρησιμοποιούνται κυρίως για τρόφιμα με διαφορετικά συστατικά που πρέπει να συσκευάζονται μεμονωμένα (όπως πακέτα καρυκευμάτων και πακέτα λαδιού σε μαγειρεμένα τρόφιμα), τρόφιμα με το ίδιο συστατικό αλλά πρέπει να συσκευάζονται χωριστά (όπως μικρές συσκευασίες καφέ, γάλα σε σκόνη, κ.λπ.), και φάρμακα ή προϊόντα υγειονομικής περίθαλψης. Υλικό κάψουλας; Η επίστρωση χρησιμοποιείται κυρίως για τη συντήρηση φρέσκων τροφίμων όπως φρούτα και λαχανικά, προϊόντα κρέατος, επικάλυψη φαρμάκων και τη συναρμολόγηση μικροκαψουλών ελεγχόμενης αποδέσμευσης.

Σύμφωνα με τα υλικά που σχηματίζουν φιλμ της βρώσιμης μεμβράνης συσκευασίας, μπορεί να χωριστεί σε: βρώσιμο φιλμ πολυσακχαρίτη, βρώσιμο φιλμ πρωτεΐνης, βρώσιμο φιλμ λιπιδίων, βρώσιμο φιλμ μικροβίων και σύνθετο βρώσιμο φιλμ.

1.1.3 Εφαρμογή βρώσιμου φιλμ

Ως νέος τύπος υλικού συσκευασίας τροφίμων που είναι ασφαλής και βρώσιμος, και μάλιστα έχει μια ορισμένη θρεπτική αξία, το βρώσιμο φιλμ χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία συσκευασίας τροφίμων, στον φαρμακευτικό τομέα, την αποθήκευση και συντήρηση φρούτων και λαχανικών, την επεξεργασία και τη συντήρηση κρεάτων και υδρόβιων προϊόντων, την παραγωγή φαστ φουντ και την παραγωγή λαδιού. Έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη συντήρηση φαγητών όπως οι τηγανητές καραμέλες φούρνου.

1.1.3.1 Εφαρμογή σε συσκευασίες τροφίμων

Το διάλυμα που σχηματίζει φιλμ καλύπτεται στα τρόφιμα που πρόκειται να συσκευαστούν με ψεκασμό, βούρτσισμα, εμβάπτιση κ.λπ., για να αποτραπεί η διείσδυση υγρασίας, οξυγόνου και αρωματικών ουσιών, που μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την απώλεια της συσκευασίας και να μειώσουν τον αριθμό των στρωμάτων συσκευασίας ; μειώνει σημαντικά το εξωτερικό στρώμα του τροφίμου Η πολυπλοκότητα των συστατικών της πλαστικής συσκευασίας διευκολύνει την ανακύκλωση και την επεξεργασία τους και μειώνει τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Εφαρμόζεται στη χωριστή συσκευασία ορισμένων συστατικών σύνθετων τροφίμων πολλών συστατικών για τη μείωση της αμοιβαίας μετανάστευσης μεταξύ των διαφορετικών συστατικών, μειώνοντας έτσι τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Μειώστε την αλλοίωση των τροφίμων ή την πτώση της ποιότητας των τροφίμων. Το βρώσιμο φιλμ επεξεργάζεται απευθείας σε χαρτί συσκευασίας ή σακούλες συσκευασίας για συσκευασία τροφίμων, κάτι που όχι μόνο επιτυγχάνει ασφάλεια, καθαριότητα και ευκολία, αλλά μειώνει επίσης την πίεση της λευκής ρύπανσης στο περιβάλλον.

Χρησιμοποιώντας το καλαμπόκι, τη σόγια και το σιτάρι ως κύριες πρώτες ύλες, μπορούν να παρασκευαστούν μεμβράνες δημητριακών που μοιάζουν με χαρτί και να χρησιμοποιηθούν για τη συσκευασία λουκάνικων και άλλων τροφίμων. Μετά τη χρήση, ακόμη και αν απορριφθούν στο φυσικό περιβάλλον, είναι βιοδιασπώμενα και μπορούν να μετατραπούν σε λιπάσματα εδάφους για τη βελτίωση του εδάφους. . Χρησιμοποιώντας άμυλο, χιτοζάνη και υπολείμματα φασολιών ως κύρια υλικά, μπορεί να παρασκευαστεί βρώσιμο χαρτί περιτυλίγματος για τη συσκευασία φαστ φουντ, όπως noodles fast-food και τηγανητές πατάτες, που είναι βολικό, ασφαλές και πολύ δημοφιλές. χρησιμοποιείται για πακέτα καρυκευμάτων, στερεές σούπες Η συσκευασία των βολικών τροφίμων, όπως οι πρώτες ύλες, που μπορούν να μαγειρευτούν απευθείας στην κατσαρόλα όταν χρησιμοποιούνται, μπορεί να αποτρέψει τη μόλυνση των τροφίμων, να αυξήσει τη διατροφή των τροφίμων και να διευκολύνει τον καθαρισμό. Το αποξηραμένο αβοκάντο, οι πατάτες και το σπασμένο ρύζι ζυμώνονται και μετατρέπονται σε πολυσακχαρίτες, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή νέων βρώσιμων υλικών εσωτερικής συσκευασίας που είναι άχρωμα και διαφανή, έχουν καλές ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και μηχανικές ιδιότητες και χρησιμοποιούνται για τη συσκευασία γάλακτος σε σκόνη , λάδι σαλάτας και άλλα προϊόντα [19]. Για στρατιωτικά τρόφιμα, μετά τη χρήση του προϊόντος, το παραδοσιακό πλαστικό υλικό συσκευασίας απορρίπτεται στο περιβάλλον και γίνεται δείκτης για τον εντοπισμό του εχθρού, ο οποίος είναι εύκολο να αποκαλύψει το πού βρίσκεται. Σε ειδικά τρόφιμα πολλαπλών συστατικών όπως πίτσα, ζαχαροπλαστεία, κέτσαπ, παγωτό, γιαούρτι, κέικ και επιδόρπια, τα πλαστικά υλικά συσκευασίας δεν μπορούν να προστεθούν απευθείας στη χρήση και η βρώσιμη μεμβράνη συσκευασίας δείχνει τα μοναδικά της πλεονεκτήματα, τα οποία μπορούν να μειώσουν τον αριθμό των ομάδων Κλασματική Η μετανάστευση των αρωματικών ουσιών βελτιώνει την ποιότητα και την αισθητική του προϊόντος [21]. Το βρώσιμο φιλμ συσκευασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην επεξεργασία τροφίμων μικροκυμάτων του συστήματος ζύμης. Τα προϊόντα κρέατος, τα λαχανικά, το τυρί και τα φρούτα προσυσκευάζονται με ψεκασμό, βύθιση ή βούρτσισμα κ.λπ., καταψύχονται και αποθηκεύονται και χρειάζονται μόνο φούρνο μικροκυμάτων για κατανάλωση.

Αν και λίγα εμπορικά βρώσιμα χαρτιά συσκευασίας και σακούλες είναι διαθέσιμα, πολλά διπλώματα ευρεσιτεχνίας έχουν καταχωρηθεί για τη σύνθεση και την εφαρμογή πιθανών βρώσιμων υλικών συσκευασίας. Οι γαλλικές ρυθμιστικές αρχές τροφίμων ενέκριναν μια βιομηχανοποιημένη βρώσιμη σακούλα συσκευασίας με την ονομασία «SOLUPAN», η οποία αποτελείται από υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη, άμυλο και σορβικό νάτριο και διατίθεται στο εμπόριο.

1.1.3.2 Εφαρμογή στην Ιατρική

Η ζελατίνη, τα παράγωγα κυτταρίνης, το άμυλο και το βρώσιμο κόμμι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή μαλακών και σκληρών περιβλημάτων κάψουλας φαρμάκων και προϊόντων υγείας, τα οποία μπορούν να εξασφαλίσουν αποτελεσματικά την αποτελεσματικότητα των φαρμάκων και των προϊόντων υγείας και είναι ασφαλή και βρώσιμα. Ορισμένα φάρμακα έχουν εγγενή πικρή γεύση, η οποία είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί από τους ασθενείς. Αποδεκτές, βρώσιμες μεμβράνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επικαλύψεις κάλυψης της γεύσης για τέτοια φάρμακα. Ορισμένα εντερικά πολυμερή πολυμερή δεν διαλύονται στο στομάχι (pH 1,2), αλλά είναι διαλυτά στο εντερικό (pH 6,8) περιβάλλον και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην εντερική επικάλυψη φαρμάκου παρατεταμένης αποδέσμευσης. μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως φορέας για στοχευμένα φάρμακα.

Οι Blanco-Fernandez et al. ετοίμασε ένα σύνθετο φιλμ ακετυλιωμένου μονογλυκεριδίου χιτοζάνης και το χρησιμοποίησε για την παρατεταμένη απελευθέρωση της αντιοξειδωτικής δράσης της βιταμίνης Ε και το αποτέλεσμα ήταν αξιοσημείωτο. Μακροχρόνια αντιοξειδωτικά υλικά συσκευασίας. Οι Zhang et al. αναμίχθηκε άμυλο με ζελατίνη, προστέθηκε πλαστικοποιητής πολυαιθυλενογλυκόλης και χρησιμοποιήθηκε παραδοσιακά. Οι κοίλες σκληρές κάψουλες παρασκευάστηκαν με τη διαδικασία εμβάπτισης του σύνθετου φιλμ και μελετήθηκαν η διαφάνεια, οι μηχανικές ιδιότητες, οι υδρόφιλες ιδιότητες και η μορφολογία φάσης του σύνθετου φιλμ. καλό υλικό κάψουλας [52]. Lal et al. έκανε την καφιρίνη σε βρώσιμη επικάλυψη για την εντερική επικάλυψη των καψουλών παρακεταμόλης και μελέτησε τις μηχανικές ιδιότητες, τις θερμικές ιδιότητες, τις ιδιότητες φραγμού και τις ιδιότητες απελευθέρωσης φαρμάκου του βρώσιμου φιλμ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επικάλυψη του σόργου Διάφορες σκληρές κάψουλες μεμβράνης γλιαδίνης δεν έσπασε στο στομάχι, αλλά απελευθέρωσε το φάρμακο στο έντερο σε pH 6,8. Paik et al. παρασκεύασε σωματίδια φθαλικού HPMC επικαλυμμένα με ινδομεθακίνη και ψέκασε το βρώσιμο υγρό σχηματισμού φιλμ HPMC στην επιφάνεια των σωματιδίων του φαρμάκου και μελέτησε τον ρυθμό παγίδευσης του φαρμάκου, το μέσο μέγεθος σωματιδίων των σωματιδίων του φαρμάκου, το βρώσιμο φιλμ τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το επικαλυμμένο με HPMCN Το από του στόματος φάρμακο ινδομεθακίνη θα μπορούσε να επιτύχει τον σκοπό της κάλυψης της πικρής γεύσης του φαρμάκου και τη στόχευση της χορήγησης φαρμάκου. Oladzadabbasabadi et al. αναμείχθηκε τροποποιημένο άμυλο sago με carrageenan για να παρασκευάσει ένα βρώσιμο σύνθετο φιλμ ως υποκατάστατο για τις παραδοσιακές κάψουλες ζελατίνης και μελέτησε την κινητική ξήρανσής του, τις θερμομηχανικές ιδιότητες, τις φυσικοχημικές ιδιότητες και τις ιδιότητες φραγμού. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σύνθετο βρώσιμο φιλμ έχει παρόμοιες ιδιότητες με τη ζελατίνη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή φαρμακευτικών καψουλών.

1.1.3.3 Εφαρμογή στη συντήρηση φρούτων και λαχανικών

Στα φρέσκα φρούτα και λαχανικά μετά τη συλλογή, οι βιοχημικές αντιδράσεις και η αναπνοή συνεχίζονται έντονα, γεγονός που θα επιταχύνει τη βλάβη των ιστών των φρούτων και των λαχανικών και είναι εύκολο να προκληθεί απώλεια υγρασίας στα φρούτα και τα λαχανικά σε θερμοκρασία δωματίου, με αποτέλεσμα ποιότητα των εσωτερικών ιστών και αισθητηριακές ιδιότητες των φρούτων και των λαχανικών. πτώση. Ως εκ τούτου, η συντήρηση έχει γίνει το πιο σημαντικό ζήτημα στην αποθήκευση και τη μεταφορά φρούτων και λαχανικών. Οι παραδοσιακές μέθοδοι συντήρησης έχουν φτωχό αποτέλεσμα συντήρησης και υψηλό κόστος. Η συντήρηση φρούτων και λαχανικών με επίστρωση είναι σήμερα η πιο αποτελεσματική μέθοδος συντήρησης σε θερμοκρασία δωματίου. Το βρώσιμο υγρό που σχηματίζει φιλμ επικαλύπτεται στην επιφάνεια των φρούτων και των λαχανικών, το οποίο μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την εισβολή μικροοργανισμών, να μειώσει την αναπνοή, την απώλεια νερού και την απώλεια θρεπτικών ουσιών στους ιστούς των φρούτων και των λαχανικών, να καθυστερήσει τη φυσιολογική γήρανση των ιστών των φρούτων και των λαχανικών. και διατηρήστε τους ιστούς φρούτων και λαχανικών Το αρχικό παχουλό και απαλό. Γυαλιστερή εμφάνιση, ώστε να επιτυγχάνεται ο σκοπός της διατήρησης της φρεσκάδας και της παράτασης της περιόδου αποθήκευσης. Οι Αμερικανοί χρησιμοποιούν μονογλυκερίδιο ακετυλίου και τυρί που εξάγεται από φυτικό έλαιο ως κύριες πρώτες ύλες για την παρασκευή βρώσιμου φιλμ και το χρησιμοποιούν για να κόψουν φρούτα και λαχανικά για να διατηρηθούν φρέσκα, να αποφευχθεί η αφυδάτωση, το μαύρισμα και η εισβολή μικροοργανισμών, έτσι ώστε να μπορεί να διατηρηθεί για πολύ καιρό. Φρέσκια κατάσταση. Η Ιαπωνία χρησιμοποιεί το απόβλητο μετάξι ως πρώτη ύλη για την παρασκευή μεμβράνης φρέσκιας διατήρησης πατάτας, η οποία μπορεί να επιτύχει ένα αποτέλεσμα φρεσκάδας συγκρίσιμο με αυτό της αποθήκευσης στο ψυγείο. Οι Αμερικανοί χρησιμοποιούν φυτικό έλαιο και φρούτα ως τις κύριες πρώτες ύλες για να φτιάξουν ένα υγρό επικάλυψης και διατηρούν φρέσκο ​​τα κομμένα φρούτα και διαπίστωσαν ότι το αποτέλεσμα συντήρησης είναι καλό.

Οι Marquez et al. χρησιμοποίησε πρωτεΐνη ορού γάλακτος και πηκτίνη ως πρώτες ύλες και πρόσθεσε γλουταμινάση για διασταυρούμενη σύνδεση για να παρασκευάσει ένα σύνθετο βρώσιμο φιλμ, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την επικάλυψη φρέσκων μήλων, ντομάτας και καρότων, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά τον ρυθμό απώλειας βάρους. , αναστέλλουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών στην επιφάνεια φρέσκων φρούτων και λαχανικών και παρατείνουν τη διάρκεια ζωής με την προϋπόθεση της διατήρησης της γεύσης και της γεύσης των φρέσκων φρούτων και λαχανικών. Shi Lei et al. επικαλυμμένα κόκκινα σφαιρικά σταφύλια με βρώσιμο φιλμ χιτοζάνης, που θα μπορούσε να μειώσει την απώλεια βάρους και το ρυθμό σήψης των σταφυλιών, να διατηρήσει το χρώμα και τη φωτεινότητα των σταφυλιών και να καθυστερήσει την αποικοδόμηση των διαλυτών στερεών. Χρησιμοποιώντας χιτοζάνη, αλγινικό νάτριο, καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου και πολυακρυλικό ως πρώτες ύλες, οι Liu et al. παρασκεύασε βρώσιμα φιλμ με πολυστρωματική επίστρωση για φρέσκια διατήρηση φρούτων και λαχανικών και μελέτησε τη μορφολογία, τη υδατοδιαλυτότητά τους κ.λπ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύνθετο φιλμ νατρίου καρβοξυμεθυλ κυτταρίνη-χιτοζάνη-γλυκερόλη είχε το καλύτερο αποτέλεσμα συντήρησης. Sun Qingshen et al. μελέτησε το σύνθετο φιλμ απομόνωσης πρωτεΐνης σόγιας, το οποίο χρησιμοποιείται για τη συντήρηση των φραουλών, το οποίο μπορεί να μειώσει σημαντικά τη διαπνοή των φραουλών, να αναστείλει την αναπνοή τους και να μειώσει τον ρυθμό των σάπιων φρούτων. Οι Ferreira et al. χρησιμοποίησε σκόνη υπολειμμάτων φρούτων και λαχανικών και σκόνη φλούδας πατάτας για την παρασκευή σύνθετης βρώσιμης μεμβράνης, μελέτησε τη υδατοδιαλυτότητα και τις μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης και χρησιμοποίησε μέθοδο επικάλυψης για τη διατήρηση του κράταιγου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διάρκεια ζωής του κράταιγου παρατάθηκε. 50%, ο ρυθμός απώλειας βάρους μειώθηκε κατά 30-57%, και το οργανικό οξύ και η υγρασία δεν άλλαξαν σημαντικά. Fu Xiaowei et αϊ. μελέτησε τη συντήρηση φρέσκων πιπεριών με βρώσιμο φιλμ χιτοζάνης και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά την ένταση της αναπνοής των φρέσκων πιπεριών κατά την αποθήκευση και να καθυστερήσει τη γήρανση των πιπεριών. Navarro-Tarazaga et al. χρησιμοποιούσε βρώσιμο φιλμ HPMC τροποποιημένο με κερί μέλισσας για τη διατήρηση των δαμάσκηνων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το κερί μέλισσας θα μπορούσε να βελτιώσει τις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και υγρασίας και τις μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών HPMC. Ο ρυθμός απώλειας βάρους των δαμάσκηνων μειώθηκε σημαντικά, το μαλάκωμα και η αφαίμαξη των φρούτων κατά την αποθήκευση βελτιώθηκαν και η περίοδος αποθήκευσης των δαμάσκηνων παρατάθηκε. Οι Tang Liying et al. χρησιμοποίησε διάλυμα αλκαλίου σελάκας για την τροποποίηση αμύλου, παρασκεύασε βρώσιμο φιλμ συσκευασίας και μελέτησε τις ιδιότητες του φιλμ. Ταυτόχρονα, η χρήση του υγρού που σχηματίζει φιλμ για την επικάλυψη των μάνγκο για φρεσκάδα μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την αναπνοή. Μπορεί να αποτρέψει το φαινόμενο μαύρισμα κατά την αποθήκευση, να μειώσει τον ρυθμό απώλειας βάρους και να παρατείνει την περίοδο αποθήκευσης.

1.1.3.4 Εφαρμογή στην επεξεργασία και συντήρηση προϊόντων κρέατος

Τα προϊόντα κρέατος με πλούσια θρεπτικά συστατικά και υψηλή δραστηριότητα στο νερό εισβάλλουν εύκολα από μικροοργανισμούς κατά τη διαδικασία επεξεργασίας, μεταφοράς, αποθήκευσης και κατανάλωσης, με αποτέλεσμα να σκουραίνουν το χρώμα και την οξείδωση του λίπους και άλλες αλλοιώσεις. Προκειμένου να παραταθεί η περίοδος αποθήκευσης και η διάρκεια ζωής των προϊόντων κρέατος, είναι απαραίτητο να προσπαθήσουμε να αναστέλλουμε τη δραστηριότητα των ενζύμων στα προϊόντα κρέατος και την εισβολή μικροοργανισμών στην επιφάνεια και να αποτρέψουμε την αλλοίωση του χρώματος και της οσμής που προκαλείται από την οξείδωση του λίπους. Επί του παρόντος, η συντήρηση βρώσιμου φιλμ είναι μία από τις κοινές μεθόδους που χρησιμοποιούνται ευρέως στη συντήρηση κρέατος στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Συγκρίνοντας την με την παραδοσιακή μέθοδο, διαπιστώθηκε ότι η εισβολή εξωτερικών μικροοργανισμών, η οξειδωτική τάγγιση του λίπους και η απώλεια χυμού έχουν βελτιωθεί σημαντικά σε προϊόντα κρέατος συσκευασμένα σε βρώσιμο φιλμ και η ποιότητα των προϊόντων κρέατος έχει βελτιωθεί σημαντικά. Η διάρκεια ζωής παρατείνεται.

Η έρευνα για το βρώσιμο φιλμ προϊόντων κρέατος ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και η πιο επιτυχημένη περίπτωση εφαρμογής ήταν βρώσιμο φιλμ κολλαγόνου, το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην παραγωγή και επεξεργασία λουκάνικων. Οι Emiroglu et al. πρόσθεσε σησαμέλαιο σε βρώσιμο φιλμ πρωτεΐνης σόγιας για να φτιάξει αντιβακτηριδιακό φιλμ και μελέτησε την αντιβακτηριακή του δράση στο κατεψυγμένο βοδινό κρέας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το αντιβακτηριακό φιλμ μπορεί να αναστείλει σημαντικά την αναπαραγωγή και ανάπτυξη του Staphylococcus aureus. Wook et al. ετοίμασε μια βρώσιμη μεμβράνη προανθοκυανιδίνης και τη χρησιμοποίησε για να επικαλύψει το χοιρινό κρέας στο ψυγείο για φρεσκάδα. Μελετήθηκαν το χρώμα, το pH, η τιμή TVB-N, το θειοβαρβιτουρικό οξύ και ο μικροβιακός αριθμός των χοιρινών μπριζολών μετά από αποθήκευση για 14 ημέρες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ των προανθοκυανιδινών μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το σχηματισμό θειοβαρβιτουρικού οξέος, να αποτρέψει την αλλοίωση των λιπαρών οξέων, να μειώσει την εισβολή και την αναπαραγωγή μικροοργανισμών στην επιφάνεια των προϊόντων κρέατος, να βελτιώσει την ποιότητα των προϊόντων κρέατος και να παρατείνει την περίοδο αποθήκευσης και διάρκεια ζωής. Οι Jiang Shaotong et al. πρόσθεσε πολυφαινόλες τσαγιού και αλισίνη στο σύνθετο διάλυμα μεμβράνης αμύλου-αλγινικού νατρίου και τα χρησιμοποίησε για να διατηρήσει τη φρεσκάδα του παγωμένου χοιρινού κρέατος, το οποίο μπορούσε να αποθηκευτεί στους 0-4 °C για περισσότερες από 19 ημέρες. Οι Cartagena et al. ανέφερε την αντιβακτηριακή επίδραση του βρώσιμου φιλμ κολλαγόνου που προστέθηκε με αντιμικροβιακό παράγοντα νισίνης στη συντήρηση των φετών χοιρινού, υποδεικνύοντας ότι το βρώσιμο κολλαγόνο μπορεί να μειώσει τη μετανάστευση υγρασίας των φετών χοιρινού στο ψυγείο, να καθυστερήσει την ταγγότητα των προϊόντων κρέατος και να προσθέσει 2 Το φιλμ κολλαγόνου με % Η νισίνη είχε το καλύτερο αποτέλεσμα συντήρησης. Οι Wang Rui et al. μελέτησε τις αλλαγές του αλγινικού νατρίου, της χιτοζάνης και των καρβοξυμεθυλικών ινών με συγκριτική ανάλυση του pH, του πτητικού αζώτου της βάσης, της ερυθρότητας και του συνολικού αριθμού αποικιών βοείου κρέατος εντός 16 ημερών από την αποθήκευση. Τα τρία είδη βρώσιμων μεμβρανών βιταμίνης νατρίου χρησιμοποιήθηκαν για τη διατήρηση της φρεσκάδας του παγωμένου βοείου κρέατος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ αλγινικού νατρίου είχε ιδανικό αποτέλεσμα διατήρησης της φρεσκάδας. Οι Caprioli et al. τύλιξε μαγειρεμένο στήθος γαλοπούλας με βρώσιμη μεμβράνη καζεϊνικού νατρίου και μετά το έβαλε στο ψυγείο στους 4 °C. Μελέτες έχουν δείξει ότι το βρώσιμο φιλμ καζεϊνικού νατρίου μπορεί να επιβραδύνει το κρέας γαλοπούλας κατά τη διάρκεια της ψύξης. της τάγγισης.

1.1.3.5 Εφαρμογή στη συντήρηση υδρόβιων προϊόντων

Η ποιοτική υποβάθμιση των υδρόβιων προϊόντων εκδηλώνεται κυρίως στη μείωση της ελεύθερης υγρασίας, στην αλλοίωση της γεύσης και στην αλλοίωση της υφής του υδρόβιου προϊόντος. Η αποσύνθεση των υδρόβιων προϊόντων, η οξείδωση, η μετουσίωση και η ξηρή κατανάλωση που προκαλείται από μικροβιακή εισβολή είναι όλοι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής των υδρόβιων προϊόντων. Η αποθήκευση των κατεψυγμένων είναι μια συνηθισμένη μέθοδος για τη συντήρηση των υδρόβιων προϊόντων, αλλά θα υπάρξει επίσης ένας ορισμένος βαθμός υποβάθμισης της ποιότητας στη διαδικασία, η οποία είναι ιδιαίτερα σοβαρή για τα ψάρια του γλυκού νερού.

Η συντήρηση του βρώσιμου φιλμ των υδρόβιων προϊόντων ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και έχει πλέον χρησιμοποιηθεί ευρέως. Το βρώσιμο φιλμ μπορεί να διατηρήσει αποτελεσματικά τα κατεψυγμένα υδρόβια προϊόντα, να μειώσει την απώλεια νερού και μπορεί επίσης να συνδυαστεί με αντιοξειδωτικά για την πρόληψη της οξείδωσης του λίπους, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της παράτασης της διάρκειας ζωής και της διάρκειας ζωής. Οι Meenatchisundaram et al. ετοίμασε ένα σύνθετο βρώσιμο φιλμ με βάση το άμυλο χρησιμοποιώντας άμυλο ως μήτρα και πρόσθεσε μπαχαρικά όπως γαρύφαλλο και κανέλα, και το χρησιμοποίησε για τη συντήρηση των λευκών γαρίδων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ αμύλου μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά την ανάπτυξη μικροοργανισμών, να επιβραδύνει την οξείδωση του λίπους, να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των λευκών γαρίδων στο ψυγείο στους 10 °C και στους 4 °C έως και 14 και 12 ημέρες, αντίστοιχα. Ο Cheng Yuanyuan και άλλοι μελέτησαν το συντηρητικό του διαλύματος πουλλουλάν και πραγματοποίησαν τα ψάρια του γλυκού νερού. Η συντήρηση μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά την ανάπτυξη μικροοργανισμών, να επιβραδύνει την οξείδωση της πρωτεΐνης και του λίπους των ψαριών και να έχει εξαιρετική επίδραση συντήρησης. Οι Yunus et al. επικαλύφθηκε ιριδίζουσα πέστροφα με βρώσιμο φιλμ ζελατίνης στο οποίο προστέθηκε αιθέριο έλαιο δάφνης και μελέτησε την επίδραση της συντήρησης στο ψυγείο στους 4 °C. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ ζελατίνης ήταν αποτελεσματικό στη διατήρηση της ποιότητας της ιριδίζουσας πέστροφας για έως και 22 ημέρες. για πολύ καιρό. Οι Wang Siwei et al. χρησιμοποίησε αλγινικό νάτριο, χιτοζάνη και CMC ως κύρια υλικά, πρόσθεσε στεατικό οξύ για την παρασκευή βρώσιμου υγρού φιλμ και το χρησιμοποίησε για να επικαλύψει το Penaeus vannamei για φρεσκάδα. Η μελέτη έδειξε ότι το σύνθετο φιλμ CMC και χιτοζάνης Το υγρό έχει καλή επίδραση συντήρησης και μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής κατά περίπου 2 ημέρες. Ο Yang Shengping και άλλοι χρησιμοποίησαν βρώσιμο φιλμ τσαγιού πολυφαινόλης χιτοζάνης για την ψύξη και τη διατήρηση της φρέσκιας ουράς μαλλιών, η οποία μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά την αναπαραγωγή βακτηρίων στην επιφάνεια της ουράς μαλλιών, να καθυστερήσει το σχηματισμό πτητικού υδροχλωρικού οξέος και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της ουράς μαλλιών σε περίπου 12 ημέρες.

1.1.3.6 Εφαρμογή σε τηγανητά τρόφιμα

Το τηγανητό φαγητό είναι ένα ευρέως δημοφιλές έτοιμο φαγητό με μεγάλη απόδοση. Είναι τυλιγμένο με πολυσακχαρίτη και βρώσιμο φιλμ πρωτεΐνης, που μπορεί να αποτρέψει την αλλαγή χρώματος του φαγητού κατά τη διαδικασία του τηγανίσματος και να μειώσει την κατανάλωση λαδιού. είσοδος οξυγόνου και υγρασίας [80]. Η επικάλυψη τηγανισμένων τροφίμων με κόμμι gellan μπορεί να μειώσει την κατανάλωση λαδιού κατά 35%-63%, όπως όταν τηγανίζετε σασίμι, μπορεί να μειώσει την κατανάλωση λαδιού κατά 63%. όταν τηγανίζετε πατατάκια, μπορεί να μειώσει την κατανάλωση λαδιού κατά 35%-63%. Μειωμένη κατανάλωση καυσίμου κατά 60%, κ.λπ. [81].

Singthong et al. κατασκεύασε βρώσιμα φιλμ πολυσακχαριτών όπως αλγινικό νάτριο, καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και πηκτίνη, που χρησιμοποιήθηκαν για την επικάλυψη τηγανισμένων λωρίδων μπανάνας και μελέτησε το ρυθμό απορρόφησης λαδιού μετά το τηγάνισμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πηκτίνη και το καρβοξυλικό Οι τηγανισμένες λωρίδες μπανάνας επικαλυμμένες με μεθυλοκυτταρίνη έδειξαν καλύτερη αισθητική ποιότητα, μεταξύ των οποίων το βρώσιμο φιλμ πηκτίνης είχε την καλύτερη επίδραση στη μείωση της απορρόφησης λαδιού [82]. Holownia et al. επικαλυμμένα φιλμ HPMC και MC στην επιφάνεια των τηγανισμένων φιλέτων κοτόπουλου για τη μελέτη των αλλαγών στην κατανάλωση λαδιού, την περιεκτικότητα σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και την αξία χρώματος στο τηγανέλαιο. Η προεπικάλυψη μπορεί να μειώσει την απορρόφηση λαδιού και να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής του λαδιού [83]. Οι Sheng Meixiang et al. έφτιαξε βρώσιμα φιλμ από CMC, χιτοζάνη και απομονωμένη πρωτεΐνη σόγιας, επικάλυψε πατατάκια και τα τηγάνισε σε υψηλή θερμοκρασία για να μελετήσει την απορρόφηση λαδιού, την περιεκτικότητα σε νερό, το χρώμα, την περιεκτικότητα σε ακρυλαμίδιο και την αισθητηριακή ποιότητα των τσιπς πατάτας. , τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ απομονωμένης πρωτεΐνης σόγιας έχει σημαντική επίδραση στη μείωση της κατανάλωσης λαδιού των τηγανητών πατατών και το βρώσιμο φιλμ χιτοζάνης έχει καλύτερη επίδραση στη μείωση της περιεκτικότητας σε ακρυλαμίδιο [84]. Ο Salvador et al. επικάλυψε την επιφάνεια των τηγανισμένων δακτυλίων καλαμαριού με άμυλο σίτου, τροποποιημένο άμυλο καλαμποκιού, δεξτρίνη και γλουτένη, τα οποία θα μπορούσαν να βελτιώσουν την τραγανότητα των δακτυλίων καλαμαριού και να μειώσουν τον ρυθμό απορρόφησης λαδιού [85].

1.1.3.7 Εφαρμογή σε αρτοσκευάσματα

Η βρώσιμη μεμβράνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λεία επίστρωση για τη βελτίωση της εμφάνισης των αρτοσκευασμάτων. μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φραγμός στην υγρασία, το οξυγόνο, το λίπος κ.λπ. για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής των αρτοσκευασμάτων, για παράδειγμα, η βρώσιμη μεμβράνη χιτοζάνης χρησιμοποιείται για την επικάλυψη ψωμιού. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως κόλλα για τραγανά σνακ και σνακ, Για παράδειγμα, τα καβουρδισμένα φιστίκια συχνά επικαλύπτονται με κόλλες για την επικάλυψη αλατιού και καρυκευμάτων [87].

Ο Χρήστος κ.ά. έφτιαξε βρώσιμα φιλμ από αλγινικό νάτριο και πρωτεΐνη ορού γάλακτος και τα επικάλυψε στην επιφάνεια του προβιοτικού ψωμιού Lactobacillus rhamnosus. Η μελέτη έδειξε ότι το ποσοστό επιβίωσης των προβιοτικών βελτιώθηκε σημαντικά, αλλά οι δύο τύποι ψωμιού έδειξαν ότι οι πεπτικοί μηχανισμοί είναι πολύ παρόμοιοι, επομένως η επικάλυψη του βρώσιμου φιλμ δεν αλλοιώνει την υφή, τη γεύση και τις θερμοφυσικές ιδιότητες του ψωμιού [88]. Οι Panuwat et al. πρόσθεσε εκχύλισμα ινδικού φραγκοστάφυλου στη μήτρα μεθυλοκυτταρίνης για να παρασκευάσει ένα βρώσιμο σύνθετο φιλμ και το χρησιμοποίησε για να διατηρήσει τη φρεσκάδα των ψημένων κάσιους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύνθετο βρώσιμο φιλμ θα μπορούσε να αναστείλει αποτελεσματικά τα ψητά κάσιους κατά την αποθήκευση. Η ποιότητα επιδεινώθηκε και η διάρκεια ζωής των ψημένων κάσιους παρατάθηκε έως και 90 ημέρες [89]. Οι Schou et al. έφτιαξε ένα διαφανές και εύκαμπτο βρώσιμο φιλμ με καζεϊνικό νάτριο και γλυκερίνη και μελέτησε τις μηχανικές του ιδιότητες, τη διαπερατότητα του νερού και την επίδραση της συσκευασίας του σε ψημένες φέτες ψωμιού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ καζεϊνικού νατρίου τύλιξε ψημένο ψωμί. Μετά το πανάρισμα, η σκληρότητά του μπορεί να μειωθεί εντός 6 ωρών από την αποθήκευση σε θερμοκρασία δωματίου [90]. Οι Du et al. χρησιμοποίησε βρώσιμο φιλμ με βάση το μήλο και βρώσιμο φιλμ με βάση την ντομάτα που προστέθηκε με φυτικά αιθέρια έλαια για να τυλίξει το ψητό κοτόπουλο, το οποίο όχι μόνο ανέστειλε την ανάπτυξη μικροοργανισμών πριν το ψήσιμο του κοτόπουλου, αλλά ενίσχυσε επίσης τη γεύση του κοτόπουλου μετά το ψήσιμο [91]. Javanmard et al. ετοίμασε μια βρώσιμη μεμβράνη από άμυλο σιταριού και τη χρησιμοποίησε για να τυλίξει ψημένο πυρήνα φιστικιού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βρώσιμο φιλμ αμύλου θα μπορούσε να αποτρέψει την οξειδωτική τάγγιση των ξηρών καρπών, να βελτιώσει την ποιότητα των ξηρών καρπών και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής τους [92]. Οι Majid et al. χρησιμοποίησε βρώσιμο φιλμ πρωτεΐνης ορού γάλακτος για την επικάλυψη καβουρδισμένων φιστικιών, το οποίο μπορεί να αυξήσει το φράγμα του οξυγόνου, να μειώσει το τάγγισμα των φιστικιών, να βελτιώσει την ευθραυστότητα του καβουρδισμένου φιστικιού και να παρατείνει την περίοδο αποθήκευσης [93].

1.1.3.8 Εφαρμογή σε προϊόντα ζαχαροπλαστικής

Η βιομηχανία ζαχαροπλαστικής έχει υψηλές απαιτήσεις για τη διάχυση πτητικών συστατικών, επομένως για τη σοκολάτα και τις καραμέλες με γυαλισμένες επιφάνειες, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν υδατοδιαλυτές βρώσιμες μεμβράνες για την αντικατάσταση του υγρού επικάλυψης που περιέχει πτητικά συστατικά. Η βρώσιμη μεμβράνη συσκευασίας μπορεί να σχηματίσει μια λεία προστατευτική μεμβράνη στην επιφάνεια της καραμέλας για να μειώσει τη μετανάστευση οξυγόνου και υγρασίας [19]. Η εφαρμογή βρώσιμων μεμβρανών πρωτεΐνης ορού γάλακτος στη ζαχαροπλαστική μπορεί να μειώσει σημαντικά τη διάχυση των πτητικών συστατικών της. Όταν η σοκολάτα χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση λιπαρών τροφών όπως τα μπισκότα και το φυστικοβούτυρο, το λάδι θα μεταναστεύσει στο εξωτερικό στρώμα της σοκολάτας, καθιστώντας τη σοκολάτα κολλώδη και προκαλώντας ένα φαινόμενο «αντίστροφου παγετού», αλλά το εσωτερικό υλικό θα στεγνώσει, με αποτέλεσμα αλλαγή στη γεύση του. Η προσθήκη ενός στρώματος υλικού συσκευασίας βρώσιμου φιλμ με λειτουργία φράγματος λίπους μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα [94].

Nelson et al. χρησιμοποίησε βρώσιμο φιλμ μεθυλοκυτταρίνης για να επικαλύψει καραμέλες που περιείχαν πολλαπλά λιπίδια και έδειξε πολύ χαμηλή διαπερατότητα λιπιδίων, αναστέλλοντας έτσι το φαινόμενο παγώματος στη σοκολάτα [95]. Ο Meyers εφάρμοσε μια βρώσιμη μεμβράνη διπλής στιβάδας υδρογέλης-κερί στην τσίχλα, η οποία θα μπορούσε να βελτιώσει την πρόσφυσή της, να μειώσει την εξάτμιση του νερού και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της [21]. Νερό που παρασκευάστηκε από τους Fadini et al. Το βρώσιμο σύνθετο φιλμ αποκολλαγόνου-βούτυρο κακάο μελετήθηκε για τις μηχανικές του ιδιότητες και τη διαπερατότητα του νερού και χρησιμοποιήθηκε ως επικάλυψη για προϊόντα σοκολάτας με καλά αποτελέσματα [96].

1.1.4 Βρώσιμα φιλμ με βάση την κυτταρίνη

Το βρώσιμο φιλμ με βάση την κυτταρίνη είναι ένα είδος βρώσιμου φιλμ που κατασκευάζεται από την πιο άφθονη κυτταρίνη και τα παράγωγά της στη φύση ως κύριες πρώτες ύλες. Το βρώσιμο φιλμ με βάση την κυτταρίνη είναι άοσμο και άγευστο και έχει καλή μηχανική αντοχή, ιδιότητες φραγμού λαδιού, διαφάνεια, ευελιξία και καλές ιδιότητες φραγμού αερίων. Ωστόσο, λόγω της υδρόφιλης φύσης της κυτταρίνης, η αντίσταση του βρώσιμου φιλμ με βάση την κυτταρίνη είναι Η απόδοση του νερού είναι γενικά σχετικά κακή [82, 97-99].

Το βρώσιμο φιλμ με βάση την κυτταρίνη που κατασκευάζεται από απόβλητα υλικά στην παραγωγή της βιομηχανίας τροφίμων μπορεί να αποκτήσει βρώσιμες μεμβράνες συσκευασίας με εξαιρετική απόδοση και μπορεί να επαναχρησιμοποιήσει τα απόβλητα για να αυξήσει την προστιθέμενη αξία των προϊόντων. Οι Ferreira et al. αναμειγνύεται σκόνη υπολειμμάτων φρούτων και λαχανικών με σκόνη φλούδας πατάτας για την παρασκευή ενός βρώσιμου σύνθετου φιλμ με βάση την κυτταρίνη και εφαρμόζεται στην επικάλυψη του κράταιγου για διατήρηση της φρεσκάδας και πέτυχε καλά αποτελέσματα [62]. Οι Tan Huizi et al. χρησιμοποίησε τις διαιτητικές ίνες που εξήχθησαν από υπολείμματα φασολιών ως υλικό βάσης και πρόσθεσε μια ορισμένη ποσότητα πυκνωτικού για να παρασκευάσει ένα βρώσιμο φιλμ από ίνες σόγιας, το οποίο έχει καλές μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγμού [100], το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για τη συσκευασία καρυκεύματα νουντλς Fast food , είναι βολικό και θρεπτικό να διαλύετε τη συσκευασία του υλικού απευθείας σε ζεστό νερό.

Υδατοδιαλυτά παράγωγα κυτταρίνης, όπως η μεθυλοκυτταρίνη (MC), η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (CMC) και η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC), μπορούν να σχηματίσουν μια συνεχή μήτρα και χρησιμοποιούνται συνήθως στην ανάπτυξη και έρευνα βρώσιμων μεμβρανών. Xiao Naiyu et al. χρησιμοποίησε το MC ως κύριο υπόστρωμα σχηματισμού φιλμ, πρόσθεσε πολυαιθυλενογλυκόλη και χλωριούχο ασβέστιο και άλλα βοηθητικά υλικά, παρασκεύασε βρώσιμο φιλμ MC με τη μέθοδο χύτευσης και το εφάρμοσε στη συντήρηση του ολεκράνον, το οποίο μπορεί να παρατείνει το στόμιο του ολεκράνον. Η διάρκεια ζωής του ροδάκινου είναι 4,5 ημέρες [101]. Esmaeili et al. παρασκεύασε βρώσιμο φιλμ MC με χύτευση και το εφάρμοσε στην επικάλυψη μικροκάψουλων αιθέριων ελαίων φυτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το φιλμ MC έχει καλή δράση αποκλεισμού του λαδιού και μπορεί να εφαρμοστεί σε συσκευασίες τροφίμων για να αποφευχθεί η αλλοίωση των λιπαρών οξέων [102]. Οι Tian et al. Τροποποιημένα βρώσιμα φιλμ MC με στεατικό οξύ και ακόρεστα λιπαρά οξέα, τα οποία θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις ιδιότητες αποκλεισμού του νερού των βρώσιμων μεμβρανών MC [103]. Οι Lai Fengying et al. μελέτησε την επίδραση του τύπου διαλύτη στη διαδικασία σχηματισμού φιλμ του βρώσιμου φιλμ MC και τις ιδιότητες φραγμού και τις μηχανικές ιδιότητες του βρώσιμου φιλμ [104].

Οι μεμβράνες CMC έχουν καλές ιδιότητες φραγμού στο O2, το CO2 και τα έλαια και χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα των τροφίμων και της ιατρικής [99]. Οι Bifani et al. παρασκεύασε μεμβράνες CMC και μελέτησε την επίδραση των εκχυλισμάτων φύλλων στις ιδιότητες φραγμού νερού και στις ιδιότητες φραγμού αερίων των μεμβρανών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη εκχυλισμάτων φύλλων θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά τις ιδιότητες φραγμού υγρασίας και οξυγόνου των μεμβρανών, αλλά όχι για το CO2. Οι ιδιότητες φραγμού σχετίζονται με τη συγκέντρωση του εκχυλίσματος [105]. de Moura et al. παρασκεύασαν νανοσωματίδια χιτοζάνης ενίσχυσαν τα φιλμ CMC και μελέτησαν τη θερμική σταθερότητα, τις μηχανικές ιδιότητες και τη υδατοδιαλυτότητα των σύνθετων μεμβρανών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα νανοσωματίδια χιτοζάνης μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τις μηχανικές ιδιότητες και τη θερμική σταθερότητα των μεμβρανών CMC. Σεξ [98]. Οι Ghanbarzadeh et al. παρασκεύασε βρώσιμα φιλμ CMC και μελέτησε τις επιδράσεις της γλυκερίνης και του ελαϊκού οξέος στις φυσικοχημικές ιδιότητες των μεμβρανών CMC. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ιδιότητες φραγμού των φιλμ βελτιώθηκαν σημαντικά, αλλά οι μηχανικές ιδιότητες και η διαφάνεια μειώθηκαν [99]. Οι Cheng et al. ετοίμασε ένα βρώσιμο σύνθετο φιλμ καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης-konjac γλυκομαννάνης και μελέτησε την επίδραση του φοινικέλαιου στις φυσικοχημικές ιδιότητες του σύνθετου φιλμ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μικρότερες λιπιδικές μικροσφαίρες μπορούν να αυξήσουν σημαντικά το σύνθετο φιλμ. Η επιφανειακή υδροφοβία και η καμπυλότητα του καναλιού διείσδυσης του μορίου του νερού μπορεί να βελτιώσει την απόδοση φραγμού υγρασίας της μεμβράνης [106].

Το HPMC έχει καλές ιδιότητες σχηματισμού φιλμ και το φιλμ του είναι εύκαμπτο, διαφανές, άχρωμο και άοσμο και έχει καλές ιδιότητες φραγμού λαδιού, αλλά οι μηχανικές του ιδιότητες και οι ιδιότητες αποκλεισμού του νερού πρέπει να βελτιωθούν. Η μελέτη των Zuniga et al. έδειξε ότι η αρχική μικροδομή και σταθερότητα του διαλύματος σχηματισμού φιλμ HPMC μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την επιφάνεια και την εσωτερική δομή του φιλμ και ο τρόπος με τον οποίο εισέρχονται σταγονίδια λαδιού κατά τον σχηματισμό της δομής του φιλμ μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη διαπερατότητα φωτός και την επιφανειακή δραστηριότητα του ταινία. Η προσθήκη του παράγοντα μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα του διαλύματος σχηματισμού φιλμ, το οποίο με τη σειρά του επηρεάζει τη δομή της επιφάνειας και τις οπτικές ιδιότητες του φιλμ, αλλά οι μηχανικές ιδιότητες και η διαπερατότητα του αέρα δεν μειώνονται [107]. Οι Klangmuang et al. χρησιμοποίησε οργανικά τροποποιημένο άργιλο και κερί μέλισσας για να ενισχύσει και να τροποποιήσει το βρώσιμο φιλμ HPMC για να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες και τις ιδιότητες φραγμού του φιλμ HPMC. Η μελέτη έδειξε ότι μετά την τροποποίηση με κερί μέλισσας και άργιλο, οι μηχανικές ιδιότητες του βρώσιμου φιλμ HPMC ήταν συγκρίσιμες με εκείνες του βρώσιμου φιλμ. Η απόδοση των συστατικών υγρασίας βελτιώθηκε [108]. Οι Dogan et al. παρασκεύασε βρώσιμο φιλμ HPMC και χρησιμοποίησε μικροκρυσταλλική κυτταρίνη για να ενισχύσει και να τροποποιήσει το φιλμ HPMC και μελέτησε τη διαπερατότητα στο νερό και τις μηχανικές ιδιότητες του φιλμ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ιδιότητες φραγμού υγρασίας του τροποποιημένου φιλμ δεν άλλαξαν σημαντικά. , αλλά οι μηχανικές του ιδιότητες έχουν βελτιωθεί σημαντικά [109]. Οι Choi et al. πρόσθεσε φύλλο ρίγανης και αιθέριο έλαιο περγαμόντο στη μήτρα HPMC για την παρασκευή βρώσιμου σύνθετου φιλμ, και το εφάρμοσε στη συντήρηση επικάλυψης φρέσκων δαμάσκηνων. Η μελέτη έδειξε ότι το βρώσιμο σύνθετο φιλμ μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά την αναπνοή των δαμάσκηνων, μειώνοντας την παραγωγή αιθυλενίου, μειώνοντας τον ρυθμό απώλειας βάρους και βελτιώνοντας την ποιότητα των δαμάσκηνων [110]. Οι Esteghlal et al. αναμίχθηκε HPMC με ζελατίνη για την παρασκευή βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών και μελέτησε βρώσιμα σύνθετα φιλμ. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες, οι μηχανικές ιδιότητες και η συμβατότητα της ζελατίνης HPMC έδειξαν ότι οι ιδιότητες εφελκυσμού των σύνθετων μεμβρανών ζελατίνης HPMC δεν άλλαξαν σημαντικά, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην παρασκευή φαρμακευτικών καψουλών [111]. Οι Villacres et al. μελέτησε τις μηχανικές ιδιότητες, τις ιδιότητες φραγμού αερίων και τις αντιβακτηριακές ιδιότητες των βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών αμύλου HPMC-μανιόκα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σύνθετα φιλμ είχαν καλές ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και αντιβακτηριδιακά αποτελέσματα [112]. Οι Byun et al. παρασκεύασε σύνθετες μεμβράνες shellac-HPMC, και μελέτησε τις επιδράσεις των τύπων γαλακτωματοποιητών και τη συγκέντρωση της shellac στις σύνθετες μεμβράνες. Ο γαλακτωματοποιητής μείωσε τις ιδιότητες δέσμευσης νερού της σύνθετης μεμβράνης, αλλά οι μηχανικές του ιδιότητες δεν μειώθηκαν σημαντικά. Η προσθήκη σέλακ βελτίωσε σημαντικά τη θερμική σταθερότητα της μεμβράνης HPMC και η επίδρασή της αυξήθηκε με την αύξηση της συγκέντρωσης της σέλακ [113].

1.1.5 Βρώσιμα φιλμ με βάση το άμυλο

Το άμυλο είναι ένα φυσικό πολυμερές για την παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών. Έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας πηγής, της χαμηλής τιμής, της βιοσυμβατότητας και της θρεπτικής αξίας και χρησιμοποιείται ευρέως στις βιομηχανίες τροφίμων και φαρμακευτικών προϊόντων [114-117]. Πρόσφατα, έρευνες σχετικά με βρώσιμες μεμβράνες καθαρού αμύλου και βρώσιμες σύνθετες μεμβράνες με βάση το άμυλο για αποθήκευση και συντήρηση τροφίμων έχουν εμφανιστεί η μία μετά την άλλη [118]. Το άμυλο με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλόζη και το υδροξυπροπυλιωμένο τροποποιημένο άμυλο του είναι τα κύρια υλικά για την παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών με βάση το άμυλο [119]. Η ανάδρομη αποικοδόμηση του αμύλου είναι ο κύριος λόγος για την ικανότητά του να σχηματίζει φιλμ. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε αμυλόζη, τόσο πιο σφιχτός είναι ο διαμοριακός δεσμός, τόσο πιο εύκολο είναι να παραχθεί ανάδρομη αποικοδόμηση και τόσο καλύτερη είναι η ιδιότητα σχηματισμού φιλμ και η τελική αντοχή εφελκυσμού της μεμβράνης. μεγαλύτερος. Η αμυλόζη μπορεί να κάνει υδατοδιαλυτές μεμβράνες με χαμηλή διαπερατότητα οξυγόνου και οι ιδιότητες φραγμού των μεμβρανών με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλόζη δεν θα μειωθούν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, που μπορούν να προστατεύσουν αποτελεσματικά τα συσκευασμένα τρόφιμα [120].

Το βρώσιμο φιλμ αμύλου, άχρωμο και άοσμο, έχει καλή διαφάνεια, υδατοδιαλυτότητα και ιδιότητες φραγμού αερίων, αλλά παρουσιάζει σχετικά ισχυρή υδροφιλία και φτωχές ιδιότητες φραγμού υγρασίας, επομένως χρησιμοποιείται κυρίως σε συσκευασίες φραγμού οξυγόνου τροφίμων και λαδιών [121-123]. Επιπλέον, οι μεμβράνες με βάση το άμυλο είναι επιρρεπείς στη γήρανση και την παλινδρόμηση και οι μηχανικές τους ιδιότητες είναι σχετικά φτωχές [124]. Προκειμένου να ξεπεραστούν οι παραπάνω ελλείψεις, το άμυλο μπορεί να τροποποιηθεί με φυσικές, χημικές, ενζυμικές, γενετικές και προσθετικές μεθόδους για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των βρώσιμων μεμβρανών με βάση το άμυλο [114].

Οι Zhang Zhengmao et al. χρησιμοποίησε εξαιρετικά λεπτό βρώσιμο φιλμ αμύλου για να καλύψει τις φράουλες και διαπίστωσε ότι μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την απώλεια νερού, να καθυστερήσει τη μείωση της περιεκτικότητας σε διαλυτά σάκχαρα και να παρατείνει αποτελεσματικά την περίοδο αποθήκευσης των φραουλών [125]. Garcia et al. τροποποιημένο άμυλο με διαφορετικές αναλογίες αλυσίδας για τη λήψη τροποποιημένου υγρού σχηματισμού φιλμ αμύλου, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη συντήρηση φιλμ επικάλυψης φρέσκιας φράουλας. Ο ρυθμός και ο ρυθμός αποσύνθεσης ήταν καλύτεροι από εκείνους της ομάδας χωρίς επίστρωση [126]. Οι Ghanbarzadeh et al. τροποποιημένο άμυλο με διασταυρούμενη σύνδεση κιτρικού οξέος και λήφθηκε χημικά διασυνδεδεμένη μεμβράνη τροποποιημένου αμύλου. Μελέτες έχουν δείξει ότι μετά την τροποποίηση της διασύνδεσης, οι ιδιότητες φραγμού υγρασίας και οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών αμύλου βελτιώθηκαν [127]. Οι Gao Qunyu et al. διεξήγαγε επεξεργασία ενζυματικής υδρόλυσης αμύλου και λήφθηκε βρώσιμο φιλμ αμύλου και οι μηχανικές του ιδιότητες όπως αντοχή σε εφελκυσμό, επιμήκυνση και αντίσταση αναδίπλωσης αυξήθηκαν και η απόδοση φραγμού υγρασίας αυξήθηκε με την αύξηση του χρόνου δράσης του ενζύμου. βελτιώθηκε σημαντικά [128]. Parra et al. πρόσθεσε έναν παράγοντα διασύνδεσης στο άμυλο ταπιόκας για να παρασκευάσει ένα βρώσιμο φιλμ με καλές μηχανικές ιδιότητες και χαμηλό ρυθμό μετάδοσης υδρατμών [129]. Fonseca et al. χρησιμοποίησε υποχλωριώδες νάτριο για την οξείδωση του αμύλου πατάτας και παρασκεύασε ένα βρώσιμο φιλμ οξειδωμένου αμύλου. Η μελέτη έδειξε ότι ο ρυθμός μετάδοσης υδρατμών και η υδατοδιαλυτότητά του μειώθηκαν σημαντικά, κάτι που μπορεί να εφαρμοστεί στη συσκευασία τροφίμων υψηλής δραστηριότητας σε νερό [130].

Η ανάμειξη του αμύλου με άλλα βρώσιμα πολυμερή και πλαστικοποιητές είναι μια σημαντική μέθοδος για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των βρώσιμων μεμβρανών με βάση το άμυλο. Επί του παρόντος, τα σύνθετα πολυμερή που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι ως επί το πλείστον υδρόφιλα κολλοειδή, όπως η πηκτίνη, η κυτταρίνη, ο πολυσακχαρίτης φυκιών, η χιτοζάνη, η καραγενάνη και το κόμμι ξανθάνης [131].

Οι Maria Rodriguez et al. χρησιμοποίησε άμυλο πατάτας και πλαστικοποιητές ή επιφανειοδραστικές ουσίες ως τα κύρια υλικά για την παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών με βάση το άμυλο, δείχνοντας ότι οι πλαστικοποιητές μπορούν να αυξήσουν την ευκαμψία του φιλμ και τα επιφανειοδραστικά μπορούν να μειώσουν την ελαστικότητα του φιλμ [132]. Οι Santana et al. χρησιμοποίησε νανοΐνες για να ενισχύσει και να τροποποιήσει βρώσιμα φιλμ από άμυλο μανιόκας και έλαβε βρώσιμα σύνθετα φιλμ με βάση το άμυλο με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, ιδιότητες φραγμού και θερμική σταθερότητα [133]. Οι Azevedo et al. σύνθετη πρωτεΐνη ορού γάλακτος με θερμοπλαστικό άμυλο για την παρασκευή ενός ομοιόμορφου υλικού φιλμ, υποδεικνύοντας ότι η πρωτεΐνη ορού γάλακτος και το θερμοπλαστικό άμυλο έχουν ισχυρή διεπιφανειακή πρόσφυση και η πρωτεΐνη ορού γάλακτος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη διαθεσιμότητα αμύλου. Αποφράξεις νερού και μηχανικές ιδιότητες βρώσιμων μεμβρανών [134]. Edhirej et al. ετοίμασε ένα βρώσιμο φιλμ με βάση το άμυλο ταπιόκας και μελέτησε την επίδραση του πλαστικοποιητή στη φυσική και χημική δομή, τις μηχανικές ιδιότητες και τις θερμικές ιδιότητες του φιλμ. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο τύπος και η συγκέντρωση του πλαστικοποιητή μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το φιλμ αμύλου ταπιόκας. Σε σύγκριση με άλλους πλαστικοποιητές όπως η ουρία και η τριαιθυλενογλυκόλη, η πηκτίνη έχει το καλύτερο πλαστικοποιητικό αποτέλεσμα και το πλαστικοποιημένο με πηκτίνη φιλμ αμύλου έχει καλές ιδιότητες αποκλεισμού του νερού [135]. Saberi et al. χρησιμοποιούσε άμυλο μπιζελιού, κόμμι γκουάρ και γλυκερίνη για την παρασκευή βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το άμυλο μπιζελιού έπαιξε σημαντικό ρόλο στο πάχος του φιλμ, την πυκνότητα, τη συνοχή, τη διαπερατότητα του νερού και την αντοχή σε εφελκυσμό. Κόμμι γκουάρ Μπορεί να επηρεάσει την αντοχή σε εφελκυσμό και το μέτρο ελαστικότητας της μεμβράνης και η γλυκερίνη μπορεί να βελτιώσει την ευκαμψία της μεμβράνης [136]. Οι Ji et al. σύνθετη χιτοζάνη και άμυλο καλαμποκιού και προσθήκη νανοσωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου για την παρασκευή ενός αντιβακτηριακού φιλμ με βάση το άμυλο. Η μελέτη έδειξε ότι σχηματίστηκαν διαμοριακοί δεσμοί υδρογόνου μεταξύ αμύλου και χιτοζάνης και οι μηχανικές ιδιότητες του φιλμ ήταν και οι αντιβακτηριακές ιδιότητες ενισχύθηκαν [137]. Οι Meira et al. ενισχυμένο και τροποποιημένο εδώδιμο αντιβακτηριακό φιλμ αμύλου καλαμποκιού με νανοσωματίδια καολίνη και οι μηχανικές και θερμικές ιδιότητες του σύνθετου φιλμ βελτιώθηκαν και η αντιβακτηριακή δράση δεν επηρεάστηκε [138]. Ortega-Toro et al. προστέθηκε HPMC σε άμυλο και προστέθηκε κιτρικό οξύ για την παρασκευή βρώσιμου φιλμ. Η μελέτη έδειξε ότι η προσθήκη HPMC και κιτρικού οξέος μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά τη γήρανση του αμύλου και να μειώσει τη διαπερατότητα του βρώσιμου φιλμ στο νερό, αλλά οι ιδιότητες φραγμού οξυγόνου πέφτουν [139].

1.2 Πολυμερή υδρογέλες

Οι υδρογέλες είναι μια κατηγορία υδρόφιλων πολυμερών με τρισδιάστατη δομή δικτύου που είναι αδιάλυτα στο νερό αλλά μπορούν να διογκωθούν από το νερό. Μακροσκοπικά, μια υδρογέλη έχει καθορισμένο σχήμα, δεν μπορεί να ρέει και είναι μια στερεή ουσία. Μικροσκοπικά, τα υδατοδιαλυτά μόρια μπορούν να κατανεμηθούν σε διαφορετικά σχήματα και μεγέθη στην υδρογέλη και να διαχέονται με διαφορετικούς ρυθμούς διάχυσης, έτσι η υδρογέλη εμφανίζει τις ιδιότητες ενός διαλύματος. Η εσωτερική δομή των υδρογελών έχει περιορισμένη αντοχή και καταστρέφεται εύκολα. Βρίσκεται σε κατάσταση μεταξύ στερεού και υγρού. Έχει παρόμοια ελαστικότητα με ένα στερεό και είναι σαφώς διαφορετικό από ένα πραγματικό στερεό.

1.2.1 Επισκόπηση πολυμερών υδρογέλης

1.2.1.1 Ταξινόμηση πολυμερών υδρογέλης

Το πολυμερές υδρογέλη είναι μια τρισδιάστατη δομή δικτύου που σχηματίζεται από φυσική ή χημική διασύνδεση μεταξύ μορίων πολυμερούς [143-146]. Απορροφά μεγάλη ποσότητα νερού στο νερό για να διογκωθεί και ταυτόχρονα μπορεί να διατηρήσει την τρισδιάστατη δομή του και να είναι αδιάλυτο στο νερό. νερό.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι ταξινόμησης των υδρογελών. Με βάση τη διαφορά στις ιδιότητες διασύνδεσης, μπορούν να χωριστούν σε φυσικές γέλες και χημικές γέλες. Τα φυσικά πηκτώματα σχηματίζονται από σχετικά ασθενείς δεσμούς υδρογόνου, ιοντικούς δεσμούς, υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις, δυνάμεις van der Waals και φυσική εμπλοκή μεταξύ μοριακών αλυσίδων πολυμερών και άλλων φυσικών δυνάμεων και μπορούν να μετατραπούν σε διαλύματα σε διαφορετικά εξωτερικά περιβάλλοντα. Ονομάζεται αναστρέψιμη γέλη. Η χημική γέλη είναι συνήθως μια μόνιμη τρισδιάστατη δομή δικτύου που σχηματίζεται από διασταυρούμενη σύνδεση χημικών δεσμών όπως ομοιοπολικοί δεσμοί παρουσία θερμότητας, φωτός, εκκινητής κ.λπ. Αφού σχηματιστεί η γέλη, είναι μη αναστρέψιμη και μόνιμη, επίσης γνωστή ως Για το αληθινό συμπύκνωμα [147-149]. Τα φυσικά πηκτώματα γενικά δεν απαιτούν χημική τροποποίηση και έχουν χαμηλή τοξικότητα, αλλά οι μηχανικές τους ιδιότητες είναι σχετικά φτωχές και είναι δύσκολο να αντέξουν μεγάλες εξωτερικές καταπονήσεις. Τα χημικά πηκτώματα έχουν γενικά καλύτερη σταθερότητα και μηχανικές ιδιότητες.

Με βάση διαφορετικές πηγές, οι υδρογέλες μπορούν να χωριστούν σε συνθετικές πολυμερείς υδρογέλες και σε υδρογέλες φυσικού πολυμερούς. Τα συνθετικά πολυμερή υδρογέλες είναι υδρογέλες που σχηματίζονται με χημικό πολυμερισμό συνθετικών πολυμερών, που περιλαμβάνουν κυρίως πολυακρυλικό οξύ, οξικό πολυβινύλιο, πολυακρυλαμίδιο, οξείδιο πολυαιθυλενίου κ.λπ. Οι υδρογέλες φυσικού πολυμερούς είναι Οι πολυμερείς υδρογέλες σχηματίζονται με διασύνδεση φυσικών πολυμερών όπως πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες στη φύση, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρίνης, του αλγινικού, του αμύλου, της αγαρόζης, του υαλουρονικού οξέος, της ζελατίνης και του κολλαγόνου [6, 7, 150], 151]. Οι υδρογέλες φυσικού πολυμερούς συνήθως έχουν τα χαρακτηριστικά της ευρείας πηγής, της χαμηλής τιμής και της χαμηλής τοξικότητας, και οι υδρογέλες συνθετικού πολυμερούς είναι γενικά εύκολο να επεξεργαστούν και έχουν μεγάλες αποδόσεις.

Με βάση τις διαφορετικές αποκρίσεις στο εξωτερικό περιβάλλον, οι υδρογέλες μπορούν επίσης να χωριστούν σε παραδοσιακές υδρογέλες και έξυπνες υδρογέλες. Οι παραδοσιακές υδρογέλες είναι σχετικά μη ευαίσθητες στις αλλαγές στο εξωτερικό περιβάλλον. Οι έξυπνες υδρογέλες μπορούν να αισθανθούν μικρές αλλαγές στο εξωτερικό περιβάλλον και να παράγουν αντίστοιχες αλλαγές στη φυσική δομή και τις χημικές ιδιότητες [152-156]. Για τις ευαίσθητες στη θερμοκρασία υδρογέλες, ο όγκος αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Συνήθως, τέτοιες πολυμερείς υδρογέλες περιέχουν υδρόφιλες ομάδες όπως υδροξύλιο, αιθέρα και αμίδιο ή υδρόφοβες ομάδες όπως μεθύλιο, αιθύλιο και προπύλιο. Η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος μπορεί να επηρεάσει την υδρόφιλη ή υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ μορίων γέλης, τους δεσμούς υδρογόνου και την αλληλεπίδραση μεταξύ μορίων νερού και πολυμερών αλυσίδων, επηρεάζοντας έτσι την ισορροπία του συστήματος γέλης. Για ευαίσθητες στο ρΗ υδρογέλες, το σύστημα περιέχει συνήθως τροποποιητικές ομάδες οξέος-βάσης όπως ομάδες καρβοξυλίου, ομάδες σουλφονικού οξέος ή αμινομάδες. Σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον pH, αυτές οι ομάδες μπορούν να απορροφήσουν ή να απελευθερώσουν πρωτόνια, αλλάζοντας τον δεσμό υδρογόνου στο πήκτωμα και τη διαφορά μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών συγκεντρώσεων ιόντων, με αποτέλεσμα μια αλλαγή όγκου της γέλης. Για υδρογέλες ηλεκτρικού πεδίου, μαγνητικού πεδίου και φωτοευαίσθητων, περιέχουν λειτουργικές ομάδες όπως πολυηλεκτρολύτες, οξείδια μετάλλων και φωτοευαίσθητες ομάδες, αντίστοιχα. Κάτω από διαφορετικά εξωτερικά ερεθίσματα, η θερμοκρασία του συστήματος ή ο βαθμός ιονισμού αλλάζει και στη συνέχεια ο όγκος της γέλης αλλάζει με την αρχή παρόμοια με την υδρογέλη που είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία ή στο pH.

Με βάση διαφορετικές συμπεριφορές γέλης, οι υδρογέλες μπορούν να χωριστούν σε πηκτές που προκαλούνται από ψυχρό και θερμικά επαγόμενα πηκτώματα [157]. Το Cold Gel, που αναφέρεται εν συντομία ως κρύο gel, είναι ένα μακρομόριο που υπάρχει με τη μορφή τυχαίων πηνίων σε υψηλή θερμοκρασία. Κατά τη διαδικασία ψύξης, λόγω της δράσης των διαμοριακών δεσμών υδρογόνου, σχηματίζονται σταδιακά ελικοειδή θραύσματα, ολοκληρώνοντας έτσι τη διαδικασία από το διάλυμα. Η μετάβαση στο gel [158]; Η θερμοεπαγόμενη γέλη, που αναφέρεται ως θερμική γέλη, είναι ένα μακρομόριο σε κατάσταση διαλύματος σε χαμηλή θερμοκρασία. Κατά τη διαδικασία θέρμανσης, σχηματίζεται μια τρισδιάστατη δομή δικτύου μέσω υδρόφοβης αλληλεπίδρασης κ.λπ., ολοκληρώνοντας έτσι τη μετάβαση της ζελατινοποίησης [159], 160].

Οι υδρογέλες μπορούν επίσης να χωριστούν σε ομοπολυμερικές υδρογέλες, συμπολυμερισμένες υδρογέλες και υδρογέλες αλληλοδιεισδύσεως δικτύου με βάση διαφορετικές ιδιότητες δικτύου, μικροσκοπικές υδρογέλες και μακροσκοπικές υδρογέλες με βάση διαφορετικά μεγέθη γέλης και βιοαποδομήσιμες ιδιότητες. Διακρίνεται σε αποικοδομήσιμες υδρογέλες και σε μη αποικοδομήσιμες υδρογέλες.

1.2.1.2 Εφαρμογή φυσικών πολυμερών υδρογέλης

Τα φυσικά πολυμερή υδρογέλες έχουν τα χαρακτηριστικά καλής βιοσυμβατότητας, υψηλής ευελιξίας, άφθονων πηγών, ευαισθησίας στο περιβάλλον, υψηλής κατακράτησης νερού και χαμηλής τοξικότητας και χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιοϊατρική, την επεξεργασία τροφίμων, την προστασία του περιβάλλοντος, τη γεωργία και τη δασοκομία. χρησιμοποιείται στη βιομηχανία και σε άλλους τομείς [142, 161-165].

Εφαρμογή φυσικών πολυμερών υδρογέλης σε βιοϊατρικά συναφή πεδία. Οι φυσικές πολυμερείς υδρογέλες έχουν καλή βιοσυμβατότητα, βιοδιασπασιμότητα και δεν έχουν τοξικές παρενέργειες, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επίδεσμοι τραυμάτων και να έρθουν σε άμεση επαφή με ανθρώπινους ιστούς, γεγονός που μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την εισβολή μικροοργανισμών in vitro, να αποτρέψει την απώλεια σωματικών υγρών και να επιτρέψει το οξυγόνο να περάσει από μέσα. Προωθεί την επούλωση πληγών. μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή φακών επαφής, με τα πλεονεκτήματα της άνετης χρήσης, της καλής διαπερατότητας από το οξυγόνο και της βοηθητικής θεραπείας των οφθαλμικών παθήσεων [166, 167]. Τα φυσικά πολυμερή είναι παρόμοια με τη δομή των ζωντανών ιστών και μπορούν να συμμετέχουν στον φυσιολογικό μεταβολισμό του ανθρώπινου σώματος, επομένως τέτοιες υδρογέλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά ικριωμάτων μηχανικής ιστών, επισκευή χόνδρου μηχανικής ιστών κ.λπ. Τα ικριώματα μηχανικής ιστών μπορούν να ταξινομηθούν σε προ- διαμορφωμένα και διαμορφωμένα με έγχυση ικριώματα. Τα προδιαμορφωμένα στεντ χρησιμοποιούν νερό, η ειδική τρισδιάστατη δομή δικτύου του τζελ του επιτρέπει να παίζει έναν συγκεκριμένο υποστηρικτικό ρόλο στους βιολογικούς ιστούς, ενώ παρέχει έναν συγκεκριμένο και επαρκή χώρο ανάπτυξης για τα κύτταρα και μπορεί επίσης να προκαλέσει ανάπτυξη, διαφοροποίηση και αποικοδόμηση των κυττάρων και απορρόφηση από τον ανθρώπινο οργανισμό [168]. Τα μορφοποιημένα με έγχυση στεντ χρησιμοποιούν τη συμπεριφορά μετάβασης φάσης των υδρογέλης για να σχηματίσουν γρήγορα γέλες μετά την έγχυση σε κατάσταση ρέοντος διαλύματος, το οποίο μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον πόνο των ασθενών [169]. Ορισμένες φυσικές πολυμερείς υδρογέλες είναι περιβαλλοντικά ευαίσθητες, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως ως υλικά απελευθέρωσης ελεγχόμενης από το φάρμακο, έτσι ώστε τα φάρμακα που περιέχονται σε αυτά να μπορούν να απελευθερωθούν στα απαιτούμενα μέρη του ανθρώπινου σώματος με χρονομετρημένο και ποσοτικό τρόπο, μειώνοντας την τοξική και πλευρική επιδράσεις των φαρμάκων στο ανθρώπινο σώμα [170].

Εφαρμογή φυσικών πολυμερών υδρογέλης σε πεδία που σχετίζονται με τα τρόφιμα. Τα φυσικά πολυμερή υδρογέλες αποτελούν σημαντικό μέρος των τριών γευμάτων των ανθρώπων την ημέρα, όπως ορισμένα επιδόρπια, καραμέλες, υποκατάστατα κρέατος, γιαούρτι και παγωτό. Συχνά χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων σε προϊόντα διατροφής, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει τις φυσικές του ιδιότητες και να του δώσει απαλή γεύση. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ως πυκνωτικό σε σούπες και σάλτσες, ως γαλακτωματοποιητής σε χυμούς και ως παράγοντας εναιώρησης. Στα ροφήματα γάλακτος, ως πηκτωματοποιητικός παράγοντας σε πουτίγκες και ασπίκια, ως διαυγαστικός παράγοντας και σταθεροποιητής αφρού στην μπύρα, ως αναστολέας συνέργειας στο τυρί, ως συνδετικό στα λουκάνικα, ως αναστολείς ανάδρομης αποικοδόμησης αμύλου χρησιμοποιούνται στο ψωμί και το βούτυρο [171-174 ]. Από το Εγχειρίδιο Πρόσθετα Τροφίμων, μπορεί να φανεί ότι ένας μεγάλος αριθμός φυσικών πολυμερών υδρογέλης έχουν εγκριθεί ως πρόσθετα τροφίμων για την επεξεργασία τροφίμων [175]. Τα φυσικά πολυμερή υδρογέλες χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικά θρεπτικών ουσιών στην ανάπτυξη προϊόντων υγείας και λειτουργικών τροφίμων, όπως διαιτητικές ίνες, που χρησιμοποιούνται σε προϊόντα απώλειας βάρους και προϊόντα κατά της δυσκοιλιότητας [176, 177]. Ως πρεβιοτικά, χρησιμοποιούνται σε προϊόντα φροντίδας υγείας του παχέος εντέρου και προϊόντα για την πρόληψη του καρκίνου του παχέος εντέρου [178]. Οι υδρογέλες φυσικού πολυμερούς μπορούν να κατασκευαστούν σε βρώσιμα ή αποικοδομήσιμα επιχρίσματα ή μεμβράνες, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον τομέα των υλικών συσκευασίας τροφίμων, όπως η συντήρηση φρούτων και λαχανικών, επικαλύπτοντάς τα σε φρούτα και λαχανικά Στην επιφάνεια, μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής φρούτων και λαχανικών και να διατηρεί τα φρούτα και τα λαχανικά φρέσκα και τρυφερά. μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως υλικά συσκευασίας για εύχρηστα τρόφιμα όπως λουκάνικα και καρυκεύματα για τη διευκόλυνση του καθαρισμού [179, 180].

Εφαρμογές φυσικών πολυμερών υδρογέλης σε άλλους τομείς. Όσον αφορά τις καθημερινές ανάγκες, μπορεί να προστεθεί σε κρεμώδη περιποίηση δέρματος ή καλλυντικά, τα οποία μπορούν όχι μόνο να αποτρέψουν την ξήρανση του προϊόντος στην αποθήκευση, αλλά και να ενυδατώσουν και να ενυδατώσουν το δέρμα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για styling, ενυδάτωση και αργή απελευθέρωση αρωμάτων στο μακιγιάζ ομορφιάς. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε καθημερινές ανάγκες, όπως χαρτοπετσέτες και πάνες [181]. Στη γεωργία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντισταθεί στην ξηρασία και να προστατεύσει τα φυτά και να μειώσει την ένταση εργασίας. Ως παράγοντας επικάλυψης για σπόρους φυτών, μπορεί να αυξήσει σημαντικά τον ρυθμό βλάστησης των σπόρων. όταν χρησιμοποιείται στη μεταφύτευση δενδρυλλίων, μπορεί να αυξήσει το ποσοστό επιβίωσης των φυταρίων. φυτοφάρμακα, βελτιώνουν τη χρήση και μειώνουν τη ρύπανση [182, 183]. Όσον αφορά το περιβάλλον, χρησιμοποιείται ως κροκιδωτικό και προσροφητικό για την επεξεργασία λυμάτων που συχνά περιέχει ιόντα βαρέων μετάλλων, αρωματικές ενώσεις και βαφές για την προστασία των υδάτινων πόρων και τη βελτίωση του περιβάλλοντος [184]. Στη βιομηχανία, χρησιμοποιείται ως αφυδάτωση, λιπαντικό διάτρησης, υλικό περιτύλιξης καλωδίων, υλικό σφράγισης και ως παράγοντας αποθήκευσης σε ψύξη, κ.λπ. [185].

1.2.2 Θερμογέλη υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης

Η κυτταρίνη είναι μια φυσική μακρομοριακή ένωση που έχει μελετηθεί νωρίτερα, έχει την πιο στενή σχέση με τον άνθρωπο και είναι η πιο άφθονη στη φύση. Είναι ευρέως παρόν σε ανώτερα φυτά, φύκια και μικροοργανισμούς [186, 187]. Η κυτταρίνη έχει σταδιακά προσελκύσει ευρεία προσοχή λόγω της ευρείας πηγής, της χαμηλής τιμής, των ανανεώσιμων πηγών, βιοαποικοδομήσιμων, ασφαλών, μη τοξικών και καλής βιοσυμβατότητάς της [188].

1.2.2.1 Κυτταρίνη και τα αιθερικά της παράγωγα

Η κυτταρίνη είναι ένα γραμμικό πολυμερές μακράς αλυσίδας που σχηματίζεται από τη σύνδεση δομικών μονάδων D-ανυδρογλυκόζης μέσω β-1,4 γλυκοσιδικών δεσμών [189-191]. Αδιάλυτος. Εκτός από μία ακραία ομάδα σε κάθε άκρο της μοριακής αλυσίδας, υπάρχουν τρεις πολικές ομάδες υδροξυλίου σε κάθε μονάδα γλυκόζης, οι οποίες μπορούν να σχηματίσουν μεγάλο αριθμό ενδομοριακών και διαμοριακών δεσμών υδρογόνου υπό ορισμένες συνθήκες. και η κυτταρίνη είναι μια πολυκυκλική δομή και η μοριακή αλυσίδα είναι ημιάκαμπτη. Αλυσίδα, υψηλή κρυσταλλικότητα και εξαιρετικά κανονική δομή, επομένως έχει τα χαρακτηριστικά υψηλού βαθμού πολυμερισμού, καλού μοριακού προσανατολισμού και χημικής σταθερότητας [83, 187]. Δεδομένου ότι η αλυσίδα κυτταρίνης περιέχει μεγάλο αριθμό ομάδων υδροξυλίου, μπορεί να τροποποιηθεί χημικά με διάφορες μεθόδους όπως εστεροποίηση, οξείδωση και αιθεροποίηση για να ληφθούν παράγωγα κυτταρίνης με εξαιρετικές ιδιότητες εφαρμογής [192, 193].

Τα παράγωγα κυτταρίνης είναι ένα από τα παλαιότερα ερευνητικά και παραγόμενα προϊόντα στον τομέα της χημείας των πολυμερών. Είναι πολυμερή λεπτά χημικά υλικά με ευρύ φάσμα χρήσεων, τα οποία είναι χημικά τροποποιημένα από φυσική πολυμερή κυτταρίνη. Μεταξύ αυτών, οι αιθέρες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται ευρέως. Είναι μια από τις πιο σημαντικές χημικές πρώτες ύλες σε βιομηχανικές εφαρμογές [194].

Υπάρχουν πολλές ποικιλίες αιθέρων κυτταρίνης, όλοι εκ των οποίων γενικά έχουν τις μοναδικές και εξαιρετικές ιδιότητές τους και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς όπως τα τρόφιμα και τα φάρμακα [195]. Το MC είναι το απλούστερο είδος αιθέρα κυτταρίνης με μεθυλική ομάδα. Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, μπορεί να διαλυθεί σε αραιό αλκαλικό διάλυμα, νερό, αλκοόλη και διαλύτη αρωματικού υδρογονάνθρακα με τη σειρά του, επιδεικνύοντας μοναδικές ιδιότητες θερμικής γέλης. [196]. Το CMC είναι ένας ανιονικός αιθέρας κυτταρίνης που λαμβάνεται από φυσική κυτταρίνη με αλκαλοποίηση και οξίνιση.

Είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος και χρησιμοποιούμενος αιθέρας κυτταρίνης, ο οποίος είναι διαλυτός στο νερό [197]. Το HPC, ένας αιθέρας υδροξυαλκυλοκυτταρίνης που λαμβάνεται με αλκαλοποίηση και αιθεροποίηση κυτταρίνης, έχει καλή θερμοπλαστικότητα και επίσης παρουσιάζει ιδιότητες θερμικής γέλης και η θερμοκρασία του πηκτώματος επηρεάζεται σημαντικά από τον βαθμό υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου [198]. Το HPMC, ένας σημαντικός μικτός αιθέρας, έχει επίσης ιδιότητες θερμικής γέλης και οι ιδιότητες του πηκτώματος σχετίζονται με τους δύο υποκαταστάτες και τις αναλογίες τους [199].

1.2.2.2 Δομή υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης

Η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC), η μοριακή δομή που φαίνεται στο Σχήμα 1-3, είναι ένας τυπικός μη ιονικός υδατοδιαλυτός μικτός αιθέρας κυτταρίνης. Η αντίδραση αιθεροποίησης του μεθυλοχλωριδίου και του προπυλενοξειδίου διεξάγεται για να ληφθεί [200,201] και η εξίσωση της χημικής αντίδρασης φαίνεται στο Σχήμα 1-4.

Υπάρχουν ταυτόχρονα υδροξυπροποξυ (-[OCH2CH(CH3)] n OH), μεθοξυ (-OCH3) και υδροξυλομάδες που δεν αντέδρασαν στη δομική μονάδα του HPMC και η απόδοσή του είναι η αντανάκλαση της κοινής δράσης διαφόρων ομάδων. [202]. Η αναλογία μεταξύ των δύο υποκαταστατών προσδιορίζεται από την αναλογία μάζας των δύο παραγόντων αιθεροποίησης, τη συγκέντρωση και τη μάζα του υδροξειδίου του νατρίου και την αναλογία μάζας των παραγόντων αιθεροποίησης ανά μονάδα μάζας κυτταρίνης [203]. Το υδροξυπροποξυ είναι μια δραστική ομάδα, η οποία μπορεί περαιτέρω να αλκυλιωθεί και να υδροξυαλκυλιωθεί. Αυτή η ομάδα είναι μια υδρόφιλη ομάδα με μια μακρόστενη αλυσίδα, η οποία παίζει συγκεκριμένο ρόλο στην πλαστικοποίηση στο εσωτερικό της αλυσίδας. Το μεθοξυ είναι μια ομάδα τελικής κάλυψης, η οποία οδηγεί στην αδρανοποίηση αυτής της θέσης αντίδρασης μετά την αντίδραση. αυτή η ομάδα είναι μια υδρόφοβη ομάδα και έχει σχετικά μικρή δομή [204, 205]. Οι υδροξυλομάδες που δεν αντέδρασαν και οι νεοεισαχθείσες ομάδες μπορούν να συνεχίσουν να υποκαθίστανται, με αποτέλεσμα μια μάλλον πολύπλοκη τελική χημική δομή και οι ιδιότητες HPMC ποικίλλουν εντός ενός ορισμένου εύρους. Για το HPMC, μια μικρή ποσότητα υποκατάστασης μπορεί να κάνει τις φυσικοχημικές του ιδιότητες αρκετά διαφορετικές [206], για παράδειγμα, οι φυσικοχημικές ιδιότητες του HPMC υψηλής περιεκτικότητας σε μεθοξυ και χαμηλού υδροξυπροπυλίου είναι κοντά στο MC. Η απόδοση του HPMC είναι κοντά σε αυτή του HPC.

1.2.2.3 Ιδιότητες της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης

(1) Θερμοπηκτοποίηση HPMC

Η αλυσίδα HPMC έχει μοναδικά χαρακτηριστικά ενυδάτωσης-αφυδάτωσης λόγω της εισαγωγής υδρόφοβων-μεθυλ και υδρόφιλων-υδροξυπροπυλ ομάδων. Σταδιακά υφίσταται μετατροπή ζελατινοποίησης όταν θερμαίνεται και επιστρέφει σε κατάσταση διαλύματος μετά την ψύξη. Δηλαδή, έχει θερμικά επαγόμενες ιδιότητες γέλης και το φαινόμενο της ζελατινοποίησης είναι μια αναστρέψιμη αλλά όχι πανομοιότυπη διαδικασία.

Όσον αφορά τον μηχανισμό ζελατινοποίησης του HPMC, είναι ευρέως αποδεκτό ότι σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (κάτω από τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης), τα μόρια HPMC σε διάλυμα και πολικού νερού συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου για να σχηματίσουν μια λεγόμενη υπερμοριακή δομή που μοιάζει με «κλουβί πουλιών». Υπάρχουν μερικές απλές εμπλοκές μεταξύ των μοριακών αλυσίδων του ενυδατωμένου HPMC, εκτός από αυτό, υπάρχουν λίγες άλλες αλληλεπιδράσεις. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, το HPMC απορροφά πρώτα ενέργεια για να σπάσει τους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου μεταξύ μορίων νερού και μορίων HPMC, καταστρέφοντας τη μοριακή δομή που μοιάζει με κλουβί, χάνοντας σταδιακά το δεσμευμένο νερό στη μοριακή αλυσίδα και εκθέτοντας ομάδες υδροξυπροπυλίου και μεθοξυ. Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται (για να φτάσει στη θερμοκρασία του πηκτώματος), τα μόρια HPMC σχηματίζουν σταδιακά μια τρισδιάστατη δομή δικτύου μέσω υδρόφοβης σύνδεσης, τα πηκτώματα HPMC σχηματίζονται τελικά [160, 207, 208].

Η προσθήκη ανόργανων αλάτων έχει κάποια επίδραση στη θερμοκρασία του πηκτώματος του HPMC, μερικά μειώνουν τη θερμοκρασία του πηκτώματος λόγω του φαινομένου αλατοποίησης και άλλα αυξάνουν τη θερμοκρασία του πηκτώματος λόγω του φαινομένου της διάλυσης άλατος [209]. Με την προσθήκη αλάτων όπως το NaCl, εμφανίζεται το φαινόμενο της εξάλειψης και η θερμοκρασία γέλης του HPMC μειώνεται [210, 211]. Αφού προστεθούν άλατα στο HPMC, τα μόρια του νερού τείνουν περισσότερο να συνδυάζονται με ιόντα άλατος, έτσι ώστε ο δεσμός υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού και του HPMC να καταστραφεί, το στρώμα νερού γύρω από τα μόρια HPMC να καταναλωθεί και τα μόρια HPMC να μπορούν να απελευθερωθούν γρήγορα για υδροφοβία. Συνδυασμός, η θερμοκρασία σχηματισμού γέλης μειώνεται σταδιακά. Αντίθετα, όταν προστίθενται άλατα όπως το NaSCN, εμφανίζεται το φαινόμενο της διάλυσης του άλατος και η θερμοκρασία της γέλης του HPMC αυξάνεται [212]. Η σειρά της φθίνουσας επίδρασης των ανιόντων στη θερμοκρασία του πηκτώματος είναι: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN−, η σειρά των κατιόντων στο Η αύξηση της θερμοκρασίας της γέλης είναι: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

Όταν προστίθενται μερικά οργανικά μικρά μόρια όπως μονοϋδρικές αλκοόλες που περιέχουν υδροξυλομάδες, η θερμοκρασία της γέλης αυξάνεται με την αύξηση της ποσότητας προσθήκης, δείχνει μια μέγιστη τιμή και στη συνέχεια μειώνεται μέχρι να συμβεί διαχωρισμός φάσεων [214, 215]. Αυτό οφείλεται κυρίως στο μικρό μοριακό βάρος του, το οποίο είναι συγκρίσιμο με αυτό των μορίων του νερού κατά σειρά μεγέθους, και μπορεί να επιτύχει μοριακό επίπεδο αναμίξιμο μετά την ανάμιξη.

(2) Διαλυτότητα HPMC

Το HPMC έχει αδιάλυτες και διαλυτές στο κρύο νερό ιδιότητες παρόμοιες με το MC, αλλά μπορεί να χωριστεί σε τύπο ψυχρής διασποράς και τύπο θερμής διασποράς ανάλογα με τη διαφορετική διαλυτότητα στο νερό [203]. Το HPMC με ψυχρή διασπορά μπορεί γρήγορα να διασκορπιστεί στο νερό σε κρύο νερό και το ιξώδες του αυξάνεται μετά από ένα χρονικό διάστημα και διαλύεται πραγματικά στο νερό. Το διασκορπισμένο στη θερμότητα HPMC, αντίθετα, παρουσιάζει συσσωμάτωση όταν προσθέτουμε νερό σε χαμηλότερη θερμοκρασία, αλλά είναι πιο δύσκολο να προστεθεί. Σε νερό υψηλής θερμοκρασίας, το HPMC μπορεί να διασπαρεί γρήγορα και το ιξώδες αυξάνεται μετά τη μείωση της θερμοκρασίας, καθιστώντας ένα πραγματικό υδατικό διάλυμα HPMC. Η διαλυτότητα του HPMC στο νερό σχετίζεται με την περιεκτικότητα σε μεθόξυ ομάδες, οι οποίες είναι αδιάλυτες σε ζεστό νερό πάνω από 85 °C, 65 °C και 60 °C από υψηλή έως χαμηλή. Γενικά, το HPMC είναι αδιάλυτο σε οργανικούς διαλύτες όπως η ακετόνη και το χλωροφόρμιο, αλλά διαλυτό σε υδατικό διάλυμα αιθανόλης και σε μικτά οργανικά διαλύματα.

(3) Ανοχή σε αλάτι HPMC

Η μη ιοντική φύση του HPMC το καθιστά ανίκανο να ιονιστεί στο νερό, επομένως δεν θα αντιδράσει με μεταλλικά ιόντα για να κατακρημνιστεί. Ωστόσο, η προσθήκη αλατιού θα επηρεάσει τη θερμοκρασία στην οποία σχηματίζεται η γέλη HPMC. Όταν η συγκέντρωση του άλατος αυξάνεται, η θερμοκρασία γέλης του HPMC μειώνεται. όταν η συγκέντρωση του άλατος είναι χαμηλότερη από το σημείο κροκίδωσης, το ιξώδες του διαλύματος HPMC μπορεί να αυξηθεί, έτσι κατά την εφαρμογή, ο σκοπός της πύκνωσης μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη κατάλληλης ποσότητας άλατος [210, 216].

(4) Αντοχή σε οξέα και αλκάλια του HPMC

Γενικά, το HPMC έχει ισχυρή οξεοβασική σταθερότητα και δεν επηρεάζεται από το pH σε pH 2-12. Το HPMC παρουσιάζει αντίσταση σε έναν ορισμένο βαθμό αραιού οξέος, αλλά δείχνει μια τάση μείωσης του ιξώδους για το πυκνό οξύ. Τα αλκάλια έχουν μικρή επίδραση σε αυτό, αλλά μπορούν να αυξήσουν ελαφρώς και στη συνέχεια να μειώσουν αργά το ιξώδες του διαλύματος [217, 218].

(5) Συντελεστής επιρροής του ιξώδους HPMC

Το HPMC είναι ψευδοπλαστικό, το διάλυμά του είναι σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου και το ιξώδες του επηρεάζεται από το μοριακό βάρος, τη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία. Στην ίδια συγκέντρωση, όσο υψηλότερο είναι το μοριακό βάρος HPMC, τόσο υψηλότερο είναι το ιξώδες. Για το ίδιο προϊόν μοριακού βάρους, όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση HPMC, τόσο υψηλότερο είναι το ιξώδες. το ιξώδες του προϊόντος HPMC μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και φτάνει στη θερμοκρασία σχηματισμού πηκτής, με ξαφνική αύξηση του ιξώδους λόγω ζελατινοποίησης [9, 219, 220].

(6) Άλλες ιδιότητες του HPMC

Το HPMC έχει ισχυρή αντίσταση στα ένζυμα και η αντοχή του στα ένζυμα αυξάνεται με το βαθμό υποκατάστασης. Επομένως, το προϊόν έχει πιο σταθερή ποιότητα κατά την αποθήκευση από άλλα προϊόντα ζάχαρης [189, 212]. Το HPMC έχει ορισμένες γαλακτωματοποιητικές ιδιότητες. Οι υδρόφοβες μεθοξυ ομάδες μπορούν να προσροφηθούν στην επιφάνεια της ελαιώδους φάσης στο γαλάκτωμα για να σχηματίσουν ένα παχύ στρώμα προσρόφησης, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει ως προστατευτικό στρώμα. Οι υδατοδιαλυτές υδροξυλομάδες μπορούν να συνδυαστούν με νερό για τη βελτίωση της συνεχούς φάσης. Το ιξώδες, αναστέλλει τη συνένωση της διεσπαρμένης φάσης, μειώνει την επιφανειακή τάση και σταθεροποιεί το γαλάκτωμα [221]. Το HPMC μπορεί να αναμιχθεί με υδατοδιαλυτά πολυμερή όπως ζελατίνη, μεθυλοκυτταρίνη, κόμμι χαρουπιού, καραγενάνη και αραβικό κόμμι για να σχηματίσει ένα ομοιόμορφο και διαφανές διάλυμα και μπορεί επίσης να αναμιχθεί με πλαστικοποιητές όπως γλυκερίνη και πολυαιθυλενογλυκόλη. [200, 201, 214].

1.2.2.4 Προβλήματα που υπάρχουν στην εφαρμογή της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης

Πρώτον, η υψηλή τιμή περιορίζει την ευρεία εφαρμογή του HPMC. Αν και το φιλμ HPMC έχει καλή διαφάνεια, ιδιότητες φραγμού λίπους και μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, η υψηλή τιμή του (περίπου 100.000/τόνο) περιορίζει την ευρεία εφαρμογή του, ακόμη και σε φαρμακευτικές εφαρμογές υψηλότερης αξίας όπως οι κάψουλες. Ο λόγος για τον οποίο το HPMC είναι τόσο ακριβό είναι πρώτον επειδή η πρώτη ύλη κυτταρίνη που χρησιμοποιείται για την παρασκευή του HPMC είναι σχετικά ακριβή. Επιπλέον, δύο ομάδες υποκαταστάτη, η ομάδα υδροξυπροπυλίου και η μεθοξυ ομάδα, εμβολιάζονται ταυτόχρονα σε HPMC, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία παρασκευής του πολύ δύσκολη. Πολύπλοκα, επομένως τα προϊόντα HPMC είναι πιο ακριβά.

Δεύτερον, το χαμηλό ιξώδες και οι ιδιότητες χαμηλής αντοχής γέλης του HPMC σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν τη δυνατότητα επεξεργασίας του σε διάφορες εφαρμογές. Το HPMC είναι ένα θερμικό πήκτωμα, το οποίο υπάρχει σε κατάσταση διαλύματος με πολύ χαμηλό ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία και μπορεί να σχηματίσει ένα παχύρρευστο στερεό πήκτωμα σε υψηλή θερμοκρασία, επομένως οι διαδικασίες επεξεργασίας όπως η επίστρωση, ο ψεκασμός και η εμβάπτιση πρέπει να εκτελούνται σε υψηλή θερμοκρασία . Διαφορετικά, το διάλυμα θα ρέει εύκολα προς τα κάτω, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μη ομοιόμορφου υλικού φιλμ, το οποίο θα επηρεάσει την ποιότητα και την απόδοση του προϊόντος. Τέτοια λειτουργία σε υψηλή θερμοκρασία αυξάνει τον συντελεστή δυσκολίας λειτουργίας, με αποτέλεσμα υψηλή κατανάλωση ενέργειας παραγωγής και υψηλό κόστος παραγωγής.

1.2.3 Ψυχρή γέλη υδροξυπροπυλικού αμύλου

Το άμυλο είναι μια φυσική πολυμερής ένωση που συντίθεται με φωτοσύνθεση φυτών στο φυσικό περιβάλλον. Οι πολυσακχαρίτες που το αποτελούν συνήθως αποθηκεύονται στους σπόρους και τους κονδύλους των φυτών με τη μορφή κόκκων μαζί με πρωτεΐνες, ίνες, έλαια, σάκχαρα και μέταλλα. ή στη ρίζα [222]. Το άμυλο δεν είναι μόνο η κύρια πηγή ενεργειακής πρόσληψης για τους ανθρώπους, αλλά και μια σημαντική βιομηχανική πρώτη ύλη. Λόγω της ευρείας πηγής του, της χαμηλής του τιμής, του πράσινου, του φυσικού και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στις βιομηχανίες τροφίμων και φαρμάκων, ζύμωσης, χαρτοποιίας, κλωστοϋφαντουργίας και πετρελαιοειδών [223].

1.2.3.1 Άμυλο και τα παράγωγά του

Το άμυλο είναι ένα φυσικό πολυμερές υψηλής περιεκτικότητας του οποίου η δομική μονάδα είναι η μονάδα α-D-ανυδρογλυκόζης. Διαφορετικές μονάδες συνδέονται με γλυκοσιδικούς δεσμούς και ο μοριακός τους τύπος είναι (C6H10O5) n. Ένα μέρος της μοριακής αλυσίδας σε κόκκους αμύλου συνδέεται με α-1,4 γλυκοσιδικούς δεσμούς, που είναι γραμμική αμυλόζη. Ένα άλλο τμήμα της μοριακής αλυσίδας συνδέεται με α-1,6 γλυκοσιδικούς δεσμούς σε αυτή τη βάση, ο οποίος είναι η διακλαδισμένη αμυλοπηκτίνη [224]. Στους κόκκους αμύλου, υπάρχουν κρυσταλλικές περιοχές στις οποίες τα μόρια είναι διατεταγμένα σε μια τακτική διάταξη και άμορφες περιοχές στις οποίες τα μόρια είναι διατεταγμένα άτακτα. σύνθεση μέρους. Δεν υπάρχει σαφές όριο μεταξύ της κρυσταλλικής περιοχής και της άμορφης περιοχής και τα μόρια αμυλοπηκτίνης μπορούν να περάσουν από πολλαπλές κρυσταλλικές περιοχές και άμορφες περιοχές. Με βάση τη φυσική φύση της σύνθεσης αμύλου, η δομή πολυσακχαρίτη στο άμυλο ποικίλλει ανάλογα με τα φυτικά είδη και τις θέσεις πηγής [225].

Αν και το άμυλο έχει γίνει μία από τις σημαντικές πρώτες ύλες για τη βιομηχανική παραγωγή λόγω των ιδιοτήτων του σε ευρεία πηγή και ανανεώσιμες πηγές, το εγγενές άμυλο γενικά έχει μειονεκτήματα όπως κακή υδατοδιαλυτότητα και ιδιότητες σχηματισμού φιλμ, χαμηλή ικανότητα γαλακτωματοποίησης και πήξης και ανεπαρκή σταθερότητα. Για να επεκταθεί το εύρος εφαρμογής του, το άμυλο συνήθως τροποποιείται φυσικοχημικά για να το προσαρμόσει σε διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής [38, 114]. Υπάρχουν τρεις ελεύθερες ομάδες υδροξυλίου σε κάθε δομική μονάδα γλυκόζης σε μόρια αμύλου. Αυτές οι υδροξυλομάδες είναι πολύ δραστικές και προσδίδουν στο άμυλο ιδιότητες παρόμοιες με τις πολυόλες, οι οποίες παρέχουν τη δυνατότητα αντίδρασης μετουσίωσης του αμύλου.

Μετά την τροποποίηση, ορισμένες ιδιότητες του φυσικού αμύλου έχουν βελτιωθεί σε μεγάλο βαθμό, ξεπερνώντας τα ελαττώματα χρήσης του φυσικού αμύλου, επομένως το τροποποιημένο άμυλο παίζει καθοριστικό ρόλο στην τρέχουσα βιομηχανία [226]. Το οξειδωμένο άμυλο είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα τροποποιημένα άμυλα με σχετικά ώριμη τεχνολογία. Σε σύγκριση με το φυσικό άμυλο, το οξειδωμένο άμυλο ζελατινοποιείται ευκολότερα. Πλεονεκτήματα υψηλής πρόσφυσης. Το εστεροποιημένο άμυλο είναι ένα παράγωγο αμύλου που σχηματίζεται με εστεροποίηση υδροξυλομάδων σε μόρια αμύλου. Ένας πολύ χαμηλός βαθμός υποκατάστασης μπορεί να αλλάξει σημαντικά τις ιδιότητες του φυσικού αμύλου. Η διαφάνεια και οι ιδιότητες σχηματισμού φιλμ της πάστας αμύλου είναι προφανώς βελτιωμένες. Το αιθεροποιημένο άμυλο είναι η αντίδραση αιθεροποίησης ομάδων υδροξυλίου σε μόρια αμύλου για τη δημιουργία αιθέρα πολυάμυλου, και η ανάδρομη αποικοδόμησή του εξασθενεί. Υπό τις ισχυρές αλκαλικές συνθήκες που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν οξειδωμένο άμυλο και εστεροποιημένο άμυλο, ο αιθερικός δεσμός μπορεί επίσης να παραμείνει σχετικά σταθερός. επιρρεπείς σε υδρόλυση. Τροποποιημένο με οξύ άμυλο, το άμυλο υποβάλλεται σε επεξεργασία με οξύ για να αυξηθεί η περιεκτικότητα σε αμυλόζη, με αποτέλεσμα ενισχυμένη ανάδρομη διάσπαση και πάστα αμύλου. Είναι σχετικά διαφανές και σχηματίζει ένα στερεό πήκτωμα κατά την ψύξη [114].

1.2.3.2 Δομή αμύλου υδροξυπροπυλίου

Το υδροξυπροπυλικό άμυλο (HPS), του οποίου η μοριακή δομή φαίνεται στα Σχήματα 1-4, είναι ένας μη ιοντικός αιθέρας αμύλου, ο οποίος παρασκευάζεται με την αντίδραση αιθεροποίησης του προπυλενοξειδίου με άμυλο υπό αλκαλικές συνθήκες [223, 227, 228] και Η εξίσωση της χημικής αντίδρασης φαίνεται στο Σχήμα 1-6.

Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης του HPS, εκτός από την αντίδραση με άμυλο για τη δημιουργία υδροξυπροπυλικού αμύλου, το οξείδιο του προπυλενίου μπορεί επίσης να αντιδράσει με το παραγόμενο υδροξυπροπυλ άμυλο για να δημιουργήσει πλευρικές αλυσίδες πολυοξυπροπυλίου. βαθμό υποκατάστασης. Ο βαθμός υποκατάστασης (DS) αναφέρεται στον μέσο αριθμό υποκατεστημένων υδροξυλομάδων ανά ομάδα γλυκοζυλίου. Οι περισσότερες από τις ομάδες γλυκοζυλίου του αμύλου περιέχουν 3 υδροξυλομάδες που μπορούν να αντικατασταθούν, επομένως το μέγιστο DS είναι 3. Ο μοριακός βαθμός υποκατάστασης (MS) αναφέρεται στη μέση μάζα των υποκαταστατών ανά mole ομάδας γλυκοζυλίου [223, 229]. Οι συνθήκες διεργασίας της αντίδρασης υδροξυπροπυλίωσης, η μορφολογία των κόκκων αμύλου και η αναλογία αμυλόζης προς αμυλοπηκτίνη στο φυσικό άμυλο επηρεάζουν όλα το μέγεθος του MS.

1.2.3.3 Ιδιότητες υδροξυπροπυλικού αμύλου

(1) Ψυχρή ζελατινοποίηση του HPS

Για την καυτή πάστα αμύλου HPS, ειδικά για το σύστημα με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλόζη, κατά τη διαδικασία ψύξης, οι μοριακές αλυσίδες αμυλόζης στην πάστα αμύλου μπλέκονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια τρισδιάστατη δομή δικτύου και εμφανίζουν εμφανή συμπεριφορά σαν στερεά. Γίνεται ελαστομερές, σχηματίζει γέλη και μπορεί να επιστρέψει σε κατάσταση διαλύματος μετά από επαναθέρμανση, δηλαδή έχει ιδιότητες ψυχρής γέλης και αυτό το φαινόμενο γέλης έχει αναστρέψιμες ιδιότητες [228].

Η ζελατινοποιημένη αμυλόζη περιελίσσεται συνεχώς για να σχηματίσει μια ομοαξονική μονή ελικοειδή δομή. Το εξωτερικό αυτών των μεμονωμένων ελικοειδών δομών είναι μια υδρόφιλη ομάδα και το εσωτερικό είναι μια υδρόφοβη κοιλότητα. Σε υψηλή θερμοκρασία, το HPS υπάρχει σε υδατικό διάλυμα ως τυχαία πηνία από τα οποία εκτείνονται μερικά μεμονωμένα ελικοειδή τμήματα. Όταν η θερμοκρασία μειώνεται, οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ HPS και νερού σπάνε, το δομικό νερό χάνεται και οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των μοριακών αλυσίδων σχηματίζονται συνεχώς, σχηματίζοντας τελικά μια τρισδιάστατη δομή γέλης δικτύου. Η φάση πλήρωσης στο δίκτυο γέλης του αμύλου είναι οι υπολειμματικοί κόκκοι ή θραύσματα αμύλου μετά τη ζελατινοποίηση και η διαπλοκή κάποιων αμυλοπηκτίνης συμβάλλει επίσης στον σχηματισμό γέλης [230-232].

(2) Υδροφιλικότητα HPS

Η εισαγωγή υδρόφιλων ομάδων υδροξυπροπυλίου αποδυναμώνει την ισχύ των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων του αμύλου, προάγει την κίνηση των μορίων ή τμημάτων του αμύλου και μειώνει τη θερμοκρασία τήξης των μικροκρυστάλλων αμύλου. η δομή των κόκκων αμύλου αλλάζει και η επιφάνεια των κόκκων αμύλου είναι τραχιά Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, εμφανίζονται κάποιες ρωγμές ή τρύπες, έτσι ώστε τα μόρια του νερού να μπορούν εύκολα να εισέλθουν στο εσωτερικό των κόκκων αμύλου, καθιστώντας το άμυλο πιο εύκολο να διογκωθεί και να ζελατινοποιηθεί. οπότε η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του αμύλου μειώνεται. Καθώς ο βαθμός υποκατάστασης αυξάνεται, η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του υδροξυπροπυλικού αμύλου μειώνεται και τελικά μπορεί να διογκωθεί σε κρύο νερό. Μετά την υδροξυπροπυλίωση, η ρευστότητα, η σταθερότητα σε χαμηλή θερμοκρασία, η διαφάνεια, η διαλυτότητα και οι ιδιότητες σχηματισμού φιλμ των αμυλοπολτών βελτιώθηκαν [233-235].

(3) Σταθερότητα HPS

Το HPS είναι ένας μη ιονικός αιθέρας αμύλου με υψηλή σταθερότητα. Κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων όπως η υδρόλυση, η οξείδωση και η διασύνδεση, ο αιθερικός δεσμός δεν θα σπάσει και οι υποκαταστάτες δεν θα πέσουν. Επομένως, οι ιδιότητες του HPS επηρεάζονται σχετικά λιγότερο από τους ηλεκτρολύτες και το pH, διασφαλίζοντας ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα οξεοβασικού pH [236-238].

1.2.3.4 Εφαρμογή του HPS στον τομέα των τροφίμων και φαρμάκων

Το HPS είναι μη τοξικό και άγευστο, με καλή απόδοση πέψης και σχετικά χαμηλό ιξώδες υδρόλυσης. Αναγνωρίζεται ως ασφαλές βρώσιμο τροποποιημένο άμυλο στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Ήδη από τη δεκαετία του 1950, οι Ηνωμένες Πολιτείες ενέκριναν το υδροξυπροπυλικό άμυλο για άμεση χρήση στα τρόφιμα [223, 229, 238]. Το HPS είναι ένα τροποποιημένο άμυλο που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των τροφίμων, που χρησιμοποιείται κυρίως ως παχυντικός παράγοντας, παράγοντας εναιώρησης και σταθεροποιητής.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαλακά τρόφιμα και κατεψυγμένα τρόφιμα όπως ποτά, παγωτά και μαρμελάδες. Μπορεί να αντικαταστήσει εν μέρει τα βρώσιμα κόμμεα υψηλής τιμής όπως η ζελατίνη. μπορεί να γίνει βρώσιμα φιλμ και να χρησιμοποιηθεί ως επικάλυψη τροφίμων και συσκευασία [229, 236].

Το HPS χρησιμοποιείται συνήθως στον τομέα της ιατρικής ως πληρωτικά, συνδετικά για φαρμακευτικές καλλιέργειες, αποσαθρωτικά για ταμπλέτες, υλικά για φαρμακευτικές μαλακές και σκληρές κάψουλες, επικαλύψεις φαρμάκων, αντισυμπυκνωτικοί παράγοντες για τεχνητά ερυθρά αιμοσφαίρια και πυκνωτικά πλάσματος, κ.λπ. [239] .

1.3 Σύνθεση πολυμερών

Τα πολυμερή υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλες τις πτυχές της ζωής και είναι απαραίτητα και σημαντικά υλικά. Η συνεχής ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας καθιστά τις απαιτήσεις των ανθρώπων όλο και πιο διαφορετικές και είναι γενικά δύσκολο για τα πολυμερή υλικά ενός συστατικού να ανταποκριθούν στις διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής των ανθρώπων. Ο συνδυασμός δύο ή περισσότερων πολυμερών είναι η πιο οικονομική και αποτελεσματική μέθοδος για τη λήψη πολυμερών υλικών με χαμηλή τιμή, εξαιρετική απόδοση, βολική επεξεργασία και ευρεία εφαρμογή, η οποία έχει προσελκύσει την προσοχή πολλών ερευνητών και έχει δοθεί ολοένα και μεγαλύτερη προσοχή [240-242] .

1.3.1 Σκοπός και μέθοδος σύνθεσης πολυμερούς

Ο κύριος σκοπός της σύνθεσης πολυμερών: (ιβ) Η βελτιστοποίηση των περιεκτικών ιδιοτήτων των υλικών. Διαφορετικά πολυμερή αναμιγνύονται, έτσι ώστε η τελική ένωση να διατηρεί τις εξαιρετικές ιδιότητες ενός μεμονωμένου μακρομορίου, να μαθαίνει το ένα από τα δυνατά σημεία του άλλου και να συμπληρώνει τις αδυναμίες του και να βελτιστοποιεί τις ολοκληρωμένες ιδιότητες των πολυμερών υλικών. (2) Μειώστε το κόστος υλικού. Ορισμένα πολυμερή υλικά έχουν εξαιρετικές ιδιότητες, αλλά είναι ακριβά. Ως εκ τούτου, μπορούν να συνδυαστούν με άλλα φθηνά πολυμερή για μείωση του κόστους χωρίς να επηρεαστεί η χρήση. (3) Βελτιώστε τις ιδιότητες επεξεργασίας υλικού. Ορισμένα υλικά έχουν εξαιρετικές ιδιότητες αλλά είναι δύσκολο να υποστούν επεξεργασία και μπορούν να προστεθούν κατάλληλα άλλα πολυμερή για τη βελτίωση των ιδιοτήτων επεξεργασίας τους. (4) Να ενισχύσει μια ορισμένη ιδιότητα του υλικού. Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του υλικού σε μια συγκεκριμένη πτυχή, χρησιμοποιείται ένα άλλο πολυμερές για την τροποποίηση του. (5) Αναπτύξτε νέες λειτουργίες υλικών.

Συνήθεις μέθοδοι σύνθεσης πολυμερών: (λ) Σύνθεση με τήξη. Κάτω από τη δράση διάτμησης του εξοπλισμού σύνθεσης, διαφορετικά πολυμερή θερμαίνονται πάνω από τη θερμοκρασία ιξώδους ροής για την ανάμιξη, και στη συνέχεια ψύχονται και κοκκοποιούνται μετά την ένωση. (2) Ανασύσταση διαλύματος. Τα δύο συστατικά αναδεύονται και αναμιγνύονται χρησιμοποιώντας έναν κοινό διαλύτη, ή τα διαλυμένα διαφορετικά διαλύματα πολυμερούς αναδεύονται ομοιόμορφα, και στη συνέχεια ο διαλύτης απομακρύνεται για να ληφθεί μια ένωση πολυμερούς. (3) Σύνθεση γαλακτώματος. Μετά από ανάδευση και ανάμειξη διαφορετικών πολυμερών γαλακτωμάτων του ίδιου τύπου γαλακτωματοποιητή, προστίθεται ένα πηκτικό για να συν-καταβυθιστεί το πολυμερές για να ληφθεί μια πολυμερής ένωση. (4) Συμπολυμερισμός και σύνθεση. Συμπεριλαμβανομένου του συμπολυμερισμού μοσχεύματος, του συμπολυμερισμού κατά συστάδες και του αντιδραστικού συμπολυμερισμού, η διαδικασία σύνθεσης συνοδεύεται από χημική αντίδραση. (5) Δίκτυο αλληλοδιείσδυσης [10].

1.3.2 Σύνθεση φυσικών πολυσακχαριτών

Οι φυσικοί πολυσακχαρίτες είναι μια κοινή κατηγορία πολυμερών υλικών στη φύση, τα οποία συνήθως τροποποιούνται χημικά και παρουσιάζουν μια ποικιλία εξαιρετικών ιδιοτήτων. Ωστόσο, τα μεμονωμένα υλικά πολυσακχαρίτη έχουν συχνά ορισμένους περιορισμούς απόδοσης, επομένως διαφορετικοί πολυσακχαρίτες συχνά συνδυάζονται για να επιτευχθεί ο σκοπός της συμπλήρωσης των πλεονεκτημάτων απόδοσης κάθε συστατικού και της επέκτασης του πεδίου εφαρμογής. Ήδη από τη δεκαετία του 1980, η έρευνα για τη σύνθεση διαφορετικών φυσικών πολυσακχαριτών έχει αυξηθεί σημαντικά [243]. Η έρευνα για το σύστημα φυσικών ενώσεων πολυσακχαρίτη στο εσωτερικό και στο εξωτερικό επικεντρώνεται κυρίως στο σύνθετο σύστημα curdlan και non-curdlan και στο σύνθετο σύστημα δύο ειδών πολυσακχαρίτη χωρίς πήξη.

1.3.2.1 Ταξινόμηση φυσικών πολυσακχαριτών υδρογέλης

Οι φυσικοί πολυσακχαρίτες μπορούν να χωριστούν σε curdlan και non-curdlan ανάλογα με την ικανότητά τους να σχηματίζουν πηκτές. Ορισμένοι πολυσακχαρίτες μπορούν να σχηματίσουν πηκτές από μόνοι τους, γι' αυτό ονομάζονται curdlan, όπως η καραγενάνη κ.λπ. Άλλα δεν έχουν οι ίδιες ιδιότητες πηκτωματοποίησης και ονομάζονται πολυσακχαρίτες χωρίς πήξη, όπως το κόμμι ξανθάνης.

Οι υδρογέλες μπορούν να ληφθούν με διάλυση φυσικού curdlan σε υδατικό διάλυμα. Με βάση τη θερμοαναστρεψιμότητα του πηκτώματος που προκύπτει και την εξάρτηση από τη θερμοκρασία του συντελεστή του, μπορεί να υποδιαιρεθεί στους ακόλουθους τέσσερις διαφορετικούς τύπους [244]:

(1) Το Cryogel, διάλυμα πολυσακχαρίτη μπορεί να αποκτήσει γέλη μόνο σε χαμηλή θερμοκρασία, όπως καραγενάνη.

(2) Το θερμικά επαγόμενο πήκτωμα, το διάλυμα πολυσακχαρίτη μπορεί να αποκτήσει γέλη μόνο σε υψηλή θερμοκρασία, όπως η γλυκομαννάνη.

(3) Το διάλυμα πολυσακχαρίτη όχι μόνο μπορεί να αποκτήσει γέλη σε χαμηλότερη θερμοκρασία, αλλά επίσης να αποκτήσει γέλη σε υψηλότερη θερμοκρασία, αλλά να παρουσιάσει μια κατάσταση διαλύματος σε ενδιάμεση θερμοκρασία.

(4) Το διάλυμα μπορεί να αποκτήσει γέλη μόνο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία στη μέση. Διαφορετικό φυσικό curdlan έχει τη δική του κρίσιμη (ελάχιστη) συγκέντρωση, πάνω από την οποία μπορεί να ληφθεί γέλη. Η κρίσιμη συγκέντρωση της γέλης σχετίζεται με το συνεχές μήκος της μοριακής αλυσίδας πολυσακχαρίτη. η ισχύς της γέλης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση και το μοριακό βάρος του διαλύματος και γενικά, η ισχύς της γέλης αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση [245].

1.3.2.2 Σύνθετο σύστημα curdlan και non curdlan

Ο συνδυασμός non-curdlan με curdlan γενικά βελτιώνει την αντοχή της γέλης των πολυσακχαριτών [246]. Η σύνθεση του κόμμεος konjac και της καραγενάνης ενισχύει τη σταθερότητα και την ελαστικότητα του πηκτώματος της δομής του σύνθετου δικτύου γέλης και βελτιώνει σημαντικά την αντοχή του σε πηκτή. Οι Wei Yu et al. αναμείχθηκε καραγενάνη και κόμμι konjac, και συζήτησε τη δομή της γέλης μετά την ένωση. Η μελέτη διαπίστωσε ότι μετά την ένωση καραγενάνης και κόμμεος konjac, δημιουργήθηκε ένα συνεργιστικό αποτέλεσμα και σχηματίστηκε μια δομή δικτύου στην οποία κυριαρχεί η καραγενάνη, το κόμμι konjac διασπείρεται σε αυτό και το δίκτυο γέλης του είναι πιο πυκνό από αυτό της καθαρής καραγενάνης [247]. Οι Kohyama et al. μελέτησε το σύστημα ένωσης του κόμμεος carrageenan/konjac και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με τη συνεχή αύξηση του μοριακού βάρους του κόμμεος konjac, η τάση θραύσης του σύνθετου πήγματος συνέχισε να αυξάνεται. Το κόμμι konjac με διαφορετικά μοριακά βάρη έδειξε παρόμοιο σχηματισμό γέλης. θερμοκρασία. Σε αυτό το σύνθετο σύστημα, ο σχηματισμός του δικτύου γέλης αναλαμβάνεται από την καραγενάνη και η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο μορίων curdlan έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ασθενών διασταυρούμενων περιοχών [248]. Nishinari et al. μελέτησε το σύστημα ένωσης κόμμεος gellan/konjac και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επίδραση των μονοσθενών κατιόντων στο σύνθετο πήκτωμα ήταν πιο έντονη. Μπορεί να αυξήσει το μέτρο του συστήματος και τη θερμοκρασία σχηματισμού γέλης. Τα δισθενή κατιόντα μπορούν να προάγουν τον σχηματισμό σύνθετων πηκτωμάτων σε κάποιο βαθμό, αλλά υπερβολικές ποσότητες θα προκαλέσουν διαχωρισμό φάσεων και θα μειώσουν το μέτρο του συστήματος [246]. Οι Breneer et al. μελέτησε τη σύνθεση της καρραγενάνης, του κόμμεος χαρουπιού και του κόμμεος konjac και διαπίστωσε ότι η καραγενάνη, το κόμμι χαρουπιού και το κόμμι konjac μπορούν να παράγουν συνεργιστικά αποτελέσματα και η βέλτιστη αναλογία είναι κόμμι χαρουπιού/καρραγενάνη 1:5,5, κόμμι konjac/καρραγηνή 17: , και όταν τα τρία συνδυάζονται μαζί, το συνεργιστικό αποτέλεσμα είναι το ίδιο με αυτό του κόμμεος καραγενάνης/konjac, υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει ειδική σύνθεση των τριών. αλληλεπίδραση [249].

1.3.2.2 Δύο σύνθετα συστήματα χωρίς κούρντλαν

Δύο φυσικοί πολυσακχαρίτες που δεν έχουν ιδιότητες γέλης μπορούν να επιδείξουν ιδιότητες γέλης μέσω της σύνθεσης, με αποτέλεσμα προϊόντα γέλης [250]. Ο συνδυασμός κόμμεος χαρουπιού με κόμμι ξανθάνης παράγει ένα συνεργικό αποτέλεσμα που προκαλεί το σχηματισμό νέων πηκτωμάτων [251]. Ένα νέο προϊόν γέλης μπορεί επίσης να ληφθεί προσθέτοντας κόμμι ξανθάνης στη γλυκομαννάνη konjac για σύνθεση [252]. Wei Yanxia et al. μελέτησε τις ρεολογικές ιδιότητες του συμπλέγματος κόμμεος χαρουπιού και κόμμεος ξανθάνης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ένωση του κόμμεος χαρουπιού και του κόμμεος ξανθάνης παράγει συνεργιστική δράση. Όταν η αναλογία όγκου της ένωσης είναι 4:6, το ισχυρότερο συνεργιστικό αποτέλεσμα [253]. Οι Fitzsimons et al. σύνθετη γλυκομαννάνη konjac με κόμμι ξανθάνης σε θερμοκρασία δωματίου και υπό θέρμανση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλες οι ενώσεις εμφάνισαν ιδιότητες γέλης, αντανακλώντας τη συνεργιστική επίδραση μεταξύ των δύο. Η θερμοκρασία σύνθεσης και η δομική κατάσταση του κόμμεος ξανθάνης δεν επηρέασαν την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο [254]. Ο Guo Shoujun και άλλοι μελέτησαν το αρχικό μείγμα κοπράνων χοίρου κόμμι φασολιού και κόμμεος ξανθάνης και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το κόμμι φασολιών και το κόμμι ξανθάνης έχουν ισχυρή συνεργική δράση. Η βέλτιστη αναλογία σύνθεσης κόλλας κόμμεος φασολιών και κόλλας κόμμεος ξανθάνης είναι 6/4 (β/β). Είναι 102 φορές μεγαλύτερο από αυτό του απλού διαλύματος κόμμεος σόγιας και το πήκτωμα σχηματίζεται όταν η συγκέντρωση του σύνθετου κόμμεως φτάσει το 0,4%. Η σύνθετη κόλλα έχει υψηλό ιξώδες, καλή σταθερότητα και ρεολογικές ιδιότητες και είναι ένα εξαιρετικό κόμμι τροφής [255].

1.3.3 Συμβατότητα πολυμερών σύνθετων υλικών

Η συμβατότητα, από θερμοδυναμική άποψη, αναφέρεται στην επίτευξη συμβατότητας σε μοριακό επίπεδο, γνωστή και ως αμοιβαία διαλυτότητα. Σύμφωνα με τη θεωρία του μοντέλου Flory-Huggins, η αλλαγή ελεύθερης ενέργειας του συστήματος πολυμερούς ένωσης κατά τη διαδικασία της σύνθεσης συμμορφώνεται με τον τύπο ελεύθερης ενέργειας Gibbs:

△���=△���—T△S (1-1)

Μεταξύ αυτών, △���είναι η σύνθετη ελεύθερη ενέργεια, △���είναι η σύνθετη θερμότητα, είναι η σύνθετη εντροπία. είναι η απόλυτη θερμοκρασία. το σύνθετο σύστημα είναι συμβατό μόνο όταν αλλάζει η ελεύθερη ενέργεια △���κατά τη διάρκεια της πολύπλοκης διαδικασίας [256].

Η έννοια της αναμειξιμότητας προκύπτει από το γεγονός ότι πολύ λίγα συστήματα μπορούν να επιτύχουν θερμοδυναμική συμβατότητα. Η αναμιξιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα διαφορετικών συστατικών να σχηματίζουν ομοιογενή σύμπλοκα και το κριτήριο που χρησιμοποιείται συνήθως είναι ότι τα σύμπλοκα εμφανίζουν ένα μόνο σημείο μετάβασης υάλου.

Διαφορετική από τη θερμοδυναμική συμβατότητα, η γενικευμένη συμβατότητα αναφέρεται στην ικανότητα κάθε συστατικού στο σύνθετο σύστημα να προσαρμόζεται μεταξύ τους, κάτι που προτείνεται από πρακτική άποψη [257].

Με βάση τη γενικευμένη συμβατότητα, τα συστήματα πολυμερών ενώσεων μπορούν να χωριστούν σε πλήρως συμβατά, μερικώς συμβατά και εντελώς ασύμβατα συστήματα. Ένα πλήρως συμβατό σύστημα σημαίνει ότι η ένωση είναι θερμοδυναμικά αναμίξιμη σε μοριακό επίπεδο. ένα μερικώς συμβατό σύστημα σημαίνει ότι η ένωση είναι συμβατή σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας ή σύνθεσης. Ένα εντελώς ασυμβίβαστο σύστημα σημαίνει ότι η ένωση είναι μοριακού επιπέδου Η αναμίξιμη δεν μπορεί να επιτευχθεί σε οποιαδήποτε θερμοκρασία ή σύνθεση.

Λόγω ορισμένων δομικών διαφορών και διαμορφωτικής εντροπίας μεταξύ διαφορετικών πολυμερών, τα περισσότερα συστήματα πολυμερών πολυμερών είναι μερικώς συμβατά ή ασύμβατα [11, 12]. Ανάλογα με τον διαχωρισμό φάσης του συστήματος ένωσης και το επίπεδο ανάμειξης, η συμβατότητα του μερικώς συμβατού συστήματος θα ποικίλλει επίσης πολύ [11]. Οι μακροσκοπικές ιδιότητες των σύνθετων πολυμερών συνδέονται στενά με την εσωτερική μικροσκοπική μορφολογία τους και τις φυσικές και χημικές ιδιότητες κάθε συστατικού. 240], επομένως είναι πολύ σημαντικό να μελετήσουμε τη μικροσκοπική μορφολογία και τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

Μέθοδοι έρευνας και χαρακτηρισμού για συμβατότητα δυαδικών ενώσεων:

(1) Θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού T���μέθοδος σύγκρισης. Συγκρίνοντας το Τ���της ένωσης με το Τ���των συστατικών του, αν μόνο ένα Τ���εμφανίζεται στην ένωση, το σύνθετο σύστημα είναι ένα συμβατό σύστημα. αν υπάρχουν δύο Τ���, και οι δύο Τ���οι θέσεις της ένωσης βρίσκονται στις δύο ομάδες Η μέση των σημείων Τ���υποδεικνύει ότι το σύνθετο σύστημα είναι ένα μερικώς συμβατό σύστημα. αν υπάρχουν δύο Τ���, και βρίσκονται στις θέσεις των δύο συστατικών Τ���, δείχνει ότι το σύνθετο σύστημα είναι ένα ασύμβατο σύστημα.

T���Τα όργανα δοκιμής που χρησιμοποιούνται συχνά στη μέθοδο σύγκρισης είναι ο δυναμικός θερμομηχανικός αναλυτής (DMA) και ο θερμιδόμετρο διαφορικής σάρωσης (DSC). Αυτή η μέθοδος μπορεί γρήγορα να κρίνει τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος, αλλά εάν το Τ���από τα δύο συστατικά είναι παρόμοια, ένα μόνο Τ���θα εμφανιστεί επίσης μετά τη σύνθεση, επομένως αυτή η μέθοδος έχει ορισμένες ελλείψεις [10].

(2) Μέθοδος μορφολογικής παρατήρησης. Αρχικά, παρατηρήστε τη μακροσκοπική μορφολογία της ένωσης. Εάν η ένωση έχει προφανή διαχωρισμό φάσεων, μπορεί να κριθεί προκαταρκτικά ότι το σύστημα ένωσης είναι ένα ασύμβατο σύστημα. Δεύτερον, η μικροσκοπική μορφολογία και η δομή φάσης της ένωσης παρατηρούνται με μικροσκόπιο. Τα δύο συστατικά που είναι απολύτως συμβατά θα σχηματίσουν μια ομοιογενή κατάσταση. Επομένως, η ένωση με καλή συμβατότητα μπορεί να παρατηρήσει ομοιόμορφη κατανομή φάσης και μικρό μέγεθος σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης. και θολή διεπαφή.

Τα όργανα δοκιμής που χρησιμοποιούνται συχνά στη μέθοδο παρατήρησης τοπογραφίας είναι το οπτικό μικροσκόπιο και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Η μέθοδος παρατήρησης τοπογραφίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βοηθητική μέθοδος σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους χαρακτηρισμού.

(3) Μέθοδος διαφάνειας. Σε ένα μερικώς συμβατό σύστημα ένωσης, τα δύο συστατικά μπορούν να είναι συμβατά σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας και σύνθεσης και ο διαχωρισμός φάσεων θα συμβεί πέρα ​​από αυτό το εύρος. Κατά τη διαδικασία μετατροπής του σύνθετου συστήματος από ένα ομοιογενές σύστημα σε ένα σύστημα δύο φάσεων, η διαπερατότητα του φωτός του θα αλλάξει, επομένως η συμβατότητά του μπορεί να μελετηθεί μελετώντας τη διαφάνεια της ένωσης.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο ως βοηθητική μέθοδος, επειδή όταν οι δείκτες διάθλασης των δύο πολυμερών είναι οι ίδιοι, η ένωση που λαμβάνεται με την ένωση των δύο ασυμβίβαστων πολυμερών είναι επίσης διαφανής.

(4) Ρεολογική μέθοδος. Σε αυτή τη μέθοδο, η ξαφνική αλλαγή των ιξωδοελαστικών παραμέτρων της ένωσης χρησιμοποιείται ως σημάδι διαχωρισμού φάσης, για παράδειγμα, η ξαφνική αλλαγή της καμπύλης ιξώδους-θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για να επισημανθεί ο διαχωρισμός φάσης και η ξαφνική αλλαγή της φαινομενικής Η καμπύλη διατμητικής τάσης-θερμοκρασίας χρησιμοποιείται ως σημάδι διαχωρισμού φάσεων. Το σύστημα σύνθεσης χωρίς διαχωρισμό φάσεων μετά την ένωση έχει καλή συμβατότητα και αυτά με διαχωρισμό φάσεων είναι ασύμβατα ή μερικώς συμβατά συστήματα [258].

(5) Μέθοδος καμπύλης Han. Η καμπύλη του Han είναι lg���'(���) lg G”, εάν η καμπύλη Han του σύνθετου συστήματος δεν έχει εξάρτηση από τη θερμοκρασία και η καμπύλη Han σε διαφορετικές θερμοκρασίες σχηματίζει μια κύρια καμπύλη, το σύνθετο σύστημα είναι συμβατό. εάν το σύνθετο σύστημα είναι συμβατό Η καμπύλη του Han εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Εάν η καμπύλη του Han είναι διαχωρισμένη μεταξύ τους σε διαφορετικές θερμοκρασίες και δεν μπορεί να σχηματίσει μια κύρια καμπύλη, το σύνθετο σύστημα είναι ασύμβατο ή μερικώς συμβατό. Επομένως, η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος μπορεί να κριθεί σύμφωνα με τον διαχωρισμό της καμπύλης του Han.

(6) Μέθοδος ιξώδους διαλύματος. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί την αλλαγή του ιξώδους του διαλύματος για να χαρακτηρίσει τη συμβατότητα του συστήματος ένωσης. Κάτω από διαφορετικές συγκεντρώσεις διαλύματος, το ιξώδες της ένωσης απεικονίζεται σε διάγραμμα έναντι της σύνθεσης. Εάν πρόκειται για γραμμική σχέση, σημαίνει ότι το σύνθετο σύστημα είναι απολύτως συμβατό. Εάν είναι μια μη γραμμική σχέση, σημαίνει ότι το σύνθετο σύστημα είναι μερικώς συμβατό. αν είναι καμπύλη σχήματος S, τότε δείχνει ότι το σύνθετο σύστημα είναι εντελώς ασύμβατο [10].

(7) Φασματοσκοπία υπερύθρου. Μετά την ένωση των δύο πολυμερών, εάν η συμβατότητα είναι καλή, θα υπάρξουν αλληλεπιδράσεις όπως δεσμοί υδρογόνου, και οι θέσεις ζώνης των χαρακτηριστικών ομάδων στο υπέρυθρο φάσμα κάθε ομάδας στην αλυσίδα του πολυμερούς θα μετατοπιστούν. Η μετατόπιση των χαρακτηριστικών ομαδικών ζωνών του συμπλέγματος και κάθε συστατικού μπορεί να κρίνει τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

Επιπλέον, η συμβατότητα των συμπλεγμάτων μπορεί επίσης να μελετηθεί με θερμοβαρυμετρικούς αναλυτές, περίθλαση ακτίνων Χ, σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας, σκέδαση φωτός, σκέδαση ηλεκτρονίων νετρονίων, πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό και τεχνικές υπερήχων [10].

1.3.4 Πρόοδος της έρευνας για τη σύνθεση υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης/υδροξυπροπυλο αμύλου

1.3.4.1 Σύνθεση υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης και άλλων ουσιών

Οι ενώσεις HPMC και άλλων ουσιών χρησιμοποιούνται κυρίως σε συστήματα ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκων και σε υλικά συσκευασίας βρώσιμων ή αποικοδομήσιμων φιλμ. Στην εφαρμογή της ελεγχόμενης απελευθέρωσης με φάρμακο, τα πολυμερή που συχνά συνδυάζονται με HPMC περιλαμβάνουν συνθετικά πολυμερή όπως πολυβινυλική αλκοόλη (PVA), συμπολυμερές γαλακτικού οξέος-γλυκολικού οξέος (PLGA) και πολυκαπρολακτόνη (PCL), καθώς και πρωτεΐνες, Φυσικά πολυμερή όπως πολυσακχαρίτες. Οι Abdel-Zaher et al. μελέτησε τη δομική σύνθεση, τη θερμική σταθερότητα και τη σχέση τους με την απόδοση των σύνθετων υλικών HPMC/PVA και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει κάποια αναμειξιμότητα παρουσία των δύο πολυμερών [259]. Zabihi et al. χρησιμοποίησε το σύμπλεγμα HPMC/PLGA για την παρασκευή μικροκάψουλων για ελεγχόμενη και παρατεταμένη απελευθέρωση ινσουλίνης, η οποία μπορεί να επιτύχει παρατεταμένη απελευθέρωση στο στομάχι και το έντερο [260]. Οι Javed et al. συνέθεσε υδρόφιλο HPMC και υδρόφοβο PCL και χρησιμοποίησε σύμπλοκα HPMC/PCL ως υλικά μικροκάψουλας για ελεγχόμενη και παρατεταμένη απελευθέρωση φαρμάκου, τα οποία θα μπορούσαν να απελευθερωθούν σε διαφορετικά μέρη του ανθρώπινου σώματος προσαρμόζοντας την αναλογία σύνθεσης [261]. Οι Ding et al. μελέτησε τις ρεολογικές ιδιότητες όπως το ιξώδες, η δυναμική ιξωδοελαστικότητα, η ανάκτηση ερπυσμού και η θιξοτροπία των συμπλεγμάτων HPMC/κολλαγόνου που χρησιμοποιούνται στον τομέα της ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκου, παρέχοντας θεωρητική καθοδήγηση για βιομηχανικές εφαρμογές [262]. Arthanari, Cai and Rai et al. [263-265] Τα σύμπλοκα HPMC και πολυσακχαριτών όπως η χιτοζάνη, το κόμμι ξανθάνης και το αλγινικό νάτριο εφαρμόστηκαν στη διαδικασία της παρατεταμένης απελευθέρωσης του εμβολίου και του φαρμάκου και τα αποτελέσματα έδειξαν μια ελεγχόμενη επίδραση απελευθέρωσης φαρμάκου [263-265].

Κατά την ανάπτυξη βρώσιμων ή αποικοδομήσιμων υλικών συσκευασίας φιλμ, τα πολυμερή που συχνά συνδυάζονται με HPMC είναι κυρίως φυσικά πολυμερή όπως λιπίδια, πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Karaca, Fagundes and Contreras-Oliva et al. παρασκεύασε βρώσιμες σύνθετες μεμβράνες με σύμπλοκα HPMC/λιπιδίων και τις χρησιμοποίησε στη συντήρηση δαμάσκηνων, ντοματίνων και εσπεριδοειδών, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μεμβράνες του συμπλέγματος HPMC/λιπιδίων είχαν καλή αντιβακτηριακή δράση της φρέσκιας διατήρησης [266-268]. Shetty, Rubilar και Ding et al. μελέτησε τις μηχανικές ιδιότητες, τη θερμική σταθερότητα, τη μικροδομή και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών που παρασκευάζονται από HPMC, πρωτεΐνη μεταξιού, απομόνωση πρωτεΐνης ορού γάλακτος και κολλαγόνο, αντίστοιχα [269-271]. Οι Esteghlal et al. παρασκεύασε HPMC με ζελατίνη για την παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών για χρήση σε υλικά συσκευασίας βιολογικής βάσης [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata και Ortega-Toro et al. παρασκεύασε HPMC/χιτοζάνη HPMC/ξυλογλυκάνη, HPMC/αιθυλοκυτταρίνη και HPMC/άμυλο βρώσιμα σύνθετα φιλμ, αντίστοιχα, και μελέτησε τη θερμική σταθερότητα, τις μηχανικές ιδιότητες, τη μικροδομή και τις αντιβακτηριακές τους ιδιότητες [139, 272-274]. Η ένωση HPMC/PLA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως υλικό συσκευασίας για τρόφιμα, συνήθως με εξώθηση [275].

Κατά την ανάπτυξη βρώσιμων ή αποικοδομήσιμων υλικών συσκευασίας φιλμ, τα πολυμερή που συχνά συνδυάζονται με HPMC είναι κυρίως φυσικά πολυμερή όπως λιπίδια, πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Karaca, Fagundes and Contreras-Oliva et al. παρασκεύασε βρώσιμες σύνθετες μεμβράνες με σύμπλοκα HPMC/λιπιδίων και τις χρησιμοποίησε στη συντήρηση δαμάσκηνων, ντοματίνων και εσπεριδοειδών, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μεμβράνες του συμπλέγματος HPMC/λιπιδίων είχαν καλή αντιβακτηριακή δράση της φρέσκιας διατήρησης [266-268]. Shetty, Rubilar και Ding et al. μελέτησε τις μηχανικές ιδιότητες, τη θερμική σταθερότητα, τη μικροδομή και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών που παρασκευάζονται από HPMC, πρωτεΐνη μεταξιού, απομόνωση πρωτεΐνης ορού γάλακτος και κολλαγόνο, αντίστοιχα [269-271]. Οι Esteghlal et al. παρασκεύασε HPMC με ζελατίνη για την παρασκευή βρώσιμων μεμβρανών για χρήση σε υλικά συσκευασίας βιολογικής βάσης [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata και Ortega-Toro et al. παρασκεύασε HPMC/χιτοζάνη HPMC/ξυλογλυκάνη, HPMC/αιθυλοκυτταρίνη και HPMC/άμυλο βρώσιμα σύνθετα φιλμ, αντίστοιχα, και μελέτησε τη θερμική σταθερότητα, τις μηχανικές ιδιότητες, τη μικροδομή και τις αντιβακτηριακές τους ιδιότητες [139, 272-274]. Η ένωση HPMC/PLA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως υλικό συσκευασίας για τρόφιμα, συνήθως με εξώθηση [275].

1.3.4.2 Σύνθεση αμύλου και άλλων ουσιών

Η έρευνα για τη σύνθεση αμύλου και άλλων ουσιών επικεντρώθηκε αρχικά σε διάφορες υδρόφοβες αλειφατικές πολυεστερικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων του πολυγαλακτικού οξέος (PLA), της πολυκαπρολακτόνης (PCL), του πολυβουτενικού ηλεκτρικού οξέος (PBSA), κ.λπ. 276]. Muller et al. μελέτησε τη δομή και τις ιδιότητες των σύνθετων υλικών αμύλου/PLA και την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο, και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο ήταν ασθενής και οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών ήταν φτωχές [277]. Correa, Komur και Diaz-Gomez et al. μελέτησε τις μηχανικές ιδιότητες, τις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες γέλης και τη συμβατότητα των δύο συστατικών των συμπλεγμάτων αμύλου/PCL, τα οποία εφαρμόστηκαν στην ανάπτυξη βιοαποικοδομήσιμων υλικών, βιοϊατρικών υλικών και υλικών ικριωμάτων μηχανικής ιστών [278-280]. Ohkika et al. διαπίστωσε ότι το μείγμα αμύλου καλαμποκιού και PBSA είναι πολλά υποσχόμενο. Όταν η περιεκτικότητα σε άμυλο είναι 5-30%, η αύξηση της περιεκτικότητας σε κόκκους αμύλου μπορεί να αυξήσει το μέτρο και να μειώσει την τάση εφελκυσμού και την επιμήκυνση κατά τη θραύση [281,282]. Ο υδρόφοβος αλειφατικός πολυεστέρας είναι θερμοδυναμικά ασύμβατος με το υδρόφιλο άμυλο και συνήθως προστίθενται διάφορα συμβατιστικά και πρόσθετα για τη βελτίωση της διεπαφής φάσης μεταξύ αμύλου και πολυεστέρα. Szadkowska, Ferri και Li et al. μελέτησε τις επιδράσεις των πλαστικοποιητών με βάση τη σιλανόλη, του λινελαίου του μηλεϊνικού ανυδρίτη και των ενεργοποιημένων παραγώγων φυτικών ελαίων στη δομή και τις ιδιότητες των συμπλοκών αμύλου/PLA, αντίστοιχα [283-285]. Ortega-Toro, Yu et al. χρησιμοποίησε κιτρικό οξύ και διισοκυανικό διφαινυλομεθάνιο για τη συμβατότητα της ένωσης αμύλου/PCL και της ένωσης αμύλου/PBSA, αντίστοιχα, για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και της σταθερότητας του υλικού [286, 287].

Τα τελευταία χρόνια, όλο και περισσότερες έρευνες έχουν γίνει για την ένωση του αμύλου με φυσικά πολυμερή όπως πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και λιπίδια. Οι Teklehaimanot, Sahin-Nadeen και Zhang et al μελέτησαν τις φυσικοχημικές ιδιότητες των συμπλεγμάτων αμύλου/ζεΐνης, αμύλου/ πρωτεΐνης ορού γάλακτος και αμύλου/ζελατίνης, αντίστοιχα, και τα αποτελέσματα πέτυχαν όλα καλά αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν σε βιοϋλικά τροφίμων και κάψουλες [52. 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon and Ren et al. μελέτησε τη διαπερατότητα φωτός, τις μηχανικές ιδιότητες, τις αντιβακτηριακές ιδιότητες και τη συγκέντρωση χιτοζάνης των σύνθετων μεμβρανών αμύλου/χιτοζάνης, αντίστοιχα, και πρόσθεσε φυσικά εκχυλίσματα, πολυφαινόλες τσαγιού και άλλους φυσικούς αντιβακτηριακούς παράγοντες για τη βελτίωση της αντιβακτηριακής δράσης του σύνθετου φιλμ. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι το σύνθετο φιλμ αμύλου/χιτοζάνης έχει μεγάλες δυνατότητες στην ενεργό συσκευασία τροφίμων και φαρμάκων [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis και Zhang et al. μελέτησε τις ιδιότητες των νανοκρυστάλλων αμύλου/κυτταρίνης, αμύλου/καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης, αμύλου/μεθυλοκυτταρίνης και σύνθετων μεμβρανών αμύλου/υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης, αντίστοιχα, και τις κύριες εφαρμογές σε βρώσιμα/βιοδιασπώμενα υλικά συσκευασίας [293-295]. Dafe, Jumaidin and Lascombes et al. μελέτησε ενώσεις αμύλου/τσίχλας τροφίμων όπως άμυλο/πηκτίνη, άμυλο/άγαρ και άμυλο/καρραγενάνη, που χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα της συσκευασίας τροφίμων και τροφίμων [296-298]. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες του αμύλου ταπιόκας/αραβοσιτελαίου, των συμπλεγμάτων αμύλου/λιπιδίων μελετήθηκαν από τους Perez, De et al., κυρίως για να καθοδηγήσουν τη διαδικασία παραγωγής των εξωθημένων τροφίμων [299, 300].

1.3.4.3 Σύνθεση υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης και αμύλου

Προς το παρόν, δεν υπάρχουν πολλές μελέτες για το σύστημα ένωσης HPMC και αμύλου στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, και οι περισσότερες από αυτές προσθέτουν μικρή ποσότητα HPMC στη μήτρα αμύλου για να βελτιώσουν το φαινόμενο γήρανσης του αμύλου. Οι Jimenez et al. χρησιμοποίησε HPMC για να μειώσει τη γήρανση του φυσικού αμύλου για να βελτιώσει τη διαπερατότητα των μεμβρανών αμύλου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη HPMC μείωσε τη γήρανση του αμύλου και αύξησε την ευκαμψία της σύνθετης μεμβράνης. Η διαπερατότητα οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης αυξήθηκε σημαντικά, αλλά η αδιάβροχη απόδοση όχι. Πόσο έχει αλλάξει [301]. Villacres, Basch et al. αναμείχθηκε HPMC και άμυλο ταπιόκας για την παρασκευή υλικών συσκευασίας σύνθετης μεμβράνης HPMC/αμύλου και μελέτησε το πλαστικοποιητικό αποτέλεσμα της γλυκερίνης στο σύνθετο φιλμ και τις επιδράσεις του σορβικού καλίου και της νισίνης στις αντιβακτηριακές ιδιότητες του σύνθετου φιλμ. Τα αποτελέσματα Δείχνει ότι με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, το μέτρο ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό του σύνθετου φιλμ αυξάνονται, η επιμήκυνση στο σπάσιμο μειώνεται και η διαπερατότητα υδρατμών έχει μικρή επίδραση. Το σορβικό κάλιο και η νισίνη μπορούν και οι δύο να βελτιώσουν το σύνθετο φιλμ. Η αντιβακτηριακή δράση δύο αντιβακτηριακών παραγόντων είναι καλύτερη όταν χρησιμοποιούνται μαζί [112, 302]. Ortega-Toro et al. μελέτησε τις ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών HPMC/αμύλου θερμής συμπίεσης και μελέτησε την επίδραση του κιτρικού οξέος στις ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το HPMC διασκορπίστηκε στη συνεχή φάση αμύλου και τόσο το κιτρικό οξύ όσο και το HPMC είχαν επίδραση στη γήρανση του αμύλου. σε κάποιο βαθμό αναστολής [139]. Ayorinde et al. χρησιμοποίησε σύνθετο φιλμ HPMC/άμυλο για την επικάλυψη αμλοδιπίνης από το στόμα και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο χρόνος αποσύνθεσης και ο ρυθμός απελευθέρωσης του σύνθετου φιλμ ήταν πολύ καλοί [303].

Οι Zhao Ming et al. μελέτησε την επίδραση του αμύλου στον ρυθμό κατακράτησης νερού των μεμβρανών HPMC και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το άμυλο και το HPMC είχαν μια ορισμένη συνεργιστική επίδραση, η οποία είχε ως αποτέλεσμα μια συνολική αύξηση του ρυθμού κατακράτησης νερού [304]. Οι Zhang et al. μελέτησε τις ιδιότητες του φιλμ της ένωσης HPMC/HPS και τις ρεολογικές ιδιότητες του διαλύματος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σύστημα ένωσης HPMC/HPS έχει κάποια συμβατότητα, η απόδοση της σύνθετης μεμβράνης είναι καλή και οι ρεολογικές ιδιότητες του HPS προς το HPMC έχουν καλή εξισορροπητική επίδραση [305, 306]. Υπάρχουν λίγες μελέτες σχετικά με το σύστημα ένωσης HPMC/αμύλου με υψηλή περιεκτικότητα σε HPMC, και οι περισσότερες από αυτές βρίσκονται στην έρευνα ρηχής απόδοσης και η θεωρητική έρευνα για το σύστημα ένωσης είναι σχετικά ελλιπής, ειδικά η γέλη HPMC/HPS ψυχρής θερμότητας αντίστροφη - σύνθετη γέλη φάσης. Οι μηχανιστικές μελέτες είναι ακόμη σε κενή κατάσταση.

1.4 Ρεολογία συμπλοκών πολυμερών

Κατά τη διαδικασία επεξεργασίας των πολυμερών υλικών, θα συμβεί αναπόφευκτα ροή και παραμόρφωση και η ρεολογία είναι η επιστήμη που μελετά τους νόμους ροής και παραμόρφωσης των υλικών [307]. Η ροή είναι ιδιότητα των υγρών υλικών, ενώ η παραμόρφωση είναι μια ιδιότητα των στερεών (κρυσταλλικών) υλικών. Μια γενική σύγκριση της ροής του υγρού και της παραμόρφωσης του στερεού είναι η εξής:

Σε πρακτικές βιομηχανικές εφαρμογές πολυμερών υλικών, το ιξώδες και η ιξωδοελαστικότητά τους καθορίζουν την απόδοση επεξεργασίας τους. Στη διαδικασία επεξεργασίας και χύτευσης, με την αλλαγή του ρυθμού διάτμησης, το ιξώδες των πολυμερών υλικών μπορεί να έχει μεγάλο μέγεθος πολλών τάξεων μεγέθους. Αλλαγή [308]. Οι ρεολογικές ιδιότητες όπως το ιξώδες και η αραίωση διάτμησης επηρεάζουν άμεσα τον έλεγχο της άντλησης, της διάχυσης, της διασποράς και του ψεκασμού κατά την επεξεργασία των πολυμερών υλικών και είναι οι πιο σημαντικές ιδιότητες των πολυμερών υλικών.

1.4.1 Ιξωδοελαστικότητα πολυμερών

Υπό την εξωτερική δύναμη, το πολυμερές υγρό μπορεί όχι μόνο να ρέει, αλλά και να παρουσιάζει παραμόρφωση, δείχνοντας ένα είδος απόδοσης «ιξωδοελαστικότητας» και η ουσία του είναι η συνύπαρξη «διφασικού στερεού-υγρού» [309]. Ωστόσο, αυτή η ιξωδοελαστικότητα δεν είναι γραμμική ιξωδοελαστικότητα σε μικρές παραμορφώσεις, αλλά μη γραμμική ιξωδοελαστικότητα όπου το υλικό παρουσιάζει μεγάλες παραμορφώσεις και παρατεταμένη τάση [310].

Το φυσικό υδατικό διάλυμα πολυσακχαρίτη ονομάζεται επίσης υδρόλυμα. Στο αραιό διάλυμα, τα μακρομόρια πολυσακχαρίτη έχουν τη μορφή σπειρών διαχωρισμένων μεταξύ τους. Όταν η συγκέντρωση αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή, τα μακρομοριακά πηνία αλληλοδιεισδύουν και αλληλοεπικαλύπτονται. Η τιμή ονομάζεται κρίσιμη συγκέντρωση [311]. Κάτω από την κρίσιμη συγκέντρωση, το ιξώδες του διαλύματος είναι σχετικά χαμηλό και δεν επηρεάζεται από τον ρυθμό διάτμησης, δείχνοντας τη συμπεριφορά του Νευτώνειου ρευστού. όταν επιτευχθεί η κρίσιμη συγκέντρωση, τα μακρομόρια που αρχικά κινούνται μεμονωμένα αρχίζουν να εμπλέκονται μεταξύ τους και το ιξώδες του διαλύματος αυξάνεται σημαντικά. αύξηση [312]; ενώ όταν η συγκέντρωση υπερβαίνει την κρίσιμη συγκέντρωση, παρατηρείται λέπτυνση διάτμησης και το διάλυμα εμφανίζει συμπεριφορά μη νευτώνειας ρευστού [245].

Ορισμένα υδρολύματα μπορούν να σχηματίσουν πηκτές υπό ορισμένες συνθήκες και οι ιξωδοελαστικές τους ιδιότητες συνήθως χαρακτηρίζονται από το μέτρο αποθήκευσης G', το μέτρο απώλειας G» και την εξάρτησή τους από τη συχνότητα. Ο συντελεστής αποθήκευσης αντιστοιχεί στην ελαστικότητα του συστήματος, ενώ ο συντελεστής απώλειας αντιστοιχεί στο ιξώδες του συστήματος [311]. Σε αραιά διαλύματα, δεν υπάρχει εμπλοκή μεταξύ των μορίων, επομένως σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, το G′ είναι πολύ μικρότερο από το G″ και έδειξε ισχυρή εξάρτηση από τη συχνότητα. Εφόσον τα G′ και G″ είναι ανάλογα με τη συχνότητα ω και το τετραγωνικό της, αντίστοιχα, όταν η συχνότητα είναι μεγαλύτερη, G′ > G″. Όταν η συγκέντρωση είναι υψηλότερη από την κρίσιμη συγκέντρωση, τα G′ και G″ εξακολουθούν να έχουν εξάρτηση από τη συχνότητα. Όταν η συχνότητα είναι χαμηλότερη, G′ < G″, και η συχνότητα αυξάνεται σταδιακά, τα δύο θα διασταυρωθούν και θα αντιστραφούν σε G′ > στην περιοχή υψηλής συχνότητας G”.

Το κρίσιμο σημείο στο οποίο ένα φυσικό υδρόλυμα πολυσακχαρίτη μετατρέπεται σε γέλη ονομάζεται σημείο γέλης. Υπάρχουν πολλοί ορισμοί του σημείου γέλης και ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος είναι ο ορισμός της δυναμικής ιξωδοελαστικότητας στη ρεολογία. Όταν ο συντελεστής αποθήκευσης G′ του συστήματος είναι ίσος με τον συντελεστή απώλειας G″, είναι το σημείο γέλης και G′ > G″ Σχηματισμός γέλης [312, 313].

Μερικά μόρια φυσικών πολυσακχαριτών σχηματίζουν ασθενείς συσχετισμούς, και η δομή του γέλης καταστρέφεται εύκολα και το G' είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το G», δείχνοντας εξάρτηση χαμηλότερης συχνότητας. ενώ ορισμένα φυσικά μόρια πολυσακχαρίτη μπορούν να σχηματίσουν σταθερές περιοχές διασύνδεσης, οι οποίες Η δομή της γέλης είναι ισχυρότερη, το G′ είναι πολύ μεγαλύτερο από το G″ και δεν έχει εξάρτηση από τη συχνότητα [311].

1.4.2 Ρεολογική συμπεριφορά συμπλοκών πολυμερών

Για ένα πλήρως συμβατό σύστημα πολυμερών ενώσεων, η ένωση είναι ένα ομοιογενές σύστημα και η ιξωδοελαστικότητά της είναι γενικά το άθροισμα των ιδιοτήτων ενός μεμονωμένου πολυμερούς και η ιξωδοελαστικότητά του μπορεί να περιγραφεί με απλούς εμπειρικούς κανόνες [314]. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι το ομοιογενές σύστημα δεν ευνοεί τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του. Αντίθετα, ορισμένα πολύπλοκα συστήματα με δομές διαχωρισμένες φάσεις έχουν εξαιρετική απόδοση [315].

Η συμβατότητα ενός μερικώς συμβατού συστήματος ένωσης θα επηρεαστεί από παράγοντες όπως η αναλογία ένωσης του συστήματος, ο ρυθμός διάτμησης, η θερμοκρασία και η δομή του εξαρτήματος, που δείχνουν συμβατότητα ή διαχωρισμό φάσεων και η μετάβαση από τη συμβατότητα στον διαχωρισμό φάσης είναι αναπόφευκτη. οδηγώντας σε σημαντικές αλλαγές στην ιξωδοελαστικότητα του συστήματος [316, 317]. Τα τελευταία χρόνια, έχουν γίνει πολυάριθμες μελέτες σχετικά με την ιξωδοελαστική συμπεριφορά μερικώς συμβατών πολυμερών πολυμερών συστημάτων. Η έρευνα δείχνει ότι η ρεολογική συμπεριφορά του σύνθετου συστήματος στη ζώνη συμβατότητας παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά του ομοιογενούς συστήματος. Στη ζώνη διαχωρισμού φάσεων, η ρεολογική συμπεριφορά είναι εντελώς διαφορετική από την ομοιογενή ζώνη και εξαιρετικά πολύπλοκη.

Η κατανόηση των ρεολογικών ιδιοτήτων του συστήματος σύνθεσης υπό διαφορετικές συγκεντρώσεις, αναλογίες σύνθεσης, ρυθμούς διάτμησης, θερμοκρασίες κ.λπ. έχει μεγάλη σημασία για τη σωστή επιλογή της τεχνολογίας επεξεργασίας, τον ορθολογικό σχεδιασμό των τύπων, τον αυστηρό έλεγχο της ποιότητας του προϊόντος και την κατάλληλη μείωση της παραγωγής. κατανάλωση ενέργειας. [309]. Για παράδειγμα, για ευαίσθητα στη θερμοκρασία υλικά, το ιξώδες του υλικού μπορεί να αλλάξει ρυθμίζοντας τη θερμοκρασία. Και βελτιώστε την απόδοση επεξεργασίας. κατανοήστε τη ζώνη αραίωσης διάτμησης του υλικού, επιλέξτε τον κατάλληλο ρυθμό διάτμησης για να ελέγξετε την απόδοση επεξεργασίας του υλικού και να βελτιώσετε την απόδοση παραγωγής.

1.4.3 Παράγοντες που επηρεάζουν τις ρεολογικές ιδιότητες της ένωσης

1.4.3.1 Σύνθεση

Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες και η εσωτερική δομή του συστήματος ένωσης είναι μια ολοκληρωμένη αντανάκλαση των συνδυασμένων συνεισφορών των ιδιοτήτων κάθε συστατικού και της αλληλεπίδρασης μεταξύ των συστατικών. Επομένως, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες κάθε συστατικού έχουν καθοριστικό ρόλο στο σύστημα των ενώσεων. Ο βαθμός συμβατότητας μεταξύ διαφορετικών πολυμερών ποικίλλει ευρέως, μερικά είναι πολύ συμβατά και μερικά είναι σχεδόν εντελώς ασύμβατα.

1.4.3.2 Η αναλογία του σύνθετου συστήματος

Η ιξωδοελαστικότητα και οι μηχανικές ιδιότητες του συστήματος πολυμερούς ένωσης θα αλλάξουν σημαντικά με την αλλαγή της αναλογίας της ένωσης. Αυτό συμβαίνει επειδή η αναλογία ένωσης καθορίζει τη συμβολή κάθε συστατικού στο σύστημα ένωσης και επίσης επηρεάζει κάθε συστατικό. αλληλεπίδραση και κατανομή φάσεων. Xie Yajie et al. μελέτησε χιτοζάνη/υδροξυπροπυλοκυτταρίνη και διαπίστωσε ότι το ιξώδες της ένωσης αυξήθηκε σημαντικά με την αύξηση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπυλοκυτταρίνη [318]. Οι Zhang Yayuan et al. μελέτησε το σύμπλοκο κόμμεος ξανθάνης και αμύλου αραβοσίτου και διαπίστωσε ότι όταν η αναλογία του κόμμεος ξανθάνης ήταν 10%, ο συντελεστής συνοχής, η τάση απόδοσης και ο δείκτης υγρού του σύνθετου συστήματος αυξήθηκαν σημαντικά. Προφανώς [319].

1.4.3.3 Ρυθμός διάτμησης

Τα περισσότερα πολυμερή υγρά είναι ψευδοπλαστικά ρευστά, τα οποία δεν συμμορφώνονται με το νόμο της ροής του Νεύτωνα. Το κύριο χαρακτηριστικό είναι ότι το ιξώδες είναι βασικά αμετάβλητο σε χαμηλή διάτμηση και το ιξώδες μειώνεται απότομα με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης [308, 320]. Η καμπύλη ροής του πολυμερούς υγρού μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τρεις περιοχές: περιοχή Νευτώνειας χαμηλής διάτμησης, περιοχή αραίωσης διάτμησης και περιοχή σταθερότητας υψηλής διάτμησης. Όταν ο ρυθμός διάτμησης τείνει στο μηδέν, η τάση και η παραμόρφωση γίνονται γραμμικές και η συμπεριφορά ροής του υγρού είναι παρόμοια με αυτή ενός Νευτώνειου ρευστού. Αυτή τη στιγμή, το ιξώδες τείνει σε μια ορισμένη τιμή, η οποία ονομάζεται ιξώδες μηδενικής διάτμησης η0. Το η0 αντικατοπτρίζει τον μέγιστο χρόνο χαλάρωσης του υλικού και είναι μια σημαντική παράμετρος των πολυμερών υλικών, η οποία σχετίζεται με το μέσο μοριακό βάρος του πολυμερούς και την ενέργεια ενεργοποίησης της ιξώδους ροής. Στη ζώνη αραίωσης διάτμησης, το ιξώδες μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης και εμφανίζεται το φαινόμενο της «αραίωσης διάτμησης». Αυτή η ζώνη είναι μια τυπική ζώνη ροής στην επεξεργασία πολυμερών υλικών. Στην περιοχή υψηλής σταθερότητας διάτμησης, καθώς ο ρυθμός διάτμησης συνεχίζει να αυξάνεται, το ιξώδες τείνει σε μια άλλη σταθερά, το άπειρο ιξώδες διάτμησης η∞, αλλά αυτή η περιοχή είναι συνήθως δύσκολο να επιτευχθεί.

1.4.3.4 Θερμοκρασία

Η θερμοκρασία επηρεάζει άμεσα την ένταση της τυχαίας θερμικής κίνησης των μορίων, η οποία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις όπως η διάχυση, ο προσανατολισμός της μοριακής αλυσίδας και η εμπλοκή. Γενικά, κατά τη ροή των πολυμερών υλικών, η κίνηση των μοριακών αλυσίδων πραγματοποιείται σε τμήματα. καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, ο ελεύθερος όγκος αυξάνεται και η αντίσταση ροής των τμημάτων μειώνεται, άρα το ιξώδες μειώνεται. Ωστόσο, για ορισμένα πολυμερή, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, εμφανίζεται υδρόφοβος συσχετισμός μεταξύ των αλυσίδων, επομένως το ιξώδες αυξάνεται.

Διάφορα πολυμερή έχουν διαφορετικούς βαθμούς ευαισθησίας στη θερμοκρασία και το ίδιο πολυμερές υψηλής ευαισθησίας έχει διαφορετικά αποτελέσματα στην απόδοση του μηχανισμού του σε διαφορετικά εύρη θερμοκρασιών.

1.5 Ερευνητική σημασία, ερευνητικός σκοπός και ερευνητικό περιεχόμενο αυτού του θέματος

1.5.1 Ερευνητική σημασία

Αν και το HPMC είναι ένα ασφαλές και βρώσιμο υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των τροφίμων και των φαρμάκων, έχει καλές ιδιότητες σχηματισμού φιλμ, διασποράς, πάχυνσης και σταθεροποίησης. Το φιλμ HPMC έχει επίσης καλή διαφάνεια, ιδιότητες φραγμού λαδιού και μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, η υψηλή τιμή του (περίπου 100.000/τόνο) περιορίζει την ευρεία εφαρμογή του, ακόμη και σε φαρμακευτικές εφαρμογές υψηλότερης αξίας όπως οι κάψουλες. Επιπλέον, το HPMC είναι ένα θερμικά επαγόμενο πήκτωμα, το οποίο υπάρχει σε κατάσταση διαλύματος με χαμηλό ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία και μπορεί να σχηματίσει ένα παχύρρευστο στερεό πήκτωμα σε υψηλή θερμοκρασία, επομένως διεργασίες επεξεργασίας όπως επικάλυψη, ψεκασμός και εμβάπτιση πρέπει να πραγματοποιείται σε υψηλή θερμοκρασία, με αποτέλεσμα υψηλή κατανάλωση ενέργειας παραγωγής και υψηλό κόστος παραγωγής. Ιδιότητες όπως το χαμηλότερο ιξώδες και η αντοχή γέλης του HPMC σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν τη δυνατότητα επεξεργασίας του HPMC σε πολλές εφαρμογές.

Αντίθετα, το HPS είναι ένα φτηνό (περίπου 20.000/τόνο) βρώσιμο υλικό που χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στον τομέα των τροφίμων και των φαρμάκων. Ο λόγος για τον οποίο το HPMC είναι τόσο ακριβό είναι ότι η πρώτη ύλη κυτταρίνη που χρησιμοποιείται για την παρασκευή του HPMC είναι πιο ακριβή από την πρώτη ύλη άμυλο που χρησιμοποιείται για την παρασκευή του HPS. Επιπλέον, το HPMC εμβολιάζεται με δύο υποκαταστάτες, το υδροξυπροπύλιο και το μεθοξυ. Ως αποτέλεσμα, η διαδικασία προετοιμασίας είναι πολύ περίπλοκη, επομένως η τιμή του HPMC είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του HPS. Αυτό το έργο ελπίζει να αντικαταστήσει μερικά από τα ακριβά HPMC με HPS χαμηλής τιμής και να μειώσει την τιμή του προϊόντος με βάση τη διατήρηση παρόμοιων λειτουργιών.

Επιπλέον, το HPS είναι ένα ψυχρό πήκτωμα, το οποίο υπάρχει σε κατάσταση ιξωδοελαστικής γέλης σε χαμηλή θερμοκρασία και σχηματίζει ένα ρέον διάλυμα σε υψηλή θερμοκρασία. Επομένως, η προσθήκη HPS στο HPMC μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία γέλης του HPMC και να αυξήσει το ιξώδες του σε χαμηλή θερμοκρασία. και αντοχή γέλης, βελτιώνοντας την ικανότητα επεξεργασίας του σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, το βρώσιμο φιλμ HPS έχει καλές ιδιότητες φραγμού οξυγόνου, επομένως η προσθήκη HPS στο HPMC μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου του βρώσιμου φιλμ.

Συνοπτικά, ο συνδυασμός HPMC και HPS: Πρώτον, έχει σημαντική θεωρητική σημασία. Το HPMC είναι ένα ζεστό τζελ και το HPS είναι ένα κρύο τζελ. Με τη σύνθεση των δύο, υπάρχει θεωρητικά ένα σημείο μετάβασης μεταξύ ζεστών και κρύων πηκτωμάτων. Η καθιέρωση του συστήματος ενώσεων κρύας και ζεστής γέλης HPMC/HPS και η έρευνα του μηχανισμού του μπορούν να προσφέρουν έναν νέο τρόπο για την έρευνα αυτού του είδους συστήματος σύνθετων πηκτωμάτων αντίστροφης φάσης ψυχρής και θερμής, καθιερωμένη θεωρητική καθοδήγηση. Δεύτερον, μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής και να βελτιώσει τα κέρδη των προϊόντων. Μέσω του συνδυασμού HPS και HPMC, το κόστος παραγωγής μπορεί να μειωθεί όσον αφορά τις πρώτες ύλες και την κατανάλωση ενέργειας παραγωγής και το κέρδος του προϊόντος μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά. Τρίτον, μπορεί να βελτιώσει την απόδοση επεξεργασίας και να επεκτείνει την εφαρμογή. Η προσθήκη HPS μπορεί να αυξήσει τη συγκέντρωση και την αντοχή της γέλης του HPMC σε χαμηλή θερμοκρασία και να βελτιώσει την απόδοση επεξεργασίας του σε χαμηλή θερμοκρασία. Επιπλέον, η απόδοση του προϊόντος μπορεί να βελτιωθεί. Με την προσθήκη HPS για την παρασκευή του βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS, οι ιδιότητες φραγμού οξυγόνου του βρώσιμου φιλμ μπορούν να βελτιωθούν.

Η συμβατότητα του συστήματος πολυμερούς ένωσης μπορεί να καθορίσει άμεσα τη μικροσκοπική μορφολογία και τις περιεκτικές ιδιότητες της ένωσης, ιδιαίτερα τις μηχανικές ιδιότητες. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να μελετηθεί η συμβατότητα του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Τόσο το HPMC όσο και το HPS είναι υδρόφιλοι πολυσακχαρίτες με την ίδια δομική μονάδα-γλυκόζη και τροποποιημένοι από την ίδια λειτουργική ομάδα υδροξυπροπύλιο, το οποίο βελτιώνει σημαντικά τη συμβατότητα του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Ωστόσο, το HPMC είναι ένα κρύο πήκτωμα και το HPS είναι ένα ζεστό πήκτωμα, και η αντίστροφη συμπεριφορά γέλης των δύο οδηγεί στο φαινόμενο διαχωρισμού φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Συνοπτικά, η μορφολογία φάσης και η μετάβαση φάσης του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS ψυχρής-θερμής γέλης είναι αρκετά περίπλοκες, επομένως η συμβατότητα και ο διαχωρισμός φάσης αυτού του συστήματος θα είναι πολύ ενδιαφέρον.

Η μορφολογική δομή και η ρεολογική συμπεριφορά των πολυμερών συστημάτων είναι αλληλένδετες. Από τη μία πλευρά, η ρεολογική συμπεριφορά κατά την επεξεργασία θα έχει μεγάλο αντίκτυπο στη μορφολογική δομή του συστήματος. Από την άλλη πλευρά, η ρεολογική συμπεριφορά του συστήματος μπορεί να αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τις αλλαγές στη μορφολογική δομή του συστήματος. Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να μελετηθούν οι ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος ενώσεων HPMC/HPS για την καθοδήγηση της παραγωγής, της επεξεργασίας και του ποιοτικού ελέγχου.

Οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως η μορφολογική δομή, η συμβατότητα και η ρεολογία του συστήματος ενώσεων κρύας και θερμής γέλης HPMC/HPS είναι δυναμικές και επηρεάζονται από μια σειρά παραγόντων όπως η συγκέντρωση διαλύματος, η αναλογία σύνθεσης, ο ρυθμός διάτμησης και η θερμοκρασία. Η σχέση μεταξύ της μικροσκοπικής μορφολογικής δομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος μπορεί να ρυθμιστεί ελέγχοντας τη μορφολογική δομή και τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

1.5.2 Ερευνητικός σκοπός

Κατασκευάστηκε το σύστημα γέλης αντίστροφης φάσης HPMC/HPS, μελετήθηκαν οι ρεολογικές του ιδιότητες και διερευνήθηκαν οι επιδράσεις της φυσικής και χημικής δομής των συστατικών, η αναλογία σύνθεσης και οι συνθήκες επεξεργασίας στις ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος. Παρασκευάστηκε το βρώσιμο σύνθετο φιλμ HPMC/HPS και μελετήθηκαν οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι μηχανικές ιδιότητες, η διαπερατότητα του αέρα και οι οπτικές ιδιότητες του φιλμ, και διερευνήθηκαν οι παράγοντες και οι νόμοι που επηρεάζουν. Μελετήστε συστηματικά τη μετάβαση φάσης, τη συμβατότητα και τον διαχωρισμό φάσης του συμπλόκου συστήματος γέλης ανάστροφης φάσης HPMC/HPS ψυχρής και θερμής, εξερευνήστε τους παράγοντες και μηχανισμούς που επηρεάζουν και καθορίστε τη σχέση μεταξύ της μικροσκοπικής μορφολογικής δομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων. Η μορφολογική δομή και η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών.

1.5.3 Περιεχόμενο έρευνας

Προκειμένου να επιτευχθεί ο αναμενόμενος ερευνητικός σκοπός, η παρούσα εργασία θα πραγματοποιήσει την ακόλουθη έρευνα:

(1) Κατασκευάστε το σύστημα ένωσης γέλης αντίστροφης φάσης HPMC/HPS και χρησιμοποιήστε ένα ρεόμετρο για να μελετήσετε τις ρεολογικές ιδιότητες του διαλύματος ένωσης, ειδικά τις επιδράσεις της συγκέντρωσης, του λόγου σύνθεσης και του ρυθμού διάτμησης στο ιξώδες και τον δείκτη ροής του το σύνθετο σύστημα. Η επίδραση και ο νόμος των ρεολογικών ιδιοτήτων όπως η θιξοτροπία και η θιξοτροπία διερευνήθηκαν και διερευνήθηκε προκαταρκτικά ο μηχανισμός σχηματισμού ψυχρού και θερμού σύνθετου πηκτώματος.

(2) Παρασκευάστηκε βρώσιμο σύνθετο φιλμ HPMC/HPS και χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για τη μελέτη της επίδρασης των εγγενών ιδιοτήτων κάθε συστατικού και της αναλογίας σύνθεσης στη μικροσκοπική μορφολογία του σύνθετου φιλμ. Ο ελεγκτής μηχανικών ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη των εγγενών ιδιοτήτων κάθε συστατικού, τη σύνθεση του σύνθετου φιλμ Η επίδραση της αναλογίας και της σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος στις μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου φιλμ. η χρήση του ελεγκτή ρυθμού μετάδοσης οξυγόνου και του φασματοφωτόμετρου UV-Vis για τη μελέτη των επιδράσεων των εγγενών ιδιοτήτων των συστατικών και της αναλογίας ένωσης στις ιδιότητες μετάδοσης οξυγόνου και φωτός του σύνθετου φιλμ Η συμβατότητα και ο διαχωρισμός φάσης του HPMC/HPS ψυχρού Το θερμό αντίστροφο σύνθετο σύστημα γέλης μελετήθηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, θερμοβαρυμετρική ανάλυση και δυναμική θερμομηχανική ανάλυση.

(3) Διαπιστώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροσκοπικής μορφολογίας και των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος αντίστροφης γέλης HPMC/HPS ψυχρής-θερμής. Παρασκευάστηκε το βρώσιμο σύνθετο φιλμ HPMC/HPS και η επίδραση της συγκέντρωσης της ένωσης και της αναλογίας της ένωσης στην κατανομή φάσης και τη μετάβαση φάσης του δείγματος μελετήθηκε με οπτικό μικροσκόπιο και μέθοδο βαφής ιωδίου. Καθιερώθηκε ο κανόνας επιρροής της συγκέντρωσης της ένωσης και της αναλογίας ένωσης στις μηχανικές ιδιότητες και στις ιδιότητες μετάδοσης φωτός των δειγμάτων. Διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος αντίστροφης γέλης HPMC/HPS ψυχρής-θερμής.

(4) Επιδράσεις του βαθμού υποκατάστασης HPS στις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης του σύνθετου συστήματος γέλης ανάστροφης φάσης ψυχρής-θερμής HPMC/HPS. Οι επιδράσεις του βαθμού υποκατάστασης HPS, του ρυθμού διάτμησης και της θερμοκρασίας στο ιξώδες και άλλες ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης, καθώς και το σημείο μετάβασης της γέλης, η εξάρτηση από το μέτρο συχνότητας και άλλες ιδιότητες γέλης και οι νόμοι τους μελετήθηκαν με χρήση ροόμετρου. Η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία κατανομή φάσης και η μετάβαση φάσης των δειγμάτων μελετήθηκαν με χρώση ιωδίου και περιγράφηκε ο μηχανισμός ζελατινοποίησης του συμπλέγματος γέλης ανάστροφης φάσης κρύου-θερμού HPMC/HPS.

(5) Επιδράσεις της τροποποίησης της χημικής δομής του HPS στις μακροσκοπικές ιδιότητες και τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος γέλης ανάστροφης φάσης HPMC/HPS ψυχρής-θερμής. Παρασκευάστηκε το βρώσιμο σύνθετο φιλμ HPMC/HPS και η επίδραση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στην κρυσταλλική δομή και τη δομή μικροπεριοχών του σύνθετου φιλμ μελετήθηκε με τεχνολογία σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας ακτινοβολίας σύγχροτρον. Ο νόμος επιρροής του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στις μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης μελετήθηκε με μηχανικό ελεγκτή ιδιοτήτων. Ο νόμος επιρροής του βαθμού υποκατάστασης HPS στη διαπερατότητα οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης μελετήθηκε από τον ελεγκτή διαπερατότητας οξυγόνου. the HPS hydroxypropyl Επίδραση του βαθμού υποκατάστασης ομάδας στη θερμική σταθερότητα των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS.

Κεφάλαιο 2 Ρεολογική μελέτη συστήματος ενώσεων HPMC/HPS

Τα βρώσιμα φιλμ με βάση τα φυσικά πολυμερή μπορούν να παρασκευαστούν με μια σχετικά απλή υγρή μέθοδο [321]. Πρώτον, το πολυμερές διαλύεται ή διασπείρεται στην υγρή φάση για να παρασκευαστεί ένα βρώσιμο υγρό ή εναιώρημα που σχηματίζει φιλμ και στη συνέχεια συμπυκνώνεται αφαιρώντας τον διαλύτη. Εδώ, η λειτουργία συνήθως εκτελείται με στέγνωμα σε ελαφρώς υψηλότερη θερμοκρασία. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή προσυσκευασμένων βρώσιμων μεμβρανών ή για την απευθείας επίστρωση του προϊόντος με διάλυμα που σχηματίζει φιλμ με εμβάπτιση, βούρτσισμα ή ψεκασμό. Ο σχεδιασμός της επεξεργασίας βρώσιμων φιλμ απαιτεί την απόκτηση ακριβών ρεολογικών δεδομένων του υγρού που σχηματίζει φιλμ, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τον ποιοτικό έλεγχο των προϊόντων βρώσιμων μεμβρανών συσκευασίας και επικαλύψεων [322].

Το HPMC είναι ένα θερμικό συγκολλητικό, το οποίο σχηματίζει γέλη σε υψηλή θερμοκρασία και βρίσκεται σε κατάσταση διαλύματος σε χαμηλή θερμοκρασία. Αυτή η ιδιότητα θερμικής γέλης καθιστά το ιξώδες του σε χαμηλή θερμοκρασία πολύ χαμηλό, το οποίο δεν ευνοεί τις συγκεκριμένες διαδικασίες παραγωγής όπως η εμβάπτιση, το βούρτσισμα και η εμβάπτιση. λειτουργία, με αποτέλεσμα κακή δυνατότητα επεξεργασίας σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αντίθετα, το HPS είναι μια ψυχρή γέλη, μια παχύρρευστη κατάσταση γέλης σε χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή θερμοκρασία. Κατάσταση διαλύματος χαμηλού ιξώδους. Επομένως, μέσω του συνδυασμού των δύο, οι ρεολογικές ιδιότητες του HPMC όπως το ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία μπορούν να εξισορροπηθούν σε κάποιο βαθμό.

Αυτό το κεφάλαιο εστιάζει στις επιδράσεις της συγκέντρωσης διαλύματος, της αναλογίας σύνθεσης και της θερμοκρασίας στις ρεολογικές ιδιότητες όπως το ιξώδες μηδενικής διάτμησης, ο δείκτης ροής και η θιξοτροπία του συστήματος ένωσης αντίστροφης γέλης ψυχρής-θερμής HPMC/HPS. Ο κανόνας προσθήκης χρησιμοποιείται για να συζητηθεί προκαταρκτικά η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

2.2 Πειραματική μέθοδος

2.2.1 Παρασκευή διαλύματος ένωσης HPMC/HPS

Πρώτα ζυγίστε HPMC και HPS ξηρή σκόνη και αναμίξτε σύμφωνα με συγκέντρωση 15% (w/w) και διαφορετικές αναλογίες 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10. στη συνέχεια προσθέστε 70 °C σε νερό C, αναδεύστε ταχέως για 30 λεπτά με 120 rpm/min για να διασκορπιστεί πλήρως το HPMC. στη συνέχεια θερμάνετε το διάλυμα σε θερμοκρασία άνω των 95 °C, αναδεύστε ταχέως για 1 ώρα με την ίδια ταχύτητα για να ζελατινοποιηθεί πλήρως το HPS. ολοκληρώνεται η ζελατινοποίηση Μετά από αυτό, η θερμοκρασία του διαλύματος μειώθηκε ταχέως στους 70°C και το HPMC διαλύθηκε πλήρως με ανάδευση σε χαμηλή ταχύτητα 80 rpm/min για 40 λεπτά. (Όλα w/w σε αυτό το άρθρο είναι: ξηρή βασική μάζα δείγματος/συνολική μάζα διαλύματος).

2.2.2 Ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης HPMC/HPS

2.2.2.1 Αρχή της ρεολογικής ανάλυσης

Το περιστροφικό ροόμετρο είναι εξοπλισμένο με ένα ζεύγος παραλλήλων σφιγκτήρων άνω και κάτω και η απλή διατμητική ροή μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω της σχετικής κίνησης μεταξύ των σφιγκτήρων. Το ροόμετρο μπορεί να δοκιμαστεί σε λειτουργία βήματος, λειτουργία ροής και λειτουργία ταλάντωσης: στη λειτουργία βήματος, το ροόμετρο μπορεί να ασκήσει παροδική τάση στο δείγμα, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για τη δοκιμή της μεταβατικής χαρακτηριστικής απόκρισης και του χρόνου σταθερής κατάστασης του δείγματος. Αξιολόγηση και ιξωδοελαστική απόκριση όπως χαλάρωση στρες, ερπυσμός και αποκατάσταση. στη λειτουργία ροής, το ροόμετρο μπορεί να ασκήσει γραμμική τάση στο δείγμα, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για να ελέγξει την εξάρτηση του ιξώδους του δείγματος από την ταχύτητα διάτμησης και την εξάρτηση του ιξώδους από τη θερμοκρασία και τη θιξοτροπία. σε λειτουργία ταλάντωσης, το ροόμετρο μπορεί να δημιουργήσει ημιτονοειδή εναλλασσόμενη ταλάντωση, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό της γραμμικής ιξωδοελαστικής περιοχής, την αξιολόγηση της θερμικής σταθερότητας και τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης του δείγματος.

2.2.2.2 Μέθοδος δοκιμής λειτουργίας ροής

Χρησιμοποιήθηκε ένα εξάρτημα παράλληλης πλάκας με διάμετρο 40 mm και η απόσταση των πλακών ορίστηκε στα 0,5 mm.

1. Το ιξώδες αλλάζει με το χρόνο. Η θερμοκρασία δοκιμής ήταν 25 °C, ο ρυθμός διάτμησης ήταν 800 s-1 και ο χρόνος δοκιμής ήταν 2500 s.

2. Το ιξώδες ποικίλλει ανάλογα με το ρυθμό διάτμησης. Θερμοκρασία δοκιμής 25 °C, ταχύτητα προδιάτμησης 800 s-1, χρόνος προδιάτμησης 1000 s; ταχύτητα διάτμησης 10²-10³s.

Η διατμητική τάση (τ ) και ο ρυθμός διάτμησης (γ) ακολουθούν τον νόμο ισχύος Ostwald-de Waele:

̇τ=K.γ n (2-1)

όπου τ είναι η διατμητική τάση, Pa;

γ είναι ο ρυθμός διάτμησης, s-1;

n είναι ο δείκτης ρευστότητας.

K είναι ο συντελεστής ιξώδους, Pa·sn.

Η σχέση μεταξύ του ιξώδους (ŋ) του διαλύματος πολυμερούς και ο ρυθμός διάτμησης (γ) μπορούν να προσαρμοστούν από τον συντελεστή carren:

Ανάμεσά τους,ŋ0ιξώδες διάτμησης, Pa s;

ŋ∞είναι το άπειρο ιξώδες διάτμησης, Pa s;

λ είναι ο χρόνος χαλάρωσης, s;

n είναι ο δείκτης αραίωσης διάτμησης.

3. Μέθοδος δοκιμής θιξοτροπίας τριών σταδίων. Η θερμοκρασία δοκιμής είναι 25 °C, α. Το στατικό στάδιο, ο ρυθμός διάτμησης είναι 1 s-1 και ο χρόνος δοκιμής είναι 50 s. σι. Το στάδιο διάτμησης, ο ρυθμός διάτμησης είναι 1000 s-1 και ο χρόνος δοκιμής είναι 20 s. ντο. Η διαδικασία ανάκτησης της δομής, ο ρυθμός διάτμησης είναι 1 s-1 και ο χρόνος δοκιμής είναι 250 s.

Στη διαδικασία ανάκτησης δομής, ο βαθμός ανάκτησης της δομής μετά από διαφορετικό χρόνο ανάκτησης εκφράζεται από το ρυθμό ανάκτησης του ιξώδους:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

Ανάμεσά τους,ŋt είναι το ιξώδες στο δομικό χρόνο ανάκτησης ts, Pa s.

hŋείναι το ιξώδες στο τέλος του πρώτου σταδίου, Pa s.

2.3 Αποτελέσματα και συζήτηση

2.3.1 Η επίδραση του χρόνου διάτμησης στις ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος

Σε σταθερό ρυθμό διάτμησης, το φαινομενικό ιξώδες μπορεί να παρουσιάζει διαφορετικές τάσεις με την αύξηση του χρόνου διάτμησης. Το Σχήμα 2-1 δείχνει μια τυπική καμπύλη ιξώδους συναρτήσει του χρόνου σε ένα σύστημα ένωσης HPMC/HPS. Από το σχήμα φαίνεται ότι με την επέκταση του χρόνου διάτμησης, το φαινομενικό ιξώδες μειώνεται συνεχώς. Όταν ο χρόνος διάτμησης φτάσει περίπου τα 500 δευτερόλεπτα, το ιξώδες φθάνει σε μια σταθερή κατάσταση, η οποία δείχνει ότι το ιξώδες του σύνθετου συστήματος υπό διάτμηση υψηλής ταχύτητας έχει μια ορισμένη τιμή. Η χρονική εξάρτηση, δηλαδή, της θιξοτροπίας εμφανίζεται μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό εύρος.

Επομένως, κατά τη μελέτη του νόμου μεταβολής του ιξώδους του σύνθετου συστήματος με τον ρυθμό διάτμησης, πριν από τη δοκιμή διάτμησης πραγματικής σταθερής κατάστασης, απαιτείται μια ορισμένη περίοδος προδιάτμησης υψηλής ταχύτητας για να εξαλειφθεί η επίδραση της θιξοτροπίας στο σύνθετο σύστημα . Έτσι, προκύπτει ο νόμος της μεταβολής του ιξώδους με ρυθμό διάτμησης ως μοναδικό παράγοντα. Σε αυτό το πείραμα, το ιξώδες όλων των δειγμάτων έφτασε σε μια σταθερή κατάσταση πριν από 1000 δευτερόλεπτα με υψηλό ρυθμό διάτμησης 800 1/s με το χρόνο, το οποίο δεν απεικονίζεται εδώ. Επομένως, στον μελλοντικό πειραματικό σχεδιασμό, υιοθετήθηκε η προδιάτμηση για 1000 s με υψηλό ρυθμό διάτμησης 800 1/s για να εξαλειφθεί η επίδραση της θιξοτροπίας όλων των δειγμάτων.

2.3.2 Η επίδραση της συγκέντρωσης στις ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος

Γενικά, το ιξώδες των διαλυμάτων πολυμερούς αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος. Το Σχήμα 2-2 δείχνει την επίδραση της συγκέντρωσης στην εξάρτηση του ρυθμού διάτμησης του ιξώδους των σκευασμάτων HPMC/HPS. Από το σχήμα, μπορούμε να δούμε ότι με τον ίδιο ρυθμό διάτμησης, το ιξώδες του σύνθετου συστήματος αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος. Το ιξώδες των διαλυμάτων ενώσεων HPMC/HPS με διαφορετικές συγκεντρώσεις μειώθηκε σταδιακά με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, παρουσιάζοντας εμφανές φαινόμενο αραίωσης διάτμησης, το οποίο έδειξε ότι τα διαλύματα ένωσης με διαφορετικές συγκεντρώσεις ανήκαν σε ψευδοπλαστικά ρευστά. Ωστόσο, η εξάρτηση από το ρυθμό διάτμησης του ιξώδους έδειξε διαφορετική τάση με την αλλαγή της συγκέντρωσης του διαλύματος. Όταν η συγκέντρωση του διαλύματος είναι χαμηλή, το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης του σύνθετου διαλύματος είναι μικρό. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης του σύνθετου διαλύματος είναι πιο εμφανές.

2.3.2.1 Επίδραση της συγκέντρωσης στο μηδενικό ιξώδες διάτμησης του συστήματος ένωσης

Οι καμπύλες ρυθμού ιξώδους-διάτμησης του συστήματος ένωσης σε διαφορετικές συγκεντρώσεις προσαρμόστηκαν με το μοντέλο Carren, και το ιξώδες μηδενικής διάτμησης του διαλύματος ένωσης προεκτέθηκε (0,9960 <R2<0,9997). Η επίδραση της συγκέντρωσης στο ιξώδες του διαλύματος της ένωσης μπορεί να μελετηθεί περαιτέρω μελετώντας τη σχέση μεταξύ μηδενικού ιξώδους διάτμησης και συγκέντρωσης. Από το σχήμα 2-3, μπορεί να φανεί ότι η σχέση μεταξύ του ιξώδους μηδενικής διάτμησης και της συγκέντρωσης του σύνθετου διαλύματος ακολουθεί έναν νόμο ισχύος:

όπου k και m είναι σταθερές.

Στη διπλή λογαριθμική συντεταγμένη, ανάλογα με το μέγεθος της κλίσης m, φαίνεται ότι η εξάρτηση από τη συγκέντρωση παρουσιάζει δύο διαφορετικές τάσεις. Σύμφωνα με τη θεωρία Dio-Edwards, σε χαμηλή συγκέντρωση, η κλίση είναι μεγαλύτερη (m = 11,9, R2 = 0,9942), η οποία ανήκει σε αραιό διάλυμα. ενώ σε υψηλή συγκέντρωση, η κλίση είναι σχετικά χαμηλή (m = 2,8, R2 = 0,9822), η οποία ανήκει σε υποσυμπυκνωμένο διάλυμα. Επομένως, η κρίσιμη συγκέντρωση C* του συστήματος ένωσης μπορεί να προσδιοριστεί ότι είναι 8% μέσω της ένωσης αυτών των δύο περιοχών. Σύμφωνα με την κοινή σχέση μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων και συγκεντρώσεων πολυμερών στο διάλυμα, προτείνεται το μοντέλο μοριακής κατάστασης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS σε διάλυμα χαμηλής θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2-3.

Το HPS είναι μια ψυχρή γέλη, είναι μια κατάσταση γέλης σε χαμηλή θερμοκρασία και είναι μια κατάσταση διαλύματος σε υψηλή θερμοκρασία. Στη θερμοκρασία δοκιμής (25 °C), το HPS είναι μια κατάσταση γέλης, όπως φαίνεται στην μπλε περιοχή δικτύου στο σχήμα. Αντίθετα, το HPMC είναι ένα ζεστό πήκτωμα, στη θερμοκρασία δοκιμής, είναι σε κατάσταση διαλύματος, όπως φαίνεται στο μόριο της κόκκινης γραμμής.

Στο αραιό διάλυμα C < C*, οι μοριακές αλυσίδες HPMC υπάρχουν κυρίως ως ανεξάρτητες δομές αλυσίδας και ο εξαιρούμενος όγκος κάνει τις αλυσίδες να διαχωρίζονται η μία από την άλλη. Επιπλέον, η φάση γέλης HPS αλληλεπιδρά με λίγα μόρια HPMC για να σχηματίσει ένα σύνολο.

Με την αυξανόμενη συγκέντρωση, η απόσταση μεταξύ των ανεξάρτητων μοριακών αλυσίδων και των περιοχών φάσης σταδιακά μειώθηκε. Όταν επιτευχθεί η κρίσιμη συγκέντρωση C*, τα μόρια HPMC που αλληλεπιδρούν με τη φάση γέλης HPS αυξάνονται σταδιακά και οι ανεξάρτητες μοριακές αλυσίδες HPMC αρχίζουν να συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας τη φάση HPS ως κέντρο γέλης και οι μοριακές αλυσίδες HPMC συμπλέκονται και συνδέονται μεταξύ τους. Η κατάσταση μικρογέλης φαίνεται στο Σχήμα 2-2β.

Με την περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης, C > C*, η απόσταση μεταξύ των φάσεων γέλης HPS μειώνεται περαιτέρω και οι μπερδεμένες αλυσίδες πολυμερούς HPMC και η περιοχή φάσης HPS γίνονται πιο πολύπλοκες και η αλληλεπίδραση είναι πιο έντονη, έτσι το διάλυμα παρουσιάζει συμπεριφορά παρόμοια με εκείνη των τήγματος πολυμερών, όπως φαίνεται στο Σχ. 2-2γ.

2.3.2.2 Επίδραση της συγκέντρωσης στη συμπεριφορά υγρού του σύνθετου συστήματος

Ο νόμος ισχύος Ostwald-de Waele (βλ. τύπο (2-1)) χρησιμοποιείται για την προσαρμογή των καμπυλών διατμητικής τάσης και ρυθμού διάτμησης (δεν εμφανίζονται στο κείμενο) του συστήματος ένωσης με διαφορετικές συγκεντρώσεις και του δείκτη ροής n και του συντελεστή ιξώδους Κ μπορεί να ληφθεί. , το αποτέλεσμα προσαρμογής είναι όπως φαίνεται στον Πίνακα 2-1.

Πίνακας 2-1 Δείκτης συμπεριφοράς ροής (n) και δείκτης σύστασης υγρού (K) του διαλύματος HPS/HPMC με διάφορες συγκεντρώσεις στους 25 °C

Ο εκθέτης ροής του νευτώνειου ρευστού είναι n = 1, ο εκθέτης ροής του ψευδοπλαστικού ρευστού είναι n < 1 και όσο πιο μακριά το n αποκλίνει από το 1, τόσο ισχυρότερη είναι η ψευδοπλαστικότητα του ρευστού και ο εκθέτης ροής του διατατικού ρευστού είναι n > 1. Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 2-1 ότι οι τιμές n των διαλυμάτων ένωσης με διαφορετικές συγκεντρώσεις είναι όλες μικρότερες από 1, υποδεικνύοντας ότι τα διαλύματα ένωσης είναι όλα ψευδοπλαστικά ρευστά. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, η τιμή n του ανασυσταμένου διαλύματος είναι κοντά στο 0, πράγμα που δείχνει ότι το διάλυμα ένωσης χαμηλής συγκέντρωσης είναι κοντά στο νευτώνειο υγρό, επειδή στο διάλυμα ένωσης χαμηλής συγκέντρωσης, οι αλυσίδες πολυμερούς υπάρχουν ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η τιμή n του συστήματος ένωσης μειώθηκε σταδιακά, γεγονός που έδειξε ότι η αύξηση της συγκέντρωσης ενίσχυσε την ψευδοπλαστική συμπεριφορά του διαλύματος της ένωσης. Αλληλεπιδράσεις όπως η εμπλοκή εμφανίστηκαν μεταξύ και με τη φάση HPS και η συμπεριφορά ροής της ήταν πιο κοντά σε αυτή των τήγματος πολυμερών.

Σε χαμηλή συγκέντρωση, ο συντελεστής ιξώδους Κ του σύνθετου συστήματος είναι μικρός (C < 8%, K < 1 Pa·sn), και με την αύξηση της συγκέντρωσης, η τιμή Κ του σύνθετου συστήματος αυξάνεται σταδιακά, υποδεικνύοντας ότι το ιξώδες του το σύστημα της ένωσης μειώθηκε, κάτι που είναι σύμφωνο με την εξάρτηση από τη συγκέντρωση του μηδενικού ιξώδους διάτμησης.

2.3.3 Επίδραση της αναλογίας σύνθεσης στις ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος σύνθεσης

Εικ. 2-4 Ιξώδες έναντι ταχύτητας διάτμησης διαλύματος HPMC/HPS με διαφορετική αναλογία ανάμειξης στους 25 °C

Πίνακας 2-2 Δείκτης συμπεριφοράς ροής (n) και δείκτης σύστασης ρευστού (K) του διαλύματος HPS/HPMC με διάφορες αναλογίες ανάμειξης στους 25 °

Τα Σχήματα 2-4 δείχνουν την επίδραση της αναλογίας σύνθεσης στην εξάρτηση του ρυθμού διάτμησης του ιξώδους του διαλύματος σύνθεσης HPMC/HPS. Από το σχήμα φαίνεται ότι το ιξώδες του σύνθετου συστήματος με χαμηλή περιεκτικότητα σε HPS (HPS < 20%) δεν αλλάζει ουσιαστικά με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, κυρίως επειδή στο σύνθετο σύστημα με χαμηλή περιεκτικότητα σε HPS, το HPMC σε κατάσταση διαλύματος σε χαμηλή θερμοκρασία είναι η συνεχής φάση? το ιξώδες του συστήματος ένωσης με υψηλή περιεκτικότητα σε HPS μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, παρουσιάζοντας εμφανές φαινόμενο λέπτυνσης διάτμησης, το οποίο δείχνει ότι το διάλυμα της ένωσης είναι ψευδοπλαστικό ρευστό. Με τον ίδιο ρυθμό διάτμησης, το ιξώδες του σύνθετου διαλύματος αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, η οποία οφείλεται κυρίως στο ότι το HPS βρίσκεται σε μια πιο παχύρρευστη κατάσταση γέλης σε χαμηλή θερμοκρασία.

Χρησιμοποιώντας τον νόμο ισχύος Ostwald-de Waele (βλ. τύπο (2-1)) για την προσαρμογή των καμπυλών ρυθμού διατμητικής τάσης-διάτμησης (δεν εμφανίζονται στο κείμενο) των σύνθετων συστημάτων με διαφορετικές αναλογίες ένωσης, τον εκθέτη ροής n και τον συντελεστή ιξώδους K, τα αποτελέσματα προσαρμογής φαίνονται στον Πίνακα 2-2. Από τον πίνακα φαίνεται ότι 0,9869 < R2 < 0,9999, το αποτέλεσμα προσαρμογής είναι καλύτερο. Ο δείκτης ροής n του σύνθετου συστήματος μειώνεται σταδιακά με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, ενώ ο συντελεστής ιξώδους K παρουσιάζει σταδιακά αυξανόμενη τάση με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, υποδεικνύοντας ότι η προσθήκη HPS καθιστά το σύνθετο διάλυμα πιο παχύρρευστο και δύσκολο στη ροή . Αυτή η τάση είναι συνεπής με τα ερευνητικά αποτελέσματα του Zhang, αλλά για την ίδια αναλογία σύνθεσης, η τιμή n του σύνθετου διαλύματος είναι υψηλότερη από το αποτέλεσμα του Zhang [305], το οποίο οφείλεται κυρίως στο ότι πραγματοποιήθηκε προδιάτμηση σε αυτό το πείραμα για την εξάλειψη της επίδρασης της θιξοτροπίας εξαλείφεται· Το αποτέλεσμα Zhang είναι το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης θιξοτροπίας και ταχύτητας διάτμησης. Ο διαχωρισμός αυτών των δύο μεθόδων θα συζητηθεί λεπτομερώς στο Κεφάλαιο 5.

2.3.3.1 Επίδραση της αναλογίας σύνθεσης στο μηδενικό ιξώδες διάτμησης του συστήματος σύνθεσης

Η σχέση μεταξύ των ρεολογικών ιδιοτήτων του συστήματος ομοιογενούς πολυμερούς ένωσης και των ρεολογικών ιδιοτήτων των συστατικών του συστήματος συμμορφώνεται με τον κανόνα της λογαριθμικής άθροισης. Για ένα σύνθετο σύστημα δύο συστατικών, η σχέση μεταξύ του σύνθετου συστήματος και κάθε συστατικού μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση:

Μεταξύ αυτών, το F είναι η παράμετρος ρεολογικής ιδιότητας του σύνθετου συστήματος.

Τα F1, F2 είναι οι ρεολογικές παράμετροι του συστατικού 1 και του στοιχείου 2, αντίστοιχα.

∅1 και ∅2 είναι τα κλάσματα μάζας του συστατικού 1 και του συστατικού 2, αντίστοιχα, και ∅1 ∅2 .

Επομένως, το ιξώδες μηδενικής διάτμησης του συστήματος ένωσης μετά την ένωση με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με την αρχή της λογαριθμικής άθροισης για τον υπολογισμό της αντίστοιχης προβλεπόμενης τιμής. Οι πειραματικές τιμές των σύνθετων διαλυμάτων με διαφορετικές αναλογίες ένωσης εξακολουθούσαν να προεκτίθενται με προσαρμογή καρεν της καμπύλης ρυθμού ιξώδους-διάτμησης. Η προβλεπόμενη τιμή του μηδενικού ιξώδους διάτμησης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες ένωσης συγκρίνεται με την πειραματική τιμή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2-5.

Το τμήμα της διακεκομμένης γραμμής στο σχήμα είναι η προβλεπόμενη τιμή του μηδενικού ιξώδους διάτμησης του σύνθετου διαλύματος που λαμβάνεται με τον κανόνα του λογαριθμικού αθροίσματος και το γράφημα με διακεκομμένη γραμμή είναι η πειραματική τιμή του σύνθετου συστήματος με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η πειραματική τιμή του σύνθετου διαλύματος παρουσιάζει μια ορισμένη θετική-αρνητική απόκλιση σε σχέση με τον κανόνα σύνθεσης, υποδεικνύοντας ότι το σύστημα ένωσης δεν μπορεί να επιτύχει θερμοδυναμική συμβατότητα και το σύστημα ένωσης είναι μια συνεχής διασπορά φάσης σε Χαμηλή θερμοκρασία Η δομή «θαλάσσης-νησί» του διφασικού συστήματος. και με τη συνεχή μείωση της αναλογίας σύνθεσης HPMC/HPS, η συνεχής φάση του συστήματος σύνθεσης άλλαξε αφού η αναλογία σύνθεσης ήταν 4:6. Στο κεφάλαιο αναλύεται αναλυτικά η έρευνα.

Μπορεί να φανεί ξεκάθαρα από το σχήμα ότι όταν η αναλογία ένωσης HPMC/HPS είναι μεγάλη, το σύστημα ένωσης έχει αρνητική απόκλιση, η οποία μπορεί να οφείλεται στο ότι το HPS υψηλού ιξώδους κατανέμεται στην κατάσταση διεσπαρμένης φάσης στη μέση συνεχή φάση HPMC χαμηλότερου ιξώδους . Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, υπάρχει μια θετική απόκλιση στο σύνθετο σύστημα, υποδεικνύοντας ότι η συνεχής μετάβαση φάσης συμβαίνει στο σύνθετο σύστημα αυτή τη στιγμή. Το HPS με υψηλό ιξώδες γίνεται η συνεχής φάση του σύνθετου συστήματος, ενώ το HPMC διασκορπίζεται στη συνεχή φάση του HPS σε πιο ομοιόμορφη κατάσταση.

2.3.3.2 Επίδραση της αναλογίας σύνθεσης στη συμπεριφορά υγρών του συστήματος σύνθεσης

Τα Σχήματα 2-6 δείχνουν τον δείκτη ροής n του σύνθετου συστήματος ως συνάρτηση του περιεχομένου HPS. Εφόσον ο δείκτης ροής n προσαρμόζεται από μια λογαριθμική-λογαριθμική συντεταγμένη, το n εδώ είναι ένα γραμμικό άθροισμα. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, ο δείκτης ροής n του σύνθετου συστήματος μειώνεται σταδιακά, υποδεικνύοντας ότι το HPS μειώνει τις ιδιότητες του Νευτώνειου υγρού του σύνθετου διαλύματος και βελτιώνει τη συμπεριφορά του ψευδοπλαστικού υγρού. Το κάτω μέρος είναι η κατάσταση γέλης με υψηλότερο ιξώδες. Μπορεί επίσης να φανεί από το σχήμα ότι η σχέση μεταξύ του δείκτη ροής του σύνθετου συστήματος και του περιεχομένου του HPS συμμορφώνεται με μια γραμμική σχέση (το R2 είναι 0,98062), αυτό δείχνει ότι το σύνθετο σύστημα έχει καλή συμβατότητα.

2.3.3.3 Επίδραση της αναλογίας σύνθεσης στον συντελεστή ιξώδους του συστήματος σύνθεσης

Το Σχήμα 2-7 δείχνει τον συντελεστή ιξώδους Κ του σύνθετου διαλύματος ως συνάρτηση της περιεκτικότητας σε HPS. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η τιμή Κ του καθαρού HPMC είναι πολύ μικρή, ενώ η τιμή Κ του καθαρού HPS είναι η μεγαλύτερη, η οποία σχετίζεται με τις ιδιότητες γέλης των HPMC και HPS, οι οποίες βρίσκονται σε κατάσταση διαλύματος και γέλης αντίστοιχα σε χαμηλή θερμοκρασία. Όταν η περιεκτικότητα του συστατικού χαμηλού ιξώδους είναι υψηλή, δηλαδή όταν η περιεκτικότητα σε HPS είναι χαμηλή, ο συντελεστής ιξώδους του σύνθετου διαλύματος είναι κοντά σε αυτόν του συστατικού χαμηλού ιξώδους HPMC. ενώ όταν η περιεκτικότητα του συστατικού υψηλού ιξώδους είναι υψηλή, η τιμή Κ του διαλύματος ένωσης αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS σημαντικά, γεγονός που έδειξε ότι το HPS αύξησε το ιξώδες του HPMC σε χαμηλή θερμοκρασία. Αυτό αντανακλά κυρίως τη συμβολή του ιξώδους της συνεχούς φάσης στο ιξώδες του σύνθετου συστήματος. Σε διαφορετικές περιπτώσεις όπου το συστατικό χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση και το συστατικό υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, η συμβολή του ιξώδους συνεχούς φάσης στο ιξώδες του σύνθετου συστήματος είναι προφανώς διαφορετική. Όταν το HPMC χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το ιξώδες του σύνθετου συστήματος αντανακλά κυρίως τη συμβολή του ιξώδους της συνεχούς φάσης. και όταν το HPS υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το HPMC ως διασκορπισμένη φάση θα μειώσει το ιξώδες του HPS υψηλού ιξώδους. αποτέλεσμα.

2.3.4 Θιξοτροπία

Η θιξοτροπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της σταθερότητας ουσιών ή πολλαπλών συστημάτων, επειδή η θιξοτροπία μπορεί να λάβει πληροφορίες για την εσωτερική δομή και τον βαθμό της βλάβης υπό τη δύναμη διάτμησης [323-325]. Η θιξοτροπία μπορεί να συσχετιστεί με χρονικά φαινόμενα και ιστορικό διάτμησης που οδηγούν σε μικροδομικές αλλαγές [324, 326]. Η θιξοτροπική μέθοδος τριών σταδίων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της επίδρασης διαφορετικών αναλογιών σύνθεσης στις θιξοτροπικές ιδιότητες του συστήματος σύνθεσης. Όπως φαίνεται από τα Σχήματα 2-5, όλα τα δείγματα εμφάνισαν διαφορετικούς βαθμούς θιξοτροπίας. Σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, το ιξώδες του σύνθετου διαλύματος αυξήθηκε σημαντικά με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, η οποία ήταν συνεπής με την αλλαγή του ιξώδους μηδενικής διάτμησης με την περιεκτικότητα σε HPS.

Ο βαθμός δομικής ανάκτησης DSR των σύνθετων δειγμάτων σε διαφορετικό χρόνο ανάκτησης υπολογίζεται με τον τύπο (2-3), όπως φαίνεται στον Πίνακα 2-1. Εάν DSR < 1, το δείγμα έχει χαμηλή αντίσταση διάτμησης και το δείγμα είναι θιξοτροπικό. αντίστροφα, εάν DSR > 1, το δείγμα έχει αντι-θιξοτροπία. Από τον πίνακα, μπορούμε να δούμε ότι η τιμή DSR του καθαρού HPMC είναι πολύ υψηλή, σχεδόν 1, αυτό συμβαίνει επειδή το μόριο HPMC είναι μια άκαμπτη αλυσίδα και ο χρόνος χαλάρωσής του είναι σύντομος και η δομή ανακτάται γρήγορα υπό υψηλή δύναμη διάτμησης. Η τιμή DSR του HPS είναι σχετικά χαμηλή, γεγονός που επιβεβαιώνει τις ισχυρές θιξοτροπικές του ιδιότητες, κυρίως επειδή το HPS είναι μια εύκαμπτη αλυσίδα και ο χρόνος χαλάρωσής του είναι μεγάλος. Η δομή δεν ανέκαμψε πλήρως εντός του χρονικού πλαισίου της δοκιμής.

Για το σύνθετο διάλυμα, στον ίδιο χρόνο ανάκτησης, όταν η περιεκτικότητα HPMC είναι μεγαλύτερη από 70%, το DSR μειώνεται γρήγορα με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, επειδή η μοριακή αλυσίδα HPS είναι μια εύκαμπτη αλυσίδα και ο αριθμός των άκαμπτων μοριακών αλυσίδων στο σύνθετο σύστημα αυξάνεται με την προσθήκη HPS. Εάν μειωθεί, ο χρόνος χαλάρωσης του συνολικού μοριακού τμήματος του συστήματος ένωσης παρατείνεται και η θιξοτροπία του συστήματος ένωσης δεν μπορεί να ανακτηθεί γρήγορα υπό τη δράση της υψηλής διάτμησης. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι μικρότερη από 70%, το DSR αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, γεγονός που δείχνει ότι υπάρχει μια αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών αλυσίδων του HPS και του HPMC στο σύστημα ένωσης, η οποία βελτιώνει τη συνολική ακαμψία του μοριακού τμήματα στο σύστημα ένωσης και συντομεύει ο χρόνος χαλάρωσης του συστήματος ένωσης μειώνεται και η θιξοτροπία μειώνεται.

Επιπλέον, η τιμή DSR του σύνθετου συστήματος ήταν σημαντικά χαμηλότερη από αυτή του καθαρού HPMC, γεγονός που έδειξε ότι η θιξοτροπία του HPMC βελτιώθηκε σημαντικά με τη σύνθεση. Οι τιμές DSR των περισσότερων δειγμάτων στο σύνθετο σύστημα ήταν μεγαλύτερες από εκείνες του καθαρού HPS, υποδεικνύοντας ότι η σταθερότητα του HPS βελτιώθηκε σε κάποιο βαθμό.

Μπορεί επίσης να φανεί από τον πίνακα ότι σε διαφορετικούς χρόνους ανάκτησης, οι τιμές DSR δείχνουν όλες το χαμηλότερο σημείο όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι 70%, και όταν η περιεκτικότητα σε άμυλο είναι μεγαλύτερη από 60%, η τιμή DSR του συμπλόκου είναι υψηλότερη από αυτό του καθαρού HPS. Οι τιμές DSR εντός 10 δευτερολέπτων από όλα τα δείγματα είναι πολύ κοντά στις τελικές τιμές DSR, γεγονός που δείχνει ότι η δομή του σύνθετου συστήματος ουσιαστικά ολοκλήρωσε τις περισσότερες από τις εργασίες ανάκτησης δομής μέσα σε 10 δευτερόλεπτα. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα σύνθετα δείγματα με υψηλή περιεκτικότητα σε HPS παρουσίασαν τάση αύξησης στην αρχή και στη συνέχεια φθίνουσας με την παράταση του χρόνου ανάκτησης, γεγονός που έδειξε ότι τα σύνθετα δείγματα παρουσίασαν επίσης ένα ορισμένο βαθμό θιξοτροπίας υπό τη δράση χαμηλής διάτμησης και η δομή τους πιο ασταθής.

Η ποιοτική ανάλυση της θιξοτροπίας τριών σταδίων είναι συνεπής με τα αναφερόμενα αποτελέσματα της δοκιμής θιξοτροπικού δακτυλίου, αλλά τα αποτελέσματα της ποσοτικής ανάλυσης δεν συνάδουν με τα αποτελέσματα της δοκιμής θιξοτροπικού δακτυλίου. Η θιξοτροπία του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μετρήθηκε με τη μέθοδο θιξοτροπικού δακτυλίου με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS [305]. Ο εκφυλισμός αρχικά μειώθηκε και μετά αυξήθηκε. Η δοκιμή θιξοτροπικού δακτυλίου μπορεί μόνο να υποθέσει την ύπαρξη θιξοτροπικού φαινομένου, αλλά δεν μπορεί να το επιβεβαιώσει, επειδή ο θιξοτροπικός δακτύλιος είναι το αποτέλεσμα της ταυτόχρονης δράσης του χρόνου διάτμησης και του ρυθμού διάτμησης [325-327].

2.4 Περίληψη αυτού του κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, η θερμική γέλη HPMC και η ψυχρή γέλη HPS χρησιμοποιήθηκαν ως βασικές πρώτες ύλες για την κατασκευή ενός διφασικού σύνθετου συστήματος ψυχρής και θερμής γέλης. Επίδραση ρεολογικών ιδιοτήτων όπως το ιξώδες, το σχέδιο ροής και η θιξοτροπία. Σύμφωνα με την κοινή σχέση μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων και συγκεντρώσεων πολυμερών στο διάλυμα, προτείνεται το μοντέλο μοριακής κατάστασης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS σε διάλυμα χαμηλής θερμοκρασίας. Σύμφωνα με την αρχή της λογαριθμικής άθροισης των ιδιοτήτων των διαφορετικών συστατικών στο σύνθετο σύστημα, μελετήθηκε η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος. Τα κύρια ευρήματα είναι τα εξής:

1. Τα σύνθετα δείγματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις έδειξαν όλα έναν ορισμένο βαθμό αραίωσης διάτμησης και ο βαθμός αραίωσης διάτμησης αυξήθηκε με την αύξηση της συγκέντρωσης.
2. Με την αύξηση της συγκέντρωσης, ο δείκτης ροής του σύνθετου συστήματος μειώθηκε και το ιξώδες μηδενικής διάτμησης και ο συντελεστής ιξώδους αυξήθηκαν, υποδεικνύοντας ότι βελτιώθηκε η συμπεριφορά που μοιάζει με στερεό του σύνθετου συστήματος.
3. Υπάρχει μια κρίσιμη συγκέντρωση (8%) στο σύστημα ένωσης HPMC/HPS, κάτω από την κρίσιμη συγκέντρωση, οι μοριακές αλυσίδες HPMC και η περιοχή φάσης γέλης HPS στο διάλυμα της ένωσης διαχωρίζονται μεταξύ τους και υπάρχουν ανεξάρτητα. Όταν επιτευχθεί η κρίσιμη συγκέντρωση, στο διάλυμα της ένωσης σχηματίζεται μια κατάσταση μικρογέλης με τη φάση HPS ως κέντρο γέλης και οι μοριακές αλυσίδες HPMC συμπλέκονται και συνδέονται μεταξύ τους. πάνω από την κρίσιμη συγκέντρωση, οι συνωστισμένες μακρομοριακές αλυσίδες HPMC και η διαπλοκή τους με την περιοχή φάσης HPS είναι πιο περίπλοκες και η αλληλεπίδραση είναι πιο περίπλοκη. πιο έντονο, οπότε το διάλυμα συμπεριφέρεται σαν τήγμα πολυμερών.
4. Η αναλογία σύνθεσης έχει σημαντικό αντίκτυπο στις ρεολογικές ιδιότητες του διαλύματος ένωσης HPMC/HPS. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, το φαινόμενο λέπτυνσης διάτμησης του σύνθετου συστήματος είναι πιο εμφανές, ο δείκτης ροής μειώνεται σταδιακά και το ιξώδες μηδενικής διάτμησης και ο συντελεστής ιξώδους σταδιακά αυξάνονται. αυξάνει, υποδεικνύοντας ότι η συμπεριφορά του συμπλέγματος που μοιάζει με στερεό είναι σημαντικά βελτιωμένη.
5. Το ιξώδες μηδενικής διάτμησης του σύνθετου συστήματος παρουσιάζει μια ορισμένη θετική-αρνητική απόκλιση σε σχέση με τον κανόνα λογαριθμικής άθροισης. Το σύνθετο σύστημα είναι ένα σύστημα δύο φάσεων με μια δομή συνεχούς φάσης διασκορπισμένης φάσης «θαλάσσης-νήσου» σε χαμηλή θερμοκρασία και, καθώς η αναλογία σύνθεσης HPMC/HPS μειώθηκε μετά από 4:6, η συνεχής φάση του συστήματος σύνθεσης άλλαξε.
6. Υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ του δείκτη ροής και της αναλογίας σύνθεσης των σύνθετων διαλυμάτων με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης, γεγονός που δείχνει ότι το σύστημα σύνθεσης έχει καλή συμβατότητα.
7. Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS, όταν το συστατικό χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση και το συστατικό υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, η συμβολή του ιξώδους συνεχούς φάσης στο ιξώδες του συστήματος ένωσης είναι σημαντικά διαφορετική. Όταν το HPMC χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το ιξώδες του σύνθετου συστήματος αντανακλά κυρίως τη συμβολή του ιξώδους συνεχούς φάσης. ενώ όταν το HPS υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το HPMC ως φάση διασποράς θα μειώσει το ιξώδες του HPS υψηλού ιξώδους. αποτέλεσμα.
8. Η θιξοτροπία τριών σταδίων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της επίδρασης της αναλογίας σύνθεσης στη θιξοτροπία του σύνθετου συστήματος. Η θιξοτροπία του σύνθετου συστήματος έδειξε μια τάση αρχικά μειούμενης και στη συνέχεια αυξητικής με τη μείωση της αναλογίας σύνθεσης HPMC/HPS.
9. Τα παραπάνω πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι μέσω της ένωσης HPMC και HPS, οι ρεολογικές ιδιότητες των δύο συστατικών, όπως το ιξώδες, το φαινόμενο αραίωσης διάτμησης και η θιξοτροπία, έχουν εξισορροπηθεί σε κάποιο βαθμό.

Κεφάλαιο 3 Παρασκευή και ιδιότητες των βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

Η σύνθεση πολυμερών είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να επιτευχθεί συμπληρωματικότητα απόδοσης πολλών συστατικών, να αναπτυχθούν νέα υλικά με εξαιρετική απόδοση, να μειωθούν οι τιμές των προϊόντων και να επεκταθεί το φάσμα εφαρμογών των υλικών [240-242, 328]. Στη συνέχεια, λόγω ορισμένων διαφορών στη μοριακή δομή και της διαμορφωτικής εντροπίας μεταξύ διαφορετικών πολυμερών, τα περισσότερα συστήματα σύνθεσης πολυμερών είναι ασύμβατα ή μερικώς συμβατά [11, 12]. Οι μηχανικές ιδιότητες και άλλες μακροσκοπικές ιδιότητες του συστήματος πολυμερών ενώσεων σχετίζονται στενά με τις φυσικοχημικές ιδιότητες κάθε συστατικού, την αναλογία σύνθεσης κάθε συστατικού, τη συμβατότητα μεταξύ των συστατικών και την εσωτερική μικροσκοπική δομή και άλλους παράγοντες [240, 329].

Από την άποψη της χημικής δομής, τόσο το HPMC όσο και το HPS είναι υδρόφιλα curdlan, έχουν την ίδια δομική μονάδα - γλυκόζη, και τροποποιούνται από την ίδια λειτουργική ομάδα - ομάδα υδροξυπροπυλίου, επομένως τα HPMC και HPS πρέπει να έχουν καλή φάση. Χωρητικότητα. Ωστόσο, το HPMC είναι ένα θερμικά επαγόμενο πήκτωμα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση διαλύματος με πολύ χαμηλό ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία και σχηματίζει ένα κολλοειδές σε υψηλή θερμοκρασία. Το HPS είναι μια γέλη που προκαλείται από κρύο, η οποία είναι μια γέλη χαμηλής θερμοκρασίας και βρίσκεται σε κατάσταση διαλύματος σε υψηλή θερμοκρασία. οι συνθήκες και η συμπεριφορά του τζελ είναι εντελώς αντίθετες. Η σύνθεση των HPMC και HPS δεν ευνοεί το σχηματισμό ενός ομοιογενούς συστήματος με καλή συμβατότητα. Λαμβάνοντας υπόψη τόσο τη χημική δομή όσο και τη θερμοδυναμική, είναι μεγάλης θεωρητικής σημασίας και πρακτικής αξίας η ένωση HPMC με HPS να δημιουργηθεί ένα σύστημα σύνθετων πηκτωμάτων ψυχρής-θερμής.

Αυτό το κεφάλαιο εστιάζει στη μελέτη των εγγενών ιδιοτήτων των συστατικών στο σύστημα ενώσεων κρύου και ζεστού γέλης HPMC/HPS, την αναλογία σύνθεσης και τη σχετική υγρασία του περιβάλλοντος στη μικροσκοπική μορφολογία, συμβατότητα και διαχωρισμό φάσεων, μηχανικές ιδιότητες, οπτικές ιδιότητες , και ιδιότητες θερμικής πτώσης του σύνθετου συστήματος. Και η επίδραση των μακροσκοπικών ιδιοτήτων όπως οι ιδιότητες φραγμού οξυγόνου.

3.1 Υλικά και Εξοπλισμός

3.1.1 Κύρια πειραματικά υλικά

3.1.2 Κύρια όργανα και εξοπλισμός

3.2 Πειραματική μέθοδος

3.2.1 Παρασκευή βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS

Η 15% (w/w) ξηρή σκόνη HPMC και HPS αναμίχθηκε με 3% (w/w) Ο πλαστικοποιητής πολυαιθυλενογλυκόλης αναμειγνύεται σε απιονισμένο νερό για να ληφθεί το σύνθετο υγρό που σχηματίζει φιλμ και το βρώσιμο σύνθετο φιλμ HPMC/ Το HPS παρασκευάστηκε με τη μέθοδο χύτευσης.

Μέθοδος παρασκευής: πρώτα ζυγίστε HPMC και HPS ξηρή σκόνη και αναμείξτε τα σύμφωνα με διαφορετικές αναλογίες. στη συνέχεια προσθέστε σε νερό 70 °C και αναδεύστε ταχέως στις 120 rpm/min για 30 λεπτά για να διασκορπιστεί πλήρως το HPMC. στη συνέχεια θερμάνετε το διάλυμα σε θερμοκρασία Πάνω από 95 °C, αναδεύστε γρήγορα με την ίδια ταχύτητα για 1 ώρα για να ζελατινοποιηθεί πλήρως το HPS. Μετά την ολοκλήρωση της ζελατινοποίησης, η θερμοκρασία του διαλύματος μειώνεται γρήγορα στους 70 °C και το διάλυμα αναδεύεται σε χαμηλή ταχύτητα 80 rpm/min για 40 λεπτά. Διαλύστε πλήρως το HPMC. Ρίξτε 20 g του αναμεμειγμένου διαλύματος σχηματισμού φιλμ σε ένα τρυβλίο petri από πολυστυρένιο διαμέτρου 15 cm, χυτά το επίπεδο και στεγνώστε το στους 37 °C. Η αποξηραμένη μεμβράνη αφαιρείται από το δίσκο για να ληφθεί μια βρώσιμη σύνθετη μεμβράνη.

Οι βρώσιμες μεμβράνες εξισορροπήθηκαν όλες σε υγρασία 57% για περισσότερες από 3 ημέρες πριν από τη δοκιμή, και το τμήμα βρώσιμου φιλμ που χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο μηχανικών ιδιοτήτων εξισορροπήθηκε σε υγρασία 75% για περισσότερες από 3 ημέρες.

3.2.2 Μικρομορφολογία του βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS

3.2.2.1 Αρχή ανάλυσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης

Το ηλεκτρονικό πιστόλι στο επάνω μέρος της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) μπορεί να εκπέμψει μεγάλη ποσότητα ηλεκτρονίων. Αφού μειωθεί και εστιαστεί, μπορεί να σχηματίσει μια δέσμη ηλεκτρονίων με συγκεκριμένη ενέργεια και ένταση. Οδηγείται από το μαγνητικό πεδίο του πηνίου σάρωσης, σύμφωνα με μια συγκεκριμένη χρονική και χωρική σειρά Σαρώστε την επιφάνεια του δείγματος σημείο προς σημείο. Λόγω της διαφοράς στα χαρακτηριστικά της μικροπεριοχής της επιφάνειας, η αλληλεπίδραση μεταξύ του δείγματος και της δέσμης ηλεκτρονίων θα δημιουργήσει δευτερεύοντα σήματα ηλεκτρονίων με διαφορετικές εντάσεις, τα οποία συλλέγονται από τον ανιχνευτή και μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία ενισχύονται από το βίντεο και εισαγωγή στο πλέγμα του σωλήνα εικόνας, αφού ρυθμίσετε τη φωτεινότητα του σωλήνα εικόνας, μπορεί να ληφθεί μια δευτερεύουσα εικόνα ηλεκτρονίων που μπορεί να αντικατοπτρίζει τη μορφολογία και τα χαρακτηριστικά της μικροπεριοχής στην επιφάνεια του δείγματος. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά οπτικά μικροσκόπια, η ανάλυση του SEM είναι σχετικά υψηλή, περίπου 3nm-6nm του επιφανειακού στρώματος του δείγματος, το οποίο είναι πιο κατάλληλο για την παρατήρηση χαρακτηριστικών μικροδομής στην επιφάνεια των υλικών.

3.2.2.2 Μέθοδος δοκιμής

Το βρώσιμο φιλμ τοποθετήθηκε σε ξηραντήρα για ξήρανση και επιλέχτηκε ένα κατάλληλο μέγεθος βρώσιμου φιλμ, επικολλήθηκε στο ειδικό στάδιο δείγματος SEM με αγώγιμη κόλλα και στη συνέχεια επιχρυσώθηκε με επικάλυψη κενού. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το δείγμα τοποθετήθηκε στο SEM και η μικροσκοπική μορφολογία του δείγματος παρατηρήθηκε και φωτογραφήθηκε σε 300 φορές και 1000 φορές μεγέθυνση υπό την τάση επιτάχυνσης δέσμης ηλεκτρονίων 5 kV.

3.2.3 Διαπερατότητα φωτός βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS

3.2.3.1 Αρχή ανάλυσης της φασματοφωτομετρίας UV-Vis

Το φασματοφωτόμετρο UV-Vis μπορεί να εκπέμψει φως με μήκος κύματος 200~800nm ​​και να το ακτινοβολήσει στο αντικείμενο. Μερικά συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός στο προσπίπτον φως απορροφώνται από το υλικό και συμβαίνει μετάβαση επιπέδου μοριακής δόνησης ενέργειας και μετάβαση σε επίπεδο ηλεκτρονικής ενέργειας. Εφόσον κάθε ουσία έχει διαφορετικές μοριακές, ατομικές και μοριακές χωρικές δομές, κάθε ουσία έχει το ειδικό φάσμα απορρόφησης της και η περιεκτικότητα της ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί ή να προσδιοριστεί ανάλογα με το επίπεδο απορρόφησης σε ορισμένα συγκεκριμένα μήκη κύματος στο φάσμα απορρόφησης. Επομένως, η φασματοφωτομετρική ανάλυση UV-Vis είναι ένα από τα αποτελεσματικά μέσα για τη μελέτη της σύνθεσης, της δομής και της αλληλεπίδρασης των ουσιών.

Όταν μια δέσμη φωτός χτυπά ένα αντικείμενο, μέρος του προσπίπτοντος φωτός απορροφάται από το αντικείμενο και το άλλο μέρος του προσπίπτοντος φωτός μεταδίδεται μέσω του αντικειμένου. ο λόγος της έντασης του εκπεμπόμενου φωτός προς την ένταση του προσπίπτοντος φωτός είναι η διαπερατότητα.

Ο τύπος για τη σχέση μεταξύ απορρόφησης και διαπερατότητας είναι:

Μεταξύ αυτών, το Α είναι η απορρόφηση.

T είναι η μετάδοση, %.

Η τελική απορρόφηση διορθώθηκε ομοιόμορφα με απορρόφηση × 0,25 mm/πάχος.

3.2.3.2 Μέθοδος δοκιμής

Παρασκευάστε διαλύματα HPMC και HPS 5%, αναμείξτε τα σύμφωνα με διαφορετικές αναλογίες, ρίξτε 10 g του διαλύματος που σχηματίζει φιλμ σε ένα τρυβλίο petri από πολυστυρένιο με διάμετρο 15 cm και στεγνώστε τα στους 37 °C για να σχηματιστεί ένα φιλμ. Κόψτε τη βρώσιμη μεμβράνη σε μια ορθογώνια λωρίδα 1mm×3mm, βάλτε την στην κυψελίδα και κάντε τη βρώσιμη μεμβράνη κοντά στο εσωτερικό τοίχωμα της κυβέτας. Ένα φασματοφωτόμετρο UV-vis WFZ UV-3802 χρησιμοποιήθηκε για τη σάρωση των δειγμάτων σε πλήρες μήκος κύματος 200-800 nm και κάθε δείγμα δοκιμάστηκε 5 φορές.

3.2.4 Δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

3.2.4.1 Αρχή δυναμικής θερμομηχανικής ανάλυσης

Η Δυναμική Θερμομηχανική Ανάλυση (DMA) είναι ένα όργανο που μπορεί να μετρήσει τη σχέση μεταξύ της μάζας και της θερμοκρασίας του δείγματος υπό ένα ορισμένο φορτίο κρούσης και την προγραμματισμένη θερμοκρασία και μπορεί να ελέγξει τις μηχανικές ιδιότητες του δείγματος υπό τη δράση περιοδικής εναλλασσόμενης τάσης και χρόνου. θερμοκρασία και θερμοκρασία. σχέση συχνότητας.

Τα υψηλά μοριακά πολυμερή έχουν ιξωδοελαστικές ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να αποθηκεύουν μηχανική ενέργεια όπως ένα ελαστομερές από τη μια πλευρά και να καταναλώνουν ενέργεια όπως η βλέννα από την άλλη. Όταν εφαρμόζεται η περιοδική εναλλασσόμενη δύναμη, το ελαστικό μέρος μετατρέπει την ενέργεια σε δυναμική ενέργεια και την αποθηκεύει. ενώ το παχύρρευστο τμήμα μετατρέπει την ενέργεια σε θερμική ενέργεια και τη χάνει. Τα πολυμερή υλικά παρουσιάζουν γενικά δύο καταστάσεις υάλου χαμηλής θερμοκρασίας και κατάστασης ελαστικού υψηλής θερμοκρασίας και η θερμοκρασία μετάπτωσης μεταξύ των δύο καταστάσεων είναι η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου. Η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού επηρεάζει άμεσα τη δομή και τις ιδιότητες των υλικών και είναι μια από τις πιο σημαντικές χαρακτηριστικές θερμοκρασίες των πολυμερών.

Αναλύοντας τις δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες των πολυμερών, μπορεί να παρατηρηθεί η ιξωδοελαστικότητα των πολυμερών και να ληφθούν σημαντικές παράμετροι που καθορίζουν την απόδοση των πολυμερών, ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν καλύτερα στο πραγματικό περιβάλλον χρήσης. Επιπλέον, η δυναμική θερμομηχανική ανάλυση είναι πολύ ευαίσθητη στη μετάπτωση υάλου, το διαχωρισμό φάσεων, τη διασύνδεση, την κρυστάλλωση και τη μοριακή κίνηση σε όλα τα επίπεδα των μοριακών τμημάτων και μπορεί να λάβει πολλές πληροφορίες για τη δομή και τις ιδιότητες των πολυμερών. Συχνά χρησιμοποιείται για τη μελέτη των μορίων των πολυμερών. κινητική συμπεριφορά. Χρησιμοποιώντας τη λειτουργία σάρωσης θερμοκρασίας του DMA, μπορεί να ελεγχθεί η εμφάνιση μεταβάσεων φάσης, όπως η μετάβαση γυαλιού. Σε σύγκριση με το DSC, το DMA έχει υψηλότερη ευαισθησία και είναι πιο κατάλληλο για την ανάλυση υλικών που προσομοιώνουν την πραγματική χρήση.

3.2.4.2 Μέθοδος δοκιμής

Επιλέξτε καθαρά, ομοιόμορφα, επίπεδα και άθικτα δείγματα και κόψτε τα σε ορθογώνιες λωρίδες 10mm×20mm. Τα δείγματα δοκιμάστηκαν σε εφελκυσμό χρησιμοποιώντας δυναμικό θερμομηχανικό αναλυτή Pydris Diamond από την PerkinElmer, ΗΠΑ. Το εύρος θερμοκρασίας δοκιμής ήταν 25~150 °C, ο ρυθμός θέρμανσης ήταν 2 °C/min, η συχνότητα ήταν 1 Hz και η δοκιμή επαναλήφθηκε δύο φορές για κάθε δείγμα. Κατά τη διάρκεια του πειράματος καταγράφηκαν ο συντελεστής αποθήκευσης (Ε') και ο συντελεστής απώλειας (Ε") του δείγματος και μπορούσε επίσης να υπολογιστεί ο λόγος του συντελεστή απώλειας προς τον συντελεστή αποθήκευσης, δηλαδή η εφαπτομένη γωνία tan δ.

3.2.5 Θερμική σταθερότητα βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

3.2.5.1 Αρχή της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης

Ο θερμικός βαρυμετρικός αναλυτής (TGA) μπορεί να μετρήσει τη μεταβολή της μάζας ενός δείγματος με θερμοκρασία ή χρόνο σε μια προγραμματισμένη θερμοκρασία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της πιθανής εξάτμισης, τήξης, εξάχνωσης, αφυδάτωσης, αποσύνθεσης και οξείδωσης ουσιών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης. . και άλλα φυσικά και χημικά φαινόμενα. Η καμπύλη σχέσης μεταξύ της μάζας της ύλης και της θερμοκρασίας (ή του χρόνου) που λαμβάνεται αμέσως μετά τη δοκιμή του δείγματος ονομάζεται θερμοβαρυμετρική (καμπύλη TGA). απώλεια βάρους και άλλες πληροφορίες. Η παράγωγη θερμοβαρυμετρική καμπύλη (καμπύλη DTG) μπορεί να ληφθεί μετά την παραγωγή πρώτης τάξης της καμπύλης TGA, η οποία αντανακλά τη μεταβολή του ρυθμού απώλειας βάρους του δείγματος που δοκιμάστηκε με τη θερμοκρασία ή τον χρόνο και το σημείο αιχμής είναι το μέγιστο σημείο της σταθεράς τιμή.

3.2.5.2 Μέθοδος δοκιμής

Επιλέξτε το βρώσιμο φιλμ με ομοιόμορφο πάχος, κόψτε το σε κύκλο με την ίδια διάμετρο με τον δίσκο δοκιμής του θερμοβαρυμετρικού αναλυτή και, στη συνέχεια, τοποθετήστε το σε επίπεδη επιφάνεια στον δοκιμαστικό δίσκο και δοκιμάστε το σε ατμόσφαιρα αζώτου με ταχύτητα ροής 20 mL/min . Το εύρος θερμοκρασίας ήταν 30-700 °C, ο ρυθμός θέρμανσης ήταν 10 °C/min και κάθε δείγμα δοκιμάστηκε δύο φορές.

3.2.6.1 Αρχή ανάλυσης ιδιοτήτων εφελκυσμού

3.2.6 Ιδιότητες εφελκυσμού των βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

Ο ελεγκτής μηχανικών ιδιοτήτων μπορεί να εφαρμόσει ένα στατικό εφελκυστικό φορτίο στη σφήνα κατά μήκος του διαμήκους άξονα κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και ταχύτητας έως ότου σπάσει η σφήνα. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το φορτίο που εφαρμόστηκε στη σφήνα και η ποσότητα παραμόρφωσής της καταγράφηκαν από τον ελεγκτή μηχανικών ιδιοτήτων και σχεδιάστηκε η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης κατά την παραμόρφωση εφελκυσμού της σφήνας. Από την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, η αντοχή εφελκυσμού (ζt), η επιμήκυνση στη θραύση (εb) και ο συντελεστής ελαστικότητας (E) μπορούν να υπολογιστούν για την αξιολόγηση των ιδιοτήτων εφελκυσμού του φιλμ.

Η σχέση τάσης-παραμόρφωσης των υλικών μπορεί γενικά να χωριστεί σε δύο μέρη: περιοχή ελαστικής παραμόρφωσης και περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης. Στη ζώνη ελαστικής παραμόρφωσης, η τάση και η καταπόνηση του υλικού έχουν γραμμική σχέση και η παραμόρφωση αυτή τη στιγμή μπορεί να ανακτηθεί πλήρως, κάτι που είναι σύμφωνο με το νόμο του Cook. στη ζώνη πλαστικής παραμόρφωσης, η τάση και η καταπόνηση του υλικού δεν είναι πλέον γραμμικές και η παραμόρφωση που συμβαίνει αυτή τη στιγμή είναι μη αναστρέψιμη, τελικά το υλικό σπάει.

Τύπος υπολογισμού αντοχής σε εφελκυσμό:

Όπου: είναι η αντοχή σε εφελκυσμό, MPa;

p είναι το μέγιστο φορτίο ή το φορτίο θραύσης, N;

b είναι το πλάτος του δείγματος, mm.

d είναι το πάχος του δείγματος, mm.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της επιμήκυνσης στο σπάσιμο:

Όπου: εb είναι η επιμήκυνση στο σπάσιμο, %;

L είναι η απόσταση μεταξύ των γραμμών σήμανσης όταν σπάει το δείγμα, mm.

L0 είναι το αρχικό μήκος μετρητή του δείγματος, mm.

Τύπος υπολογισμού συντελεστή ελαστικότητας:

Μεταξύ αυτών: E είναι το μέτρο ελαστικότητας, MPa.

Το ζ είναι στρες, MPa.

ε είναι το στέλεχος.

3.2.6.2 Μέθοδος δοκιμής

Επιλέξτε καθαρά, ομοιόμορφα, επίπεδα και άθικτα δείγματα, ανατρέξτε στο εθνικό πρότυπο GB13022-91 και κόψτε τα σε σφήνες σε σχήμα αλτήρα συνολικού μήκους 120 mm, αρχική απόσταση μεταξύ εξαρτημάτων 86 mm, απόσταση μεταξύ σημαδιών 40 mm και πλάτος 10 mm. Οι σφήνες τοποθετήθηκαν σε υγρασία 75% και 57% (σε ατμόσφαιρα κορεσμένου διαλύματος χλωριούχου νατρίου και βρωμιούχου νατρίου) και εξισορροπήθηκαν για περισσότερες από 3 ημέρες πριν από τη μέτρηση. Σε αυτό το πείραμα, ο ελεγκτής μηχανικών ιδιοτήτων ASTM D638, 5566 της Instron Corporation των Ηνωμένων Πολιτειών και ο πνευματικός σφιγκτήρας 2712-003 χρησιμοποιούνται για δοκιμή. Η ταχύτητα εφελκυσμού ήταν 10 mm/min και το δείγμα επαναλήφθηκε 7 φορές και υπολογίστηκε η μέση τιμή.

3.2.7 Διαπερατότητα οξυγόνου βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS

3.2.7.1 Αρχή ανάλυσης διαπερατότητας οξυγόνου

Αφού εγκατασταθεί το δείγμα δοκιμής, η κοιλότητα δοκιμής χωρίζεται σε δύο μέρη, Α και Β. Μια ροή οξυγόνου υψηλής καθαρότητας με ορισμένο ρυθμό ροής διοχετεύεται στην κοιλότητα Α και μια ροή αζώτου με ορισμένο ρυθμό ροής διέρχεται στην κοιλότητα Β. κατά τη διαδικασία δοκιμής, η κοιλότητα Α Το οξυγόνο διεισδύει μέσω του δείγματος στην κοιλότητα Β και το οξυγόνο που διεισδύει στην κοιλότητα Β μεταφέρεται από τη ροή αζώτου και αφήνει την κοιλότητα Β για να φτάσει στον αισθητήρα οξυγόνου. Ο αισθητήρας οξυγόνου μετρά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη ροή αζώτου και εξάγει ένα αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα, υπολογίζοντας έτσι το δείγμα οξυγόνου. μετάδοση.

3.2.7.2 Μέθοδος δοκιμής

Διαλέξτε άθικτα βρώσιμα σύνθετα φιλμ, κόψτε τα σε δείγματα σχήματος ρόμβου 10,16 x 10,16 cm, επικαλύψτε τις ακραίες επιφάνειες των σφιγκτήρων με γράσο κενού και σφίξτε τα δείγματα στο μπλοκ δοκιμής. Δοκιμασμένο σύμφωνα με το ASTM D-3985, κάθε δείγμα έχει μια περιοχή δοκιμής 50 cm2.

3.3 Αποτελέσματα και συζήτηση

3.3.1 Ανάλυση μικροδομής βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών

Η αλληλεπίδραση μεταξύ των συστατικών του υγρού που σχηματίζει φιλμ και των συνθηκών ξήρανσης-καθορίζει την τελική δομή του φιλμ και επηρεάζει σοβαρά τις διάφορες φυσικές και χημικές ιδιότητες του φιλμ [330, 331]. Οι εγγενείς ιδιότητες της γέλης και η αναλογία σύνθεσης κάθε συστατικού μπορούν να επηρεάσουν τη μορφολογία της ένωσης, η οποία επηρεάζει περαιτέρω τη δομή της επιφάνειας και τις τελικές ιδιότητες της μεμβράνης [301, 332]. Επομένως, η μικροδομική ανάλυση των μεμβρανών μπορεί να παρέχει σχετικές πληροφορίες για τη μοριακή αναδιάταξη κάθε συστατικού, η οποία με τη σειρά της μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις ιδιότητες φραγμού, τις μηχανικές ιδιότητες και τις οπτικές ιδιότητες των φιλμ.

Οι μικρογραφίες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης επιφάνειας βρώσιμων μεμβρανών HPS/HPMC με διαφορετικές αναλογίες φαίνονται στο Σχήμα 3-1. Όπως φαίνεται από το σχήμα 3-1, ορισμένα δείγματα έδειξαν μικρορωγμές στην επιφάνεια, οι οποίες μπορεί να προκληθούν από τη μείωση της υγρασίας στο δείγμα κατά τη διάρκεια της δοκιμής ή από την επίθεση της δέσμης ηλεκτρονίων στην κοιλότητα του μικροσκοπίου [122 , 139]. Στο σχήμα, καθαρή μεμβράνη HPS και καθαρή HPMC. Οι μεμβράνες έδειξαν σχετικά λείες μικροσκοπικές επιφάνειες και η μικροδομή των καθαρών μεμβρανών HPS ήταν πιο ομοιογενής και πιο λεία από τις καθαρές μεμβράνες HPMC, κάτι που μπορεί να οφείλεται κυρίως σε μακρομόρια αμύλου (μόρια αμυλόζης και μόρια αμυλοπηκτίνης) κατά τη διαδικασία ψύξης.) πέτυχε καλύτερη μοριακή αναδιάταξη σε υδατικό διάλυμα. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι το σύστημα αμυλόζης-αμυλοπηκτίνης-νερού στη διαδικασία ψύξης

Μπορεί να υπάρχει ένας ανταγωνιστικός μηχανισμός μεταξύ του σχηματισμού γέλης και του διαχωρισμού φάσεων. Εάν ο ρυθμός διαχωρισμού φάσεων είναι χαμηλότερος από τον ρυθμό σχηματισμού γέλης, ο διαχωρισμός φάσης δεν θα συμβεί στο σύστημα, διαφορετικά, ο διαχωρισμός φάσης θα συμβεί στο σύστημα [333, 334]. Επιπλέον, όταν η περιεκτικότητα σε αμυλόζη υπερβαίνει το 25%, η ζελατινοποίηση της αμυλόζης και η συνεχής δομή του δικτύου αμυλόζης μπορεί να αναστείλουν σημαντικά την εμφάνιση διαχωρισμού φάσεων [334]. Η περιεκτικότητα σε αμυλόζη του HPS που χρησιμοποιείται σε αυτό το έγγραφο είναι 80%, πολύ υψηλότερη από 25%, απεικονίζοντας έτσι καλύτερα το φαινόμενο ότι οι καθαρές μεμβράνες HPS είναι πιο ομοιογενείς και πιο λείες από τις καθαρές μεμβράνες HPMC.

Μπορεί να φανεί από τη σύγκριση των σχημάτων ότι οι επιφάνειες όλων των σύνθετων μεμβρανών είναι σχετικά τραχιές και ορισμένα ακανόνιστα εξογκώματα είναι διάσπαρτα, υποδεικνύοντας ότι υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός μη αναμίξιμου μεταξύ HPMC και HPS. Επιπλέον, οι σύνθετες μεμβράνες με υψηλή περιεκτικότητα HPMC εμφάνισαν πιο ομοιογενή δομή από αυτές με υψηλή περιεκτικότητα σε HPS. Συμπύκνωση με βάση HPS σε θερμοκρασία σχηματισμού φιλμ 37 °C

Με βάση τις ιδιότητες της γέλης, η HPS παρουσίασε μια κατάσταση ιξώδους γέλης. ενώ με βάση τις ιδιότητες θερμικής γέλης του HPMC, το HPMC παρουσίασε μια κατάσταση διαλύματος που μοιάζει με νερό. Στη σύνθετη μεμβράνη με υψηλή περιεκτικότητα σε HPS (7:3 HPS/HPMC), το ιξώδες HPS είναι η συνεχής φάση και το υδατοειδές HPMC διασκορπίζεται στη συνεχή φάση HPS υψηλού ιξώδους ως η διασπαρμένη φάση, η οποία δεν ευνοεί στην ομοιόμορφη κατανομή της διεσπαρμένης φάσης. Στο σύνθετο φιλμ με υψηλή περιεκτικότητα HPMC (3:7 HPS/HPMC), το HPMC χαμηλού ιξώδους μετατρέπεται στη συνεχή φάση και το ιξώδες HPS διασπείρεται στη φάση HPMC χαμηλού ιξώδους ως η διασπαρμένη φάση, η οποία ευνοεί ο σχηματισμός μιας ομοιογενούς φάσης. σύνθετο σύστημα.

Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι παρόλο που όλα τα σύνθετα φιλμ εμφανίζουν τραχιές και ανομοιογενείς επιφανειακές δομές, δεν υπάρχει εμφανής διεπαφή φάσης, υποδεικνύοντας ότι τα HPMC και HPS έχουν καλή συμβατότητα. Τα σύνθετα φιλμ HPMC/άμυλο χωρίς πλαστικοποιητές όπως το PEG έδειξαν προφανή διαχωρισμό φάσεων [301], υποδεικνύοντας έτσι ότι τόσο η τροποποίηση υδροξυπροπυλίου του αμύλου όσο και οι πλαστικοποιητές PEG μπορούν να βελτιώσουν τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

3.3.2 Ανάλυση οπτικών ιδιοτήτων βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών

Οι ιδιότητες μετάδοσης φωτός των βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες δοκιμάστηκαν με φασματοφωτόμετρο UV-vis και τα φάσματα UV φαίνονται στο Σχήμα 3-2. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή διαπερατότητας του φωτός, τόσο πιο ομοιόμορφη και διαφανής είναι η μεμβράνη. Αντίθετα, όσο μικρότερη είναι η τιμή διαπερατότητας του φωτός, τόσο πιο ανομοιόμορφο και αδιαφανές είναι το φιλμ. Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 3-2(α) ότι όλα τα σύνθετα φιλμ παρουσιάζουν παρόμοια τάση με την αύξηση του μήκους κύματος σάρωσης στην περιοχή σάρωσης πλήρους μήκους κύματος και η μετάδοση φωτός αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση του μήκους κύματος. Στα 350 nm, οι καμπύλες τείνουν να είναι οροπέδιο.

Επιλέξτε τη μετάδοση στο μήκος κύματος των 500 nm για σύγκριση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3-2(β), η μετάδοση του καθαρού φιλμ HPS είναι χαμηλότερη από εκείνη του καθαρού φιλμ HPMC και με την αύξηση του περιεχομένου HPMC, η μετάδοση μειώνεται πρώτα, και στη συνέχεια αυξήθηκε μετά την επίτευξη της ελάχιστης τιμής. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC αυξήθηκε στο 70%, η διαπερατότητα φωτός του σύνθετου φιλμ ήταν μεγαλύτερη από αυτή του καθαρού HPS. Είναι ευρέως γνωστό ότι ένα ομοιογενές σύστημα θα επιδεικνύει καλύτερη διαπερατότητα φωτός και η τιμή διαπερατότητάς του που μετράται με υπεριώδη ακτινοβολία είναι γενικά υψηλότερη. Τα ανομοιογενή υλικά είναι γενικά πιο αδιαφανή και έχουν χαμηλότερες τιμές διαπερατότητας UV. Οι τιμές διαπερατότητας των σύνθετων μεμβρανών (7:3, 5:5) ήταν χαμηλότερες από αυτές των καθαρών μεμβρανών HPS και HPMC, υποδεικνύοντας ότι υπήρχε ένας ορισμένος βαθμός διαχωρισμού φάσης μεταξύ των δύο συστατικών του HPS και του HPMC.

Εικ. 3-2 Φάσματα υπεριώδους ακτινοβολίας σε όλα τα μήκη κύματος (a) και στα 500 nm (b), για μεμβράνες μίγματος HPS/HPMC. Η γραμμή αντιπροσωπεύει τις μέσες ± τυπικές αποκλίσεις. ac: διαφορετικά γράμματα είναι σημαντικά διαφορετικά με διάφορους λόγους ανάμειξης (p < 0,05), που εφαρμόζονται στην πλήρη διατριβή

3.3.3 Δυναμική θερμομηχανική ανάλυση βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών

Το σχήμα 3-3 δείχνει τις δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες των βρώσιμων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικές συνθέσεις. Μπορεί να φανεί από το Σχ. 3-3(α) ότι ο συντελεστής αποθήκευσης (Ε') μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC. Επιπλέον, ο συντελεστής αποθήκευσης όλων των δειγμάτων μειώθηκε σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας, εκτός από το ότι ο συντελεστής αποθήκευσης καθαρού φιλμ HPS (10:0) αυξήθηκε ελαφρά μετά την αύξηση της θερμοκρασίας στους 70 °C. Σε υψηλή θερμοκρασία, για το σύνθετο φιλμ με υψηλή περιεκτικότητα HPMC, ο συντελεστής αποθήκευσης του σύνθετου φιλμ έχει μια εμφανή πτωτική τάση με την αύξηση της θερμοκρασίας. ενώ για το δείγμα με υψηλή περιεκτικότητα σε HPS, ο συντελεστής αποθήκευσης μειώνεται ελαφρά μόνο με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Εικ. 3-3 Συντελεστής αποθήκευσης (Ε') (α) και εφαπτομένη απώλειας (tan δ) (β) μεμβρανών ανάμειξης HPS/HPMC

Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 3-3(β) ότι τα δείγματα με περιεκτικότητα HPMC υψηλότερη από 30% (5:5, 3:7, 0:10) δείχνουν όλα μια κορυφή μετάπτωσης υάλου και με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, η μετάπτωση γυαλιού η θερμοκρασία μετάβασης μετατοπίστηκε σε υψηλή θερμοκρασία, υποδεικνύοντας ότι η ευελιξία της αλυσίδας πολυμερούς HPMC μειώθηκε. Από την άλλη πλευρά, η καθαρή μεμβράνη HPS παρουσιάζει μια μεγάλη κορυφή περιβλήματος γύρω στους 67 °C, ενώ η σύνθετη μεμβράνη με περιεκτικότητα 70% HPS δεν έχει εμφανή υαλώδη μετάπτωση. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός αλληλεπίδρασης μεταξύ HPMC και HPS, περιορίζοντας έτσι την κίνηση των μοριακών τμημάτων των HPMC και HPS.

3.3.4 Ανάλυση θερμικής σταθερότητας βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών

Εικ. 3-4 Καμπύλες TGA (α) και καμπύλες παραγώγων τους (DTG) (β) μεμβρανών ανάμειξης HPS/HPMC

Η θερμική σταθερότητα του βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS δοκιμάστηκε με θερμοβαρυμετρικό αναλυτή. Το σχήμα 3-4 δείχνει τη θερμοβαρυμετρική καμπύλη (TGA) και την καμπύλη ρυθμού απώλειας βάρους (DTG) του σύνθετου φιλμ. Από την καμπύλη TGA στο Σχήμα 3-4(α), μπορεί να φανεί ότι τα δείγματα σύνθετης μεμβράνης με διαφορετικές αναλογίες δείχνουν δύο προφανή στάδια θερμοβαρυμετρικής αλλαγής με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η εξάτμιση του νερού που προσροφάται από το μακρομόριο πολυσακχαρίτη έχει ως αποτέλεσμα μια μικρή φάση απώλειας βάρους στους 30–180 °C πριν συμβεί η πραγματική θερμική αποικοδόμηση. Στη συνέχεια, υπάρχει μια μεγαλύτερη φάση απώλειας βάρους στους 300~450 °C, εδώ η φάση θερμικής αποδόμησης των HPMC και HPS.

Από τις καμπύλες DTG στο Σχήμα 3-4(β), μπορεί να φανεί ότι οι μέγιστες θερμοκρασίες θερμικής αποδόμησης του καθαρού HPS και του καθαρού HPMC είναι 338 °C και 400 °C, αντίστοιχα, και η μέγιστη θερμοκρασία θερμικής αποδόμησης του καθαρού HPMC είναι υψηλότερο από αυτό του HPS, υποδεικνύοντας ότι το HPMC Καλύτερη θερμική σταθερότητα από το HPS. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC ήταν 30% (7:3), εμφανίστηκε μια μοναδική κορυφή στους 347 °C, που αντιστοιχεί στη χαρακτηριστική κορυφή του HPS, αλλά η θερμοκρασία ήταν υψηλότερη από την κορυφή θερμικής αποικοδόμησης του HPS. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC ήταν 70% (3:7), μόνο η χαρακτηριστική κορυφή του HPMC εμφανίστηκε στους 400 °C. όταν η περιεκτικότητα σε HPMC ήταν 50%, εμφανίστηκαν δύο κορυφές θερμικής αποδόμησης στην καμπύλη DTG, 345 °C και 396 °C, αντίστοιχα. Οι κορυφές αντιστοιχούν στις χαρακτηριστικές κορυφές των HPS και HPMC, αντίστοιχα, αλλά η κορυφή θερμικής αποικοδόμησης που αντιστοιχεί στο HPS είναι μικρότερη και και οι δύο κορυφές έχουν μια συγκεκριμένη μετατόπιση. Μπορεί να φανεί ότι οι περισσότερες από τις σύνθετες μεμβράνες εμφανίζουν μόνο μια χαρακτηριστική μονή κορυφή που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο συστατικό και μετατοπίζονται σε σύγκριση με την καθαρή μεμβράνη συστατικού, πράγμα που δείχνει ότι υπάρχει κάποια διαφορά μεταξύ των συστατικών HPMC και HPS. βαθμό συμβατότητας. Η μέγιστη θερμοκρασία θερμικής αποικοδόμησης της σύνθετης μεμβράνης ήταν υψηλότερη από αυτή του καθαρού HPS, υποδεικνύοντας ότι το HPMC θα μπορούσε να βελτιώσει τη θερμική σταθερότητα της μεμβράνης HPS σε κάποιο βαθμό.

3.3.5 Ανάλυση μηχανικών ιδιοτήτων βρώσιμου σύνθετου φιλμ

Οι ιδιότητες εφελκυσμού των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες μετρήθηκαν με μηχανικό αναλυτή ιδιοτήτων στους 25 °C, σχετική υγρασία 57% και 75%. Το σχήμα 3-5 δείχνει το μέτρο ελαστικότητας (α), την επιμήκυνση στη θραύση (b) και την αντοχή εφελκυσμού (c) των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες υπό διαφορετική σχετική υγρασία. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι όταν η σχετική υγρασία είναι 57%, το μέτρο ελαστικότητας και η αντοχή εφελκυσμού του καθαρού φιλμ HPS είναι το μεγαλύτερο και το καθαρό HPMC είναι το μικρότερο. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό των σύνθετων μεμβρανών αυξάνονταν συνεχώς. Η επιμήκυνση στο σπάσιμο της καθαρής μεμβράνης HPMC είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη της καθαρής μεμβράνης HPS και και οι δύο είναι μεγαλύτερη από αυτή της σύνθετης μεμβράνης.

Όταν η σχετική υγρασία ήταν υψηλότερη (75%) σε σύγκριση με τη σχετική υγρασία 57%, ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό όλων των δειγμάτων μειώθηκαν, ενώ η επιμήκυνση στο σπάσιμο αυξήθηκε σημαντικά. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το νερό, ως γενικευμένος πλαστικοποιητής, μπορεί να αραιώσει τη μήτρα HPMC και HPS, να μειώσει τη δύναμη μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων και να βελτιώσει την κινητικότητα των πολυμερών τμημάτων. Σε υψηλή σχετική υγρασία, το μέτρο ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό των καθαρών μεμβρανών HPMC ήταν υψηλότερα από εκείνα των καθαρών μεμβρανών HPS, αλλά η επιμήκυνση στο σπάσιμο ήταν μικρότερη, αποτέλεσμα που ήταν εντελώς διαφορετικό από τα αποτελέσματα σε χαμηλή υγρασία. Αξίζει να σημειωθεί ότι η διακύμανση των μηχανικών ιδιοτήτων των σύνθετων μεμβρανών με αναλογίες συστατικών σε υψηλή υγρασία 75% είναι εντελώς αντίθετη από αυτή σε χαμηλή υγρασία σε σύγκριση με την περίπτωση με σχετική υγρασία 57%. Υπό υψηλή υγρασία, η περιεκτικότητα σε υγρασία του φιλμ αυξάνεται και το νερό όχι μόνο έχει μια ορισμένη πλαστικοποιητική επίδραση στη μήτρα του πολυμερούς, αλλά προάγει επίσης την ανακρυστάλλωση του αμύλου. Σε σύγκριση με το HPMC, το HPS έχει ισχυρότερη τάση να ανακρυσταλλώνεται, επομένως η επίδραση της σχετικής υγρασίας στο HPS είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του HPMC.

Εικ. 3-5 Ιδιότητες εφελκυσμού μεμβρανών HPS/HPMC με διαφορετικές αναλογίες HPS/HPMC που εξισορροπούνται υπό διαφορετικές συνθήκες σχετικής ταπεινότητας (RH). *: διαφορετικά αριθμητικά γράμματα διαφέρουν σημαντικά με διάφορα RH, που εφαρμόζονται στην πλήρη διατριβή

3.3.6 Ανάλυση διαπερατότητας οξυγόνου βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών

Η βρώσιμη σύνθετη μεμβράνη χρησιμοποιείται ως υλικό συσκευασίας τροφίμων για την παράταση της διάρκειας ζωής των τροφίμων και η απόδοση φραγμού οξυγόνου είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες. Επομένως, οι ρυθμοί μετάδοσης οξυγόνου των βρώσιμων μεμβρανών με διαφορετικές αναλογίες HPMC/HPS μετρήθηκαν σε θερμοκρασία 23 °C και τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 3-6. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η διαπερατότητα οξυγόνου της καθαρής μεμβράνης HPS είναι σημαντικά χαμηλότερη από αυτή της καθαρής μεμβράνης HPMC, υποδεικνύοντας ότι η μεμβράνη HPS έχει καλύτερες ιδιότητες φραγμού οξυγόνου από τη μεμβράνη HPMC. Λόγω του χαμηλού ιξώδους και της ύπαρξης άμορφων περιοχών, το HPMC είναι εύκολο να σχηματίσει μια σχετικά χαλαρή δομή δικτύου χαμηλής πυκνότητας στο φιλμ. σε σύγκριση με το HPS, έχει μεγαλύτερη τάση να ανακρυσταλλώνεται και είναι εύκολο να σχηματιστεί μια πυκνή δομή στο φιλμ. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι οι μεμβράνες αμύλου έχουν καλές ιδιότητες φραγμού οξυγόνου σε σύγκριση με άλλα πολυμερή [139, 301, 335, 336].

Εικ. 3-6 Διαπερατότητα οξυγόνου μεμβρανών μίγματος HPS/HPMC

Η προσθήκη HPS μπορεί να μειώσει σημαντικά τη διαπερατότητα οξυγόνου των μεμβρανών HPMC και η διαπερατότητα οξυγόνου των σύνθετων μεμβρανών μειώνεται απότομα με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS. Η προσθήκη του αδιαπέρατου από οξυγόνο HPS μπορεί να αυξήσει τη στρέψη του καναλιού οξυγόνου στη σύνθετη μεμβράνη, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε μείωση του ρυθμού διείσδυσης οξυγόνου και τελικά χαμηλότερη διαπερατότητα οξυγόνου. Παρόμοια αποτελέσματα έχουν αναφερθεί και για άλλα αυτοφυή άμυλα [139,301].

3.4 Περίληψη αυτού του κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, χρησιμοποιώντας HPMC και HPS ως βασικές πρώτες ύλες και προσθέτοντας πολυαιθυλενογλυκόλη ως πλαστικοποιητή, παρασκευάστηκαν τα βρώσιμα σύνθετα φιλμ HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες με τη μέθοδο χύτευσης. Η επίδραση των εγγενών ιδιοτήτων των συστατικών και της αναλογίας σύνθεσης στη μικροσκοπική μορφολογία της σύνθετης μεμβράνης μελετήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Οι μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης μελετήθηκαν από τον ελεγκτή μηχανικών ιδιοτήτων. Η επίδραση των εγγενών ιδιοτήτων των συστατικών και της αναλογίας σύνθεσης στις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και τη διαπερατότητα φωτός του σύνθετου φιλμ μελετήθηκε με ελεγκτή διαπερατότητας οξυγόνου και φασματοφωτόμετρο UV-vis. Χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, θερμοβαρυμετρική ανάλυση και δυναμική θερμική ανάλυση. Η μηχανική ανάλυση και άλλες αναλυτικές μέθοδοι χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της συμβατότητας και του διαχωρισμού φάσεων του συστήματος ένωσης κρύου-θερμού γέλης. Τα κύρια ευρήματα είναι τα εξής:

1. Σε σύγκριση με το καθαρό HPMC, το καθαρό HPS είναι πιο εύκολο να σχηματίσει μια ομοιογενή και λεία μικροσκοπική μορφολογία επιφάνειας. Αυτό οφείλεται κυρίως στην καλύτερη μοριακή αναδιάταξη των μακρομορίων αμύλου (μόρια αμυλόζης και μόρια αμυλοπηκτίνης) στο υδατικό διάλυμα αμύλου κατά τη διαδικασία ψύξης.
2. Οι ενώσεις με υψηλή περιεκτικότητα HPMC είναι πιο πιθανό να σχηματίσουν ομοιογενείς δομές μεμβράνης. Αυτό βασίζεται κυρίως στις ιδιότητες γέλης των HPMC και HPS. Στη θερμοκρασία σχηματισμού φιλμ, τα HPMC και HPS εμφανίζουν μια κατάσταση διαλύματος χαμηλού ιξώδους και μια κατάσταση γέλης υψηλού ιξώδους, αντίστοιχα. Η διασπαρμένη φάση υψηλού ιξώδους διασπείρεται στη συνεχή φάση χαμηλού ιξώδους. , είναι πιο εύκολο να σχηματιστεί ένα ομοιογενές σύστημα.
3. Η σχετική υγρασία έχει σημαντική επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS και ο βαθμός της επίδρασής της αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS. Σε χαμηλότερη σχετική υγρασία, τόσο ο συντελεστής ελαστικότητας όσο και η αντοχή σε εφελκυσμό των σύνθετων μεμβρανών αυξήθηκαν με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS και η επιμήκυνση στο σπάσιμο των σύνθετων μεμβρανών ήταν σημαντικά χαμηλότερη από εκείνη των φιλμ καθαρών συστατικών. Με την αύξηση της σχετικής υγρασίας, ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό του σύνθετου φιλμ μειώθηκαν και η επιμήκυνση στο σπάσιμο αυξήθηκε σημαντικά και η σχέση μεταξύ των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου φιλμ και της αναλογίας σύνθεσης έδειξε ένα εντελώς αντίθετο μοτίβο αλλαγής κάτω από διαφορετικά σχετική υγρασία. Οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης δείχνουν μια τομή υπό διαφορετικές συνθήκες σχετικής υγρασίας, γεγονός που παρέχει τη δυνατότητα βελτιστοποίησης της απόδοσης του προϊόντος σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής.
4. Η προσθήκη HPS βελτίωσε σημαντικά τις ιδιότητες φραγμού οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης. Η διαπερατότητα οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης μειώθηκε απότομα με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS.
5. Στο σύστημα ενώσεων κρύας και ζεστής γέλης HPMC/HPS, υπάρχει μια ορισμένη συμβατότητα μεταξύ των δύο συστατικών. Δεν βρέθηκε προφανής διεπαφή δύο φάσεων στις εικόνες SEM όλων των σύνθετων μεμβρανών, τα περισσότερα από τα σύνθετα φιλμ είχαν μόνο ένα σημείο μετάβασης γυαλιού στα αποτελέσματα DMA και μόνο μία κορυφή θερμικής αποικοδόμησης εμφανίστηκε στις καμπύλες DTG του μεγαλύτερου μέρους του σύνθετου υλικού ταινίες. Δείχνει ότι υπάρχει μια ορισμένη περιγραφικότητα μεταξύ HPMC και HPS.

Τα παραπάνω πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η σύνθεση των HPS και HPMC μπορεί όχι μόνο να μειώσει το κόστος παραγωγής βρώσιμου φιλμ HPMC, αλλά και να βελτιώσει την απόδοσή του. Οι μηχανικές ιδιότητες, οι ιδιότητες φραγμού οξυγόνου και οι οπτικές ιδιότητες του βρώσιμου σύνθετου φιλμ μπορούν να επιτευχθούν ρυθμίζοντας την αναλογία σύνθεσης των δύο συστατικών και τη σχετική υγρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος.

Κεφάλαιο 4 Σχέση μεταξύ της μικρομορφολογίας και των μηχανικών ιδιοτήτων του συστήματος HPMC/HPS Compound

Σε σύγκριση με την υψηλότερη εντροπία ανάμειξης κατά την ανάμειξη κραμάτων μετάλλων, η εντροπία ανάμειξης κατά την ανάμειξη πολυμερούς είναι συνήθως πολύ μικρή και η θερμότητα της ένωσης κατά την ανάμειξη είναι συνήθως θετική, με αποτέλεσμα διαδικασίες σύνθεσης πολυμερούς. Η αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs είναι θετική (���>), επομένως, τα σκευάσματα πολυμερών τείνουν να σχηματίζουν συστήματα δύο φάσεων διαχωρισμένων φάσεων και τα πλήρως συμβατά πολυμερή σκευάσματα είναι πολύ σπάνια [242].

Τα συστήματα αναμίξιμων ενώσεων μπορούν συνήθως να επιτύχουν αναμειξιμότητα σε μοριακό επίπεδο στη θερμοδυναμική και να σχηματίσουν ομοιογενείς ενώσεις, επομένως τα περισσότερα συστήματα πολυμερών ενώσεων είναι μη αναμίξιμα. Ωστόσο, πολλά συστήματα πολυμερών ενώσεων μπορούν να φτάσουν σε μια συμβατή κατάσταση υπό ορισμένες συνθήκες και να γίνουν σύνθετα συστήματα με ορισμένη συμβατότητα [257].

Οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών σύνθετων συστημάτων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αλληλεπίδραση και τη μορφολογία φάσης των συστατικών τους, ιδιαίτερα τη συμβατότητα μεταξύ των συστατικών και τη σύνθεση συνεχών και διεσπαρμένων φάσεων [301]. Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να μελετήσουμε τη μικροσκοπική μορφολογία και τις μακροσκοπικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος και να καθορίσουμε τη σχέση μεταξύ τους, η οποία είναι μεγάλης σημασίας για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών ελέγχοντας τη δομή φάσης και τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος.

Στη διαδικασία μελέτης της μορφολογίας και του διαγράμματος φάσης του σύνθετου συστήματος, είναι πολύ σημαντικό να επιλέγουμε κατάλληλα μέσα για να διακρίνουμε διαφορετικά συστατικά. Ωστόσο, η διάκριση μεταξύ HPMC και HPS είναι αρκετά δύσκολη, επειδή και τα δύο έχουν καλή διαφάνεια και παρόμοιο δείκτη διάθλασης, επομένως είναι δύσκολο να διακριθούν τα δύο συστατικά με οπτικό μικροσκόπιο. Επιπλέον, επειδή και τα δύο είναι οργανικά υλικά με βάση τον άνθρακα, επομένως και τα δύο έχουν παρόμοια απορρόφηση ενέργειας, επομένως είναι επίσης δύσκολο για το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης να διακρίνει με ακρίβεια το ζεύγος των συστατικών. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία μετασχηματισμού Fourier μπορεί να αντικατοπτρίζει τις αλλαγές στη μορφολογία και στο διάγραμμα φάσης του συστήματος συμπλόκου πρωτεΐνης-αμύλου με την αναλογία εμβαδού της ζώνης πολυσακχαρίτη στα 1180-953 cm-1 και της ζώνης αμιδίου στα 1750-1483 cm-1 [52, 337], αλλά αυτή η τεχνική είναι πολύ περίπλοκη και τυπικά απαιτεί τεχνικές υπέρυθρων μετασχηματισμού Fourier ακτινοβολίας σύγχροτρον για τη δημιουργία επαρκούς αντίθεσης για υβριδικά συστήματα HPMC/HPS. Υπάρχουν επίσης τεχνικές για την επίτευξη αυτού του διαχωρισμού των συστατικών, όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης και η σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας, αλλά αυτές οι τεχνικές είναι συνήθως πολύπλοκες [338]. Σε αυτό το θέμα, χρησιμοποιείται η απλή μέθοδος ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου και η αρχή ότι η τελική ομάδα της ελικοειδούς δομής αμυλόζης μπορεί να αντιδράσει με το ιώδιο για να σχηματίσει σύμπλοκα εγκλεισμού χρησιμοποιείται για τη βαφή του συστήματος ένωσης HPMC/HPS με βαφή ιωδίου. ότι HPS Τα εξαρτήματα διακρίνονταν από τα συστατικά HPMC από τα διαφορετικά τους χρώματα κάτω από το μικροσκόπιο φωτός. Ως εκ τούτου, η μέθοδος ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου βαφής με ιώδιο είναι μια απλή και αποτελεσματική ερευνητική μέθοδος για τη μορφολογία και το διάγραμμα φάσεων σύνθετων συστημάτων με βάση το άμυλο.

Σε αυτό το κεφάλαιο, η μικροσκοπική μορφολογία, η κατανομή φάσης, η μετάβαση φάσης και άλλες μικροδομές του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μελετήθηκαν μέσω ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου. και μηχανικές ιδιότητες και άλλες μακροσκοπικές ιδιότητες. και μέσω της ανάλυσης συσχέτισης της μικροσκοπικής μορφολογίας και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων των διαφορετικών συγκεντρώσεων διαλύματος και αναλογιών σύνθεσης, διαπιστώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του συστήματος ένωσης HPMC/HPS, προκειμένου να ελεγχθεί η HPMC/HPS. Παρέχετε τη βάση για τις ιδιότητες των σύνθετων υλικών.

4.1 Υλικά και Εξοπλισμός

4.1.1 Κύρια πειραματικά υλικά

4.2 Πειραματική μέθοδος

4.2.1 Παρασκευή διαλύματος ένωσης HPMC/HPS

Παρασκευάστε διάλυμα HPMC και διάλυμα HPS σε συγκέντρωση 3%, 5%, 7% και 9%, βλ. 2.2.1 για τη μέθοδο παρασκευής. Αναμείξτε διάλυμα HPMC και διάλυμα HPS σύμφωνα με 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Διαφορετικές αναλογίες αναμίχθηκαν με ταχύτητα 250 rmp/min στους 21 °C για 30 λεπτά και ελήφθησαν μικτά διαλύματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις και διαφορετικές αναλογίες.

4.2.2 Παρασκευή σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS

Βλέπε 3.2.1.

4.2.3 Παρασκευή σύνθετων καψουλών HPMC/HPS

Ανατρέξτε στο διάλυμα που παρασκευάστηκε με τη μέθοδο στο 2.2.1, χρησιμοποιήστε ένα καλούπι από ανοξείδωτο χάλυβα για εμβάπτιση και στεγνώστε το στους 37 °C. Τραβήξτε έξω τις αποξηραμένες κάψουλες, κόψτε την περίσσεια και βάλτε τις μαζί για να σχηματίσουν ένα ζευγάρι.

4.2.4 Οπτικό μικροσκόπιο σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS

4.2.4.1 Αρχές ανάλυσης οπτικής μικροσκοπίας

Το οπτικό μικροσκόπιο χρησιμοποιεί την οπτική αρχή της μεγεθυντικής απεικόνισης από έναν κυρτό φακό και χρησιμοποιεί δύο συγκλίνοντες φακούς για να επεκτείνει τη γωνία ανοίγματος των κοντινών μικροσκοπικών ουσιών στα μάτια και να μεγεθύνει το μέγεθος των μικροσκοπικών ουσιών που δεν μπορεί να διακρίνει το ανθρώπινο μάτι έως ότου το μέγεθος των ουσιών μπορεί να διακριθεί από το ανθρώπινο μάτι.

4.2.4.2 Μέθοδος δοκιμής

Τα διαλύματα ένωσης HPMC/HPS διαφορετικών συγκεντρώσεων και αναλογιών σύνθεσης αφαιρέθηκαν στους 21 °C, έπεσαν σε γυάλινη πλάκα, χύθηκαν σε ένα λεπτό στρώμα και ξηράνθηκαν στην ίδια θερμοκρασία. Οι μεμβράνες χρωματίστηκαν με διάλυμα ιωδίου 1% (1 g ιωδίου και 10 g ιωδιούχου καλίου τοποθετήθηκαν σε ογκομετρική φιάλη 100 mL και διαλύθηκαν σε αιθανόλη), τοποθετήθηκαν στο πεδίο μικροσκοπίου φωτός για παρατήρηση και φωτογραφήθηκαν.

4.2.5 Διαπερατότητα φωτός σύνθετου φιλμ HPMC/HPS

4.2.5.1 Αρχή ανάλυσης της φασματοφωτομετρίας UV-vis

Ίδιο με το 3.2.3.1.

4.2.5.1 Μέθοδος δοκιμής

Βλέπε 3.2.3.2.

4.2.6 Ιδιότητες εφελκυσμού σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

4.2.6.1 Αρχή ανάλυσης ιδιοτήτων εφελκυσμού

Ίδιο με το 3.2.3.1.

4.2.6.1 Μέθοδος δοκιμής

Τα δείγματα δοκιμάστηκαν μετά από εξισορρόπηση σε υγρασία 73% για 48 ώρες. Δείτε 3.2.3.2 για τη μέθοδο δοκιμής.

4.3 Αποτελέσματα και συζήτηση

4.3.1 Παρατήρηση διαφάνειας προϊόντος

Το Σχήμα 4-1 δείχνει βρώσιμα φιλμ και κάψουλες που παρασκευάζονται με σύνθεση HPMC και HPS σε αναλογία σύνθεσης 70:30. Όπως φαίνεται από το σχήμα, τα προϊόντα έχουν καλή διαφάνεια, γεγονός που δείχνει ότι τα HPMC και HPS έχουν παρόμοιους δείκτες διάθλασης και μπορεί να ληφθεί μια ομοιογενής ένωση μετά την ένωση των δύο.

4.3.2 Εικόνες με οπτικό μικροσκόπιο συμπλεγμάτων HPMC/HPS πριν και μετά τη χρώση

Το Σχήμα 4-2 δείχνει την τυπική μορφολογία πριν και μετά τη βαφή των συμπλεγμάτων HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης που παρατηρούνται κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο. Όπως φαίνεται από το σχήμα, είναι δύσκολο να διακρίνει κανείς τη φάση HPMC και τη φάση HPS στο μη χρωματισμένο σχήμα. το βαμμένο καθαρό HPMC και το καθαρό HPS παρουσιάζουν τα δικά τους μοναδικά χρώματα, γεγονός που οφείλεται στο ότι η αντίδραση του HPS και του ιωδίου μέσω της χρώσης ιωδίου Το χρώμα του γίνεται πιο σκούρο. Επομένως, οι δύο φάσεις στο σύστημα ένωσης HPMC/HPS διακρίνονται απλά και ξεκάθαρα, γεγονός που αποδεικνύει περαιτέρω ότι τα HPMC και HPS δεν είναι αναμίξιμα και δεν μπορούν να σχηματίσουν μια ομοιογενή ένωση. Όπως φαίνεται από το σχήμα, καθώς αυξάνεται το περιεχόμενο HPS, η περιοχή της σκοτεινής περιοχής (φάση HPS) στο σχήμα συνεχίζει να αυξάνεται όπως αναμένεται, επιβεβαιώνοντας έτσι ότι κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας λαμβάνει χώρα αναδιάταξη δύο φάσεων. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι μεγαλύτερη από 40%, το HPMC παρουσιάζει την κατάσταση συνεχούς φάσης και το HPS διασπείρεται στη συνεχή φάση του HPMC ως διασκορπισμένη φάση. Αντίθετα, όταν το περιεχόμενο του HPMC είναι χαμηλότερο από 40%, το HPS παρουσιάζει μια κατάσταση συνεχούς φάσης και το HPMC διασπείρεται στη συνεχή φάση του HPS ως διασκορπισμένη φάση. Επομένως, στο διάλυμα ένωσης 5% HPMC/HPS, με την αυξανόμενη περιεκτικότητα σε HPS, συνέβη το αντίθετο όταν η αναλογία ένωσης ήταν HPMC/HPS 40:60. Η συνεχής φάση αλλάζει από την αρχική φάση HPMC στην τελευταία φάση HPS. Παρατηρώντας το σχήμα της φάσης, μπορεί να φανεί ότι η φάση HPMC στη μήτρα HPS είναι σφαιρική μετά τη διασπορά, ενώ το διάσπαρτο σχήμα της φάσης HPS στη μήτρα HPMC είναι πιο ακανόνιστο.

Επιπλέον, με τον υπολογισμό του λόγου του εμβαδού της ανοιχτόχρωμης περιοχής (HPMC) προς τη σκουρόχρωμη περιοχή (HPS) στο σύμπλεγμα HPMC/HPS μετά τη βαφή (χωρίς να ληφθεί υπόψη η κατάσταση της μεσόφασης), βρέθηκε ότι η περιοχή HPMC (ανοιχτό χρώμα)/HPS (σκούρο χρώμα) στο σχήμα Η αναλογία είναι πάντα μεγαλύτερη από την πραγματική αναλογία ένωσης HPMC/HPS. Για παράδειγμα, στο διάγραμμα χρώσης της ένωσης HPMC/HPS με αναλογία ένωσης 50:50, το εμβαδόν του HPS στην περιοχή ενδιάμεσης φάσης δεν υπολογίζεται και η αναλογία φωτεινής/σκοτεινής περιοχής είναι 71/29. Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει την ύπαρξη μεγάλου αριθμού μεσοφάσεων στο σύνθετο σύστημα HPMC/HPS.

Είναι πολύ γνωστό ότι τα πλήρως συμβατά συστήματα σύνθεσης πολυμερών είναι αρκετά σπάνια επειδή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης πολυμερούς, η θερμότητα της σύνθεσης είναι συνήθως θετική και η εντροπία της ένωσης συνήθως αλλάζει ελάχιστα, με αποτέλεσμα η ελεύθερη ενέργεια κατά τη διάρκεια της σύνθεσης να μεταβάλλεται σε θετική τιμή. Ωστόσο, στο σύστημα ενώσεων HPMC/HPS, τα HPMC και HPS εξακολουθούν να υπόσχονται να δείξουν μεγαλύτερο βαθμό συμβατότητας, επειδή τα HPMC και HPS είναι αμφότερα υδρόφιλοι πολυσακχαρίτες, έχουν την ίδια δομική μονάδα - γλυκόζη και περνούν από την ίδια λειτουργική ομάδα τροποποιημένη με υδροξυπροπυλ. Το φαινόμενο των πολλαπλών μεσοφάσεων στο σύστημα ένωσης HPMC/HPS υποδεικνύει επίσης ότι τα HPMC και HPS στην ένωση έχουν έναν ορισμένο βαθμό συμβατότητας και ένα παρόμοιο φαινόμενο εμφανίζεται στο σύστημα μίγματος αμύλου-πολυβινυλικής αλκοόλης με προστιθέμενο πλαστικοποιητή. εμφανίστηκε επίσης [339].

4.3.3 Η σχέση μεταξύ της μικροσκοπικής μορφολογίας και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος

Μελετήθηκε λεπτομερώς η σχέση μεταξύ της μορφολογίας, του φαινομένου διαχωρισμού φάσης, της διαφάνειας και των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. Το Σχήμα 4-3 δείχνει την επίδραση του περιεχομένου HPS στις μακροσκοπικές ιδιότητες όπως η διαφάνεια και ο συντελεστής εφελκυσμού του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η διαφάνεια του καθαρού HPMC είναι υψηλότερη από αυτή του καθαρού HPS, κυρίως επειδή η ανακρυστάλλωση του αμύλου μειώνει τη διαφάνεια του HPS και η τροποποίηση υδροξυπροπυλίου του αμύλου είναι επίσης ένας σημαντικός λόγος για τη μείωση της διαφάνειας του HPS [340, 341]. Μπορεί να βρεθεί από το σχήμα ότι η μετάδοση του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS θα έχει μια ελάχιστη τιμή με τη διαφορά του περιεχομένου HPS. Η διαπερατότητα του σύνθετου συστήματος, στο εύρος της περιεκτικότητας σε HPS κάτω από 70%, αυξάνεται μεiΤο t μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS. όταν το περιεχόμενο HPS υπερβαίνει το 70%, αυξάνεται με την αύξηση του περιεχομένου HPS. Αυτό το φαινόμενο σημαίνει ότι το σύστημα ένωσης HPMC/HPS είναι μη αναμίξιμο, επειδή το φαινόμενο διαχωρισμού φάσης του συστήματος οδηγεί στη μείωση της διαπερατότητας του φωτός. Αντίθετα, ο συντελεστής Young του σύνθετου συστήματος εμφανίστηκε επίσης ένα ελάχιστο σημείο με τις διαφορετικές αναλογίες, και ο συντελεστής Young συνέχισε να μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS και έφτασε στο χαμηλότερο σημείο όταν η περιεκτικότητα σε HPS ήταν 60%. Ο συντελεστής συνέχισε να αυξάνεται και ο συντελεστής αυξήθηκε ελαφρά. Ο συντελεστής Young του συστήματος ένωσης HPMC/HPS έδειξε μια ελάχιστη τιμή, η οποία έδειξε επίσης ότι το σύστημα ένωσης ήταν ένα μη αναμίξιμο σύστημα. Το χαμηλότερο σημείο μετάδοσης φωτός του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS είναι σύμφωνο με το σημείο μετάβασης φάσης της συνεχούς φάσης HPMC σε διασκορπισμένη φάση και το χαμηλότερο σημείο της τιμής συντελεστή μέτρησης του Young στο Σχήμα 4-2.

4.3.4 Η επίδραση της συγκέντρωσης του διαλύματος στη μικροσκοπική μορφολογία του σύνθετου συστήματος

Το Σχήμα 4-4 δείχνει την επίδραση της συγκέντρωσης διαλύματος στη μορφολογία και τη μετάπτωση φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η χαμηλή συγκέντρωση του συστήματος ένωσης HPMC/HPS 3%, στην αναλογία ένωσης HPMC/HPS είναι 40:60, μπορεί να παρατηρηθεί η εμφάνιση συν-συνεχούς δομής. ενώ στην υψηλή συγκέντρωση διαλύματος 7%, αυτή η συν-συνεχής δομή παρατηρείται στο σχήμα με αναλογία σύνθεσης 50:50. Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι το σημείο μετάβασης φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS έχει μια ορισμένη εξάρτηση από τη συγκέντρωση και η αναλογία ένωσης HPMC/HPS της μετάβασης φάσης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος ένωσης και το HPS τείνει να σχηματίζει μια συνεχή φάση . . Επιπλέον, οι περιοχές HPS που διασκορπίστηκαν στη συνεχή φάση HPMC έδειξαν παρόμοια σχήματα και μορφολογίες με την αλλαγή της συγκέντρωσης. ενώ οι διασπαρμένες φάσεις HPMC που διασκορπίστηκαν στη συνεχή φάση HPS παρουσίασαν διαφορετικά σχήματα και μορφολογίες σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. και με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η περιοχή διασποράς του HPMC γινόταν όλο και πιο ακανόνιστη. Ο κύριος λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι ότι το ιξώδες του διαλύματος HPS είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του διαλύματος HPMC σε θερμοκρασία δωματίου και η τάση της φάσης HPMC να σχηματίζει μια καθαρή σφαιρική κατάσταση καταστέλλεται λόγω της επιφανειακής τάσης.

4.3.5 Επίδραση της συγκέντρωσης του διαλύματος στις μηχανικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης

Αντίστοιχα με τις μορφολογίες του Σχ. 4-4, το Σχ. 4-5 δείχνει τις ιδιότητες εφελκυσμού των σύνθετων μεμβρανών που σχηματίζονται κάτω από διαλύματα διαφορετικής συγκέντρωσης. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι ο συντελεστής και η επιμήκυνση του Young στη θραύση του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS τείνουν να μειώνονται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η οποία είναι συνεπής με τον σταδιακό μετασχηματισμό του HPMC από συνεχή φάση σε διασκορπισμένη φάση στο Σχήμα 4. -4. Η μικροσκοπική μορφολογία είναι συνεπής. Δεδομένου ότι ο συντελεστής του ομοπολυμερούς HPMC του Young είναι υψηλότερος από αυτόν του HPS, προβλέπεται ότι ο συντελεστής του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS του Young θα βελτιωθεί όταν το HPMC είναι η συνεχής φάση.

4.4 Περίληψη αυτού του κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, παρασκευάστηκαν διαλύματα ενώσεων HPMC/HPS και βρώσιμα σύνθετα φιλμ με διαφορετικές συγκεντρώσεις και αναλογίες σύνθεσης και η μικροσκοπική μορφολογία και η μετάβαση φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS παρατηρήθηκαν με ανάλυση χρώσης ιωδίου με οπτικό μικροσκόπιο για τη διάκριση των φάσεων αμύλου. Η διαπερατότητα φωτός και οι μηχανικές ιδιότητες του βρώσιμου σύνθετου φιλμ HPMC/HPS μελετήθηκαν με φασματοφωτόμετρο UV-vis και ελεγκτή μηχανικών ιδιοτήτων και μελετήθηκαν οι επιδράσεις διαφορετικών συγκεντρώσεων και αναλογιών σύνθεσης στις οπτικές ιδιότητες και τις μηχανικές ιδιότητες του συστήματος σύνθεσης. Η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του συστήματος ένωσης HPMC/HPS καθορίστηκε συνδυάζοντας τη μικροδομή του σύνθετου συστήματος, όπως η μικροδομή, η μετάβαση φάσης και ο διαχωρισμός φάσης και οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι οπτικές ιδιότητες και οι μηχανικές ιδιότητες. Τα κύρια ευρήματα είναι τα εξής:

1. Η μέθοδος ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου για τη διάκριση φάσεων αμύλου με χρώση ιωδίου είναι η πιο απλή, άμεση και αποτελεσματική μέθοδος για τη μελέτη της μορφολογίας και της μετάβασης φάσης των συστημάτων ένωσης με βάση το άμυλο. Με τη χρώση με ιώδιο, η φάση του αμύλου εμφανίζεται πιο σκούρα και πιο σκούρα σε μικροσκόπιο φωτός, ενώ το HPMC δεν χρωματίζεται και επομένως εμφανίζεται πιο ανοιχτό χρώμα.
2. Το σύστημα ένωσης HPMC/HPS δεν είναι αναμίξιμο και υπάρχει ένα σημείο μετάβασης φάσης στο σύστημα ένωσης και αυτό το σημείο μετάβασης φάσης έχει μια ορισμένη εξάρτηση αναλογίας ένωσης και εξάρτηση από τη συγκέντρωση διαλύματος.
3. Το σύστημα ένωσης HPMC/HPS έχει καλή συμβατότητα και υπάρχει μεγάλος αριθμός μεσοφάσεων στο σύστημα ένωσης. Στην ενδιάμεση φάση, η συνεχής φάση διασπείρεται στη διεσπαρμένη φάση στην κατάσταση των σωματιδίων.
4. Η διεσπαρμένη φάση του HPS στη μήτρα HPMC έδειξε παρόμοιο σφαιρικό σχήμα σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Το HPMC έδειξε ακανόνιστη μορφολογία στη μήτρα HPS και η ανωμαλία της μορφολογίας αυξήθηκε με την αύξηση της συγκέντρωσης.
5. Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής, της μετάβασης φάσης, της διαφάνειας και των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. ένα. Το χαμηλότερο σημείο διαφάνειας του σύνθετου συστήματος είναι συνεπές με το σημείο μετάβασης φάσης του HPMC από τη συνεχή φάση στη διεσπαρμένη φάση και το ελάχιστο σημείο μείωσης του συντελεστή εφελκυσμού. σι. Ο συντελεστής και η επιμήκυνση του Young στο σπάσιμο μειώνονται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η οποία σχετίζεται αιτιολογικά με τη μορφολογική αλλαγή του HPMC από συνεχή φάση σε διασκορπισμένη φάση στο σύστημα ένωσης.

Συνοπτικά, οι μακροσκοπικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS σχετίζονται στενά με τη μικροσκοπική του μορφολογική δομή, τη μετάβαση φάσης, το διαχωρισμό φάσης και άλλα φαινόμενα, και οι ιδιότητες των σύνθετων υλικών μπορούν να ρυθμιστούν ελέγχοντας τη δομή φάσης και τη συμβατότητα του σύνθετου υλικού σύστημα.

Κεφάλαιο 5 Επίδραση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στις ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος HPMC/HPS Compound

Είναι γνωστό ότι μικρές αλλαγές στη χημική δομή του αμύλου μπορεί να οδηγήσουν σε δραματικές αλλαγές στις ρεολογικές του ιδιότητες. Ως εκ τούτου, η χημική τροποποίηση προσφέρει τη δυνατότητα βελτίωσης και ελέγχου των ρεολογικών ιδιοτήτων των προϊόντων με βάση το άμυλο [342]. Με τη σειρά του, ο έλεγχος της επίδρασης της χημικής δομής του αμύλου στις ρεολογικές του ιδιότητες μπορεί να κατανοήσει καλύτερα τις δομικές ιδιότητες των προϊόντων με βάση το άμυλο και να παρέχει τη βάση για το σχεδιασμό τροποποιημένων αμύλων με βελτιωμένες λειτουργικές ιδιότητες αμύλου [235]. Το υδροξυπροπυλικό άμυλο είναι ένα επαγγελματικό τροποποιημένο άμυλο που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των τροφίμων και της ιατρικής. Συνήθως παρασκευάζεται με την αντίδραση αιθεροποίησης φυσικού αμύλου με οξείδιο του προπυλενίου υπό αλκαλικές συνθήκες. Το υδροξυπροπύλιο είναι μια υδρόφιλη ομάδα. Η εισαγωγή αυτών των ομάδων στη μοριακή αλυσίδα του αμύλου μπορεί να σπάσει ή να αποδυναμώσει τους ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου που διατηρούν τη δομή των κόκκων του αμύλου. Επομένως, οι φυσικοχημικές ιδιότητες του υδροξυπροπυλικού αμύλου σχετίζονται με τον βαθμό υποκατάστασης των ομάδων υδροξυπροπυλίου στη μοριακή του αλυσίδα [233, 235, 343, 344].

Πολλές μελέτες έχουν διερευνήσει την επίδραση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στις φυσικοχημικές ιδιότητες του υδροξυπροπυλικού αμύλου. Οι Han et al. μελέτησε τις επιδράσεις του υδροξυπροπυλικού κηρώδους αμύλου και του υδροξυπροπυλικού αμύλου αραβοσίτου στη δομή και τα χαρακτηριστικά ανάδρομης αποικοδόμησης των κορεατικών κολλώσιμων κέικ ρυζιού. Η μελέτη διαπίστωσε ότι η υδροξυπροπυλίωση μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης του αμύλου και να βελτιώσει την ικανότητα συγκράτησης νερού του αμύλου. απόδοση και ανέστειλε σημαντικά το φαινόμενο γήρανσης του αμύλου σε κορεατικά κολλώδη κέικ ρυζιού [345]. Οι Kaur et al. μελέτησε την επίδραση της υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στις φυσικοχημικές ιδιότητες διαφορετικών ποικιλιών αμύλου πατάτας και διαπίστωσε ότι ο βαθμός υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης του αμύλου πατάτας διέφερε ανάλογα με τις διαφορετικές ποικιλίες και η επίδρασή του στις ιδιότητες του αμύλου με μεγάλο μέγεθος σωματιδίων Πιο σημαντική. η αντίδραση υδροξυπροπυλίωσης προκαλεί πολλά θραύσματα και αυλακώσεις στην επιφάνεια των κόκκων αμύλου. Η υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις ιδιότητες διόγκωσης, τη υδατοδιαλυτότητα και τη διαλυτότητα του αμύλου σε διμεθυλοσουλφοξείδιο και να βελτιώσει τη διαφάνεια του αμύλου της πάστας [346]. Lawal et al. μελέτησε την επίδραση της υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στις ιδιότητες του αμύλου γλυκοπατάτας. Η μελέτη έδειξε ότι μετά την τροποποίηση του υδροξυπροπυλίου, η ικανότητα ελεύθερης διόγκωσης και η υδατοδιαλυτότητα του αμύλου βελτιώθηκαν. η ανακρυστάλλωση και η ανάδρομη αποικοδόμηση του φυσικού αμύλου αναστάλθηκαν. Η πεπτικότητα βελτιώνεται [347]. Οι Schmitz et al. παρασκεύασε άμυλο υδροξυπροπυλ ταπιόκας και διαπίστωσε ότι έχει υψηλότερη ικανότητα διόγκωσης και ιξώδες, χαμηλότερο ρυθμό γήρανσης και υψηλότερη σταθερότητα κατάψυξης-απόψυξης [344].

Ωστόσο, υπάρχουν λίγες μελέτες για τις ρεολογικές ιδιότητες του υδροξυπροπυλικού αμύλου και οι επιδράσεις της τροποποίησης του υδροξυπροπυλίου στις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης των συστημάτων ενώσεων με βάση το άμυλο έχουν σπάνια αναφερθεί μέχρι στιγμής. Οι Chun et al. μελέτησε τη ρεολογία του διαλύματος υδροξυπροπυλικού αμύλου ρυζιού χαμηλής συγκέντρωσης (5%). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επίδραση της τροποποίησης του υδροξυπροπυλίου στη σταθερή και δυναμική ιξωδοελαστικότητα του διαλύματος αμύλου σχετιζόταν με το βαθμό υποκατάστασης και μια μικρή ποσότητα υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου μπορεί να αλλάξει σημαντικά τις ρεολογικές ιδιότητες των διαλυμάτων αμύλου. ο συντελεστής ιξώδους των διαλυμάτων αμύλου μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης και η εξάρτηση από τη θερμοκρασία των ρεολογικών ιδιοτήτων του αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Η ποσότητα μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης [342]. Οι Lee et al. μελέτησε την επίδραση της υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στις φυσικές ιδιότητες και τις ρεολογικές ιδιότητες του αμύλου γλυκοπατάτας και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ικανότητα διόγκωσης και η υδατοδιαλυτότητα του αμύλου αυξήθηκαν με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου. Η τιμή της ενθαλπίας μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Ο συντελεστής ιξώδους, το μιγαδικό ιξώδες, η τάση διαρροής, το μιγαδικό ιξώδες και ο δυναμικός συντελεστής του διαλύματος αμύλου μειώνονται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, του δείκτη υγρού και του παράγοντα απώλειας. Αυξάνεται με το βαθμό υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. η αντοχή της γέλης της κόλλας αμύλου μειώνεται, η σταθερότητα κατάψυξης-απόψυξης αυξάνεται και το αποτέλεσμα συνέργειας μειώνεται [235].

Σε αυτό το κεφάλαιο, μελετήθηκε η επίδραση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS στις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες της γέλης του συστήματος ενώσεων κρύας και θερμής γέλης HPMC/HPS. Η κατάσταση μετάβασης έχει μεγάλη σημασία για την εις βάθος κατανόηση της σχέσης μεταξύ του σχηματισμού δομής και των ρεολογικών ιδιοτήτων. Επιπλέον, συζητήθηκε προκαταρκτικά ο μηχανισμός ζελατινοποίησης του συστήματος ένωσης αντίστροφης ψύξης HPMC/HPS, προκειμένου να παρασχεθεί κάποια θεωρητική καθοδήγηση για άλλα παρόμοια συστήματα πηκτής αντίστροφης ψύξης θερμότητας.

5.1 Υλικά και Εξοπλισμός

5.1.1 Κύρια πειραματικά υλικά

5.1.2 Κύρια όργανα και εξοπλισμός

5.2 Πειραματική μέθοδος

5.2.1 Παρασκευή σύνθετων διαλυμάτων

Παρασκευάστηκαν διαλύματα ένωσης 15% HPMC/HPS με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης (100/0, 50/50, 0/100) και HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου (G80, Α939, Α1081). Οι μέθοδοι παρασκευής των A1081, A939, HPMC και των σύνθετων διαλυμάτων τους φαίνονται στο 2.2.1. Το G80 και τα διαλύματα των ενώσεων του με HPMC ζελατινοποιούνται με ανάδευση υπό συνθήκες 1500psi και 110°C σε αυτόκλειστο, επειδή το φυσικό άμυλο G80 είναι υψηλής αμυλόζης (80%) και η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του είναι υψηλότερη από 100 °C, κάτι που δεν μπορεί να επιτυγχάνεται με την αρχική μέθοδο ζελατινοποίησης με υδατόλουτρο [348].

5.2.2 Ρεολογικές ιδιότητες διαλυμάτων ενώσεων HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

5.2.2.1 Αρχή της ρεολογικής ανάλυσης

Ίδιο με το 2.2.2.1

5.2.2.2 Μέθοδος δοκιμής λειτουργίας ροής

Χρησιμοποιήθηκε ένας παράλληλος σφιγκτήρας πλάκας με διάμετρο 60 mm και η απόσταση πλάκας ορίστηκε στο 1 mm.

1. Υπάρχει μια μέθοδος δοκιμής ροής προ-διάτμησης και μια θιξοτροπία τριών σταδίων. Ίδιο με το 2.2.2.2.
2. Μέθοδος δοκιμής ροής χωρίς προδιάτμηση και θιξοτροπία θιξοτροπικού δακτυλίου. Η θερμοκρασία δοκιμής είναι 25 °C, α. Διάτμηση με αυξανόμενη ταχύτητα, εύρος ταχύτητας διάτμησης 0-1000 s-1, χρόνος διάτμησης 1 λεπτό. σι. Σταθερή διάτμηση, ρυθμός διάτμησης 1000 s-1, χρόνος διάτμησης 1 λεπτό; ντο. Διάτμηση μειωμένης ταχύτητας, το εύρος ρυθμού διάτμησης είναι 1000-0s-1 και ο χρόνος διάτμησης είναι 1 λεπτό.

5.2.2.3 Μέθοδος δοκιμής τρόπου ταλάντωσης

Χρησιμοποιήθηκε ένα εξάρτημα παράλληλης πλάκας με διάμετρο 60 mm και η απόσταση των πλακών ορίστηκε στο 1 mm.

1. Σάρωση μεταβλητής παραμόρφωσης. Θερμοκρασία δοκιμής 25 °C, συχνότητα 1 Hz, παραμόρφωση 0,01-100 %.
2. Σάρωση θερμοκρασίας. Συχνότητα 1 Hz, παραμόρφωση 0,1 %, α. Διαδικασία θέρμανσης, θερμοκρασία 5-85 °C, ρυθμός θέρμανσης 2 °C/min. σι. Διαδικασία ψύξης, θερμοκρασία 85-5 °C, ρυθμός ψύξης 2 °C/min. Μια σφράγιση λαδιού σιλικόνης χρησιμοποιείται γύρω από το δείγμα για να αποφευχθεί η απώλεια υγρασίας κατά τη διάρκεια της δοκιμής.
3. Σάρωση συχνότητας. Διακύμανση 0,1 %, συχνότητα 1-100 rad/s. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στους 5 °C και 85 °C, αντίστοιχα, και εξισορροπήθηκαν στη θερμοκρασία δοκιμής για 5 λεπτά πριν από τη δοκιμή.

Η σχέση μεταξύ του συντελεστή αποθήκευσης G′ και του συντελεστή απώλειας G″ του διαλύματος πολυμερούς και της γωνιακής συχνότητας ω ακολουθεί έναν νόμο ισχύος:

όπου n′ και n″ είναι οι κλίσεις του log G′-log ω και του log G″-log ω, αντίστοιχα.

Τα G0′ και G0″ είναι οι τομές του log G′-log ω και του log G″-log ω, αντίστοιχα.

5.2.3 Οπτικό μικροσκόπιο

5.2.3.1 Αρχή οργάνου

Ίδιο με το 4.2.3.1

5.2.3.2 Μέθοδος δοκιμής

Το διάλυμα ένωσης HPMC/HPS 3% 5:5 αφαιρέθηκε σε διαφορετικές θερμοκρασίες 25 °C, 45 °C και 85 °C, έπεσε σε μια γυάλινη πλάκα που διατηρήθηκε στην ίδια θερμοκρασία και χύθηκε σε ένα λεπτό φιλμ. διάλυμα στρώσης και στέγνωσε στην ίδια θερμοκρασία. Τα φιλμ χρωματίστηκαν με διάλυμα ιωδίου 1%, τοποθετήθηκαν στο πεδίο του μικροσκοπίου φωτός για παρατήρηση και φωτογραφήθηκαν.

5.3 Αποτελέσματα και συζήτηση

5.3.1 Ανάλυση ιξώδους και σχήματος ροής

5.3.1.1 Μέθοδος δοκιμής ροής χωρίς προδιάτμηση και θιξοτροπία θιξοτροπικού δακτυλίου

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο δοκιμής ροής χωρίς προδιάτμηση και τη θιξοτροπική μέθοδο θιξοτροπικού δακτυλίου, μελετήθηκε το ιξώδες του διαλύματος ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 5-1. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι το ιξώδες όλων των δειγμάτων παρουσιάζει μια φθίνουσα τάση με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης υπό τη δράση της διατμητικής δύναμης, δείχνοντας ένα ορισμένο βαθμό φαινομένου λέπτυνσης διάτμησης. Τα περισσότερα διαλύματα ή τήγματα πολυμερών υψηλής συγκέντρωσης υφίστανται ισχυρή αποσύμπλεξη και μοριακή αναδιάταξη υπό διάτμηση, εμφανίζοντας έτσι συμπεριφορά ψευδοπλαστικού ρευστού [305, 349, 350]. Ωστόσο, οι βαθμοί αραίωσης διάτμησης των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS του HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου είναι διαφορετικοί.

Εικ. 5-1 Ιξώδη έναντι ρυθμού διάτμησης του διαλύματος HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS (χωρίς προδιάτμηση, τα σύμβολα συμπαγούς και κοίλου παρουσιάζουν διαδικασία αύξησης και φθίνουσας ταχύτητας, αντίστοιχα)

Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι το ιξώδες και ο βαθμός αραίωσης διάτμησης του καθαρού δείγματος HPS είναι υψηλότεροι από εκείνους του σύνθετου δείγματος HPMC/HPS, ενώ ο βαθμός αραίωσης διάτμησης του διαλύματος HPMC είναι ο χαμηλότερος, κυρίως επειδή το ιξώδες του HPS σε χαμηλή θερμοκρασία είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του HPMC. Επιπλέον, για το διάλυμα ένωσης HPMC/HPS με την ίδια αναλογία ένωσης, το ιξώδες αυξάνεται με τον βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι η προσθήκη ομάδων υδροξυπροπυλίου σε μόρια αμύλου σπάει τους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου και έτσι οδηγεί στη διάσπαση των κόκκων αμύλου. Η υδροξυπροπυλίωση μείωσε σημαντικά το φαινόμενο αραίωσης διάτμησης του αμύλου και το φαινόμενο αραίωσης διάτμησης του φυσικού αμύλου ήταν το πιο προφανές. Με τη συνεχή αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, ο βαθμός αραίωσης διάτμησης του HPS σταδιακά μειώθηκε.

Όλα τα δείγματα έχουν θιξοτροπικούς δακτυλίους στην καμπύλη διατμητικής τάσης-ρυθμού διάτμησης, υποδεικνύοντας ότι όλα τα δείγματα έχουν έναν ορισμένο βαθμό θιξοτροπίας. Η θιξοτροπική ισχύς αντιπροσωπεύεται από το μέγεθος της περιοχής του θιξοτροπικού δακτυλίου. Όσο πιο θιξοτροπικό είναι το δείγμα [351]. Ο δείκτης ροής n και ο συντελεστής ιξώδους K του διαλύματος δείγματος μπορούν να υπολογιστούν με τον νόμο ισχύος Ostwald-de Waele (βλ. εξίσωση (2-1)).

Πίνακας 5-1 Δείκτης συμπεριφοράς ροής (n) και δείκτης συνοχής ρευστού (K) κατά τη διαδικασία αύξησης και μείωσης του ρυθμού και περιοχή βρόχου θιξοτροπίας του διαλύματος HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS στους 25 °C

Ο Πίνακας 5-1 δείχνει τον δείκτη ροής n, τον συντελεστή ιξώδους K και την περιοχή θιξοτροπικού δακτυλίου των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS στη διαδικασία αύξησης της διάτμησης και μείωσης της διάτμησης. Από τον πίνακα φαίνεται ότι ο δείκτης ροής n όλων των δειγμάτων είναι μικρότερος από 1, υποδεικνύοντας ότι όλα τα διαλύματα δειγμάτων είναι ψευδοπλαστικά ρευστά. Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS με τον ίδιο βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS, ο δείκτης ροής n αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, υποδεικνύοντας ότι η προσθήκη HPMC κάνει το διάλυμα ένωσης να παρουσιάζει ισχυρότερα χαρακτηριστικά Νευτώνειου υγρού. Ωστόσο, με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, ο συντελεστής ιξώδους Κ μειώθηκε συνεχώς, υποδεικνύοντας ότι η προσθήκη HPMC μείωσε το ιξώδες του διαλύματος της ένωσης, επειδή ο συντελεστής ιξώδους Κ ήταν ανάλογος με το ιξώδες. Η τιμή n και η τιμή K του καθαρού HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στο ανοδικό στάδιο διάτμησης μειώθηκαν και οι δύο με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, υποδεικνύοντας ότι η τροποποίηση υδροξυπροπυλίωσης μπορεί να βελτιώσει την ψευδοπλαστικότητα του αμύλου και να μειώσει το ιξώδες των διαλυμάτων αμύλου. Αντίθετα, η τιμή του n αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης στο στάδιο φθίνουσας διάτμησης, υποδεικνύοντας ότι η υδροξυπροπυλίωση βελτιώνει τη συμπεριφορά του Νευτώνειου υγρού του διαλύματος μετά από διάτμηση υψηλής ταχύτητας. Η τιμή n και η τιμή Κ του συστήματος ένωσης HPMC/HPS επηρεάστηκαν τόσο από την υδροξυπροπυλίωση HPS όσο και από την HPMC, τα οποία ήταν το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης τους. Σε σύγκριση με το στάδιο αυξανόμενης διάτμησης, οι τιμές n όλων των δειγμάτων στο στάδιο φθίνουσας διάτμησης έγιναν μεγαλύτερες, ενώ οι τιμές K έγιναν μικρότερες, υποδεικνύοντας ότι το ιξώδες του σύνθετου διαλύματος μειώθηκε μετά από διάτμηση υψηλής ταχύτητας και Η συμπεριφορά του νευτώνειου υγρού του διαλύματος ένωσης ενισχύθηκε. .

Η περιοχή του θιξοτροπικού δακτυλίου μειώθηκε με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, υποδεικνύοντας ότι η προσθήκη HPMC μείωσε τη θιξοτροπία του διαλύματος ένωσης και βελτίωσε τη σταθερότητά του. Για το διάλυμα ένωσης HPMC/HPS με την ίδια αναλογία σύνθεσης, η περιοχή του θιξοτροπικού δακτυλίου μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS, υποδεικνύοντας ότι η υδροξυπροπυλίωση βελτιώνει τη σταθερότητα του HPS.

5.3.1.2 Μέθοδος διάτμησης με προκοπή και θιξοτροπική μέθοδο τριών σταδίων

Η μέθοδος διάτμησης με προδιάτμηση χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της μεταβολής του ιξώδους του διαλύματος ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS με ρυθμό διάτμησης. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 5-2. Από το σχήμα φαίνεται ότι το διάλυμα HPMC δεν παρουσιάζει σχεδόν καθόλου αραίωση διάτμησης, ενώ τα άλλα δείγματα παρουσιάζουν αραίωση διάτμησης. Αυτό είναι συνεπές με τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με τη μέθοδο διάτμησης χωρίς προδιάτμηση. Μπορεί επίσης να φανεί από το σχήμα ότι σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, το δείγμα υψηλής υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου εμφανίζει μια περιοχή οροπεδίου.

Εικ. 5-2 Ιξώδη έναντι ταχύτητας διάτμησης του διαλύματος HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS (με προδιάτμηση)

Το ιξώδες μηδενικής διάτμησης (h0), ο δείκτης ροής (n) και ο συντελεστής ιξώδους (K) που λαμβάνονται με την προσαρμογή φαίνονται στον Πίνακα 5-2. Από τον πίνακα, μπορούμε να δούμε ότι για τα καθαρά δείγματα HPS, οι τιμές n που λαμβάνονται και με τις δύο μεθόδους αυξάνονται με το βαθμό υποκατάστασης, υποδεικνύοντας ότι η συμπεριφορά του διαλύματος αμύλου με μορφή στερεού μειώνεται καθώς αυξάνεται ο βαθμός υποκατάστασης. Με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, οι τιμές n παρουσίασαν όλες πτωτική τάση, υποδεικνύοντας ότι το HPMC μείωσε τη συμπεριφορά του διαλύματος που μοιάζει με στερεό. Αυτό δείχνει ότι τα αποτελέσματα της ποιοτικής ανάλυσης των δύο μεθόδων είναι συνεπή.

Συγκρίνοντας τα δεδομένα που ελήφθησαν για το ίδιο δείγμα με διαφορετικές μεθόδους δοκιμής, διαπιστώθηκε ότι η τιμή του n που λαμβάνεται μετά την προδιάτμηση είναι πάντα μεγαλύτερη από αυτή που λαμβάνεται με τη μέθοδο χωρίς προδιάτμηση, γεγονός που δείχνει ότι το σύνθετο σύστημα που λαμβάνεται από την προ -Η μέθοδος διάτμησης είναι ένα στερεό-όπως η συμπεριφορά είναι χαμηλότερη από αυτή που μετρήθηκε με τη μέθοδο χωρίς προδιάτμηση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το τελικό αποτέλεσμα που προκύπτει στη δοκιμή χωρίς προδιάτμηση είναι στην πραγματικότητα το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης του ρυθμού διάτμησης και του χρόνου διάτμησης, ενώ η μέθοδος δοκιμής με προδιάτμηση εξαλείφει πρώτα το θιξοτροπικό αποτέλεσμα με υψηλή διάτμηση για μια ορισμένη περίοδο φορά. Επομένως, αυτή η μέθοδος μπορεί να προσδιορίσει με μεγαλύτερη ακρίβεια το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης και τα χαρακτηριστικά ροής του σύνθετου συστήματος.

Από τον πίνακα, μπορούμε επίσης να δούμε ότι για την ίδια αναλογία σύνθεσης (5:5), η τιμή n του συστήματος σύνθεσης είναι κοντά στο 1 και το n που έχει προηγηθεί διάτμηση αυξάνεται με τον βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου. Δείχνει ότι το HPMC είναι μια συνεχής φάση στο σύστημα ένωσης και το HPMC έχει ισχυρότερη επίδραση σε δείγματα αμύλου με χαμηλό βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, πράγμα που είναι σύμφωνο με το αποτέλεσμα ότι η τιμή n αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης χωρίς προδιάτμηση αντίθετα. Οι τιμές Κ των σύνθετων συστημάτων με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης στις δύο μεθόδους είναι παρόμοιες και δεν υπάρχει ιδιαίτερα εμφανής τάση, ενώ το ιξώδες μηδενικής διάτμησης παρουσιάζει καθαρή πτωτική τάση, επειδή το ιξώδες μηδενικής διάτμησης είναι ανεξάρτητο από τη διάτμηση τιμή. Το εγγενές ιξώδες μπορεί να αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τις ιδιότητες της ίδιας της ουσίας.

Εικ. 5-3 Θιξοτροπία τριών διαστημάτων του μίγματος διαλύματος HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS

Η θιξοτροπική μέθοδος τριών σταδίων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της επίδρασης διαφορετικών βαθμών υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης του υδροξυπροπυλικού αμύλου στις θιξοτροπικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης. Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 5-3 ότι στο στάδιο χαμηλής διάτμησης, το ιξώδες του διαλύματος μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC και μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, που είναι σύμφωνο με το νόμο του μηδενικού ιξώδους διάτμησης.

Ο βαθμός δομικής ανάκτησης μετά από διαφορετικό χρόνο στο στάδιο ανάκτησης εκφράζεται με τον ρυθμό ανάκτησης ιξώδους DSR και η μέθοδος υπολογισμού φαίνεται στο 2.3.2. Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 5-2 ότι μέσα στον ίδιο χρόνο ανάκτησης, το DSR του καθαρού HPS είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του καθαρού HPMC, γεγονός που οφείλεται κυρίως στο ότι το μόριο HPMC είναι μια άκαμπτη αλυσίδα και ο χρόνος χαλάρωσής του είναι σύντομος και η δομή μπορεί να ανακτηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα. ανακτώ. Ενώ το HPS είναι μια εύκαμπτη αλυσίδα, ο χρόνος χαλάρωσής του είναι μεγάλος και η ανάκτηση της δομής διαρκεί πολύ. Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, το DSR του καθαρού HPS μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, υποδεικνύοντας ότι η υδροξυπροπυλίωση βελτιώνει την ευελιξία της μοριακής αλυσίδας αμύλου και κάνει τον χρόνο χαλάρωσης του HPS μεγαλύτερο. Το DSR του διαλύματος ένωσης είναι χαμηλότερο από αυτό των καθαρών δειγμάτων HPS και καθαρών HPMC, αλλά με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του HPS υδροξυπροπυλίου, το DSR του σύνθετου δείγματος αυξάνεται, γεγονός που δείχνει ότι η θιξοτροπία του συστήματος ένωσης αυξάνεται με την αύξηση της υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Μειώνεται με την αύξηση του βαθμού ριζικής υποκατάστασης, η οποία είναι συνεπής με τα αποτελέσματα χωρίς προδιάτμηση.

Πίνακας 5-2 Μηδενικό ιξώδες διάτμησης (h0), δείκτης συμπεριφοράς ροής (n), δείκτης συνοχής ρευστού (K) κατά την αύξηση του ρυθμού και ο βαθμός ανάκτησης δομής (DSR) μετά από ορισμένο χρόνο ανάκτησης για το διάλυμα HPS/HPMC με διαφορετικό υδροπροπύλιο βαθμός υποκατάστασης του HPS στους 25 °C

Συνοπτικά, η δοκιμή σταθερής κατάστασης χωρίς προδιάτμηση και η δοκιμή θιξοτροπίας θιξοτροπικού δακτυλίου μπορούν να αναλύσουν ποιοτικά δείγματα με μεγάλες διαφορές απόδοσης, αλλά για τις ενώσεις με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS με μικρές διαφορές απόδοσης. Τα ερευνητικά αποτελέσματα του διαλύματος είναι αντίθετα με τα πραγματικά αποτελέσματα, επειδή τα μετρούμενα δεδομένα είναι τα ολοκληρωμένα αποτελέσματα της επίδρασης του ρυθμού διάτμησης και του χρόνου διάτμησης και δεν μπορούν να αντικατοπτρίζουν πραγματικά την επίδραση μιας μεμονωμένης μεταβλητής.

5.3.2 Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή

Είναι γνωστό ότι για τις υδρογέλες, ο συντελεστής αποθήκευσης G' καθορίζεται από τη σκληρότητα, τη δύναμη και τον αριθμό των αποτελεσματικών μοριακών αλυσίδων και ο συντελεστής απώλειας G' προσδιορίζεται από τη μετανάστευση, την κίνηση και την τριβή μικρών μορίων και λειτουργικών ομάδων. . Καθορίζεται από την κατανάλωση ενέργειας τριβής, όπως η δόνηση και η περιστροφή. Σημάδι ύπαρξης της τομής του συντελεστή αποθήκευσης G′ και του συντελεστή απώλειας G″ (δηλ. tan δ = 1). Η μετάβαση από διάλυμα σε γέλη ονομάζεται σημείο γέλης. Ο συντελεστής αποθήκευσης G′ και ο συντελεστής απώλειας G″ χρησιμοποιούνται συχνά για τη μελέτη της συμπεριφοράς ζελατινοποίησης, του ρυθμού σχηματισμού και των δομικών ιδιοτήτων της δομής του δικτύου γέλης [352]. Μπορούν επίσης να αντικατοπτρίζουν την ανάπτυξη της εσωτερικής δομής και τη μοριακή δομή κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της δομής του δικτύου γέλης. αλληλεπίδραση [353].

Το Σχήμα 5-4 δείχνει τις καμπύλες σάρωσης παραμορφώσεων διαλυμάτων ενώσεων HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS σε συχνότητα 1 Hz και εύρος παραμορφώσεων 0,01%-100%. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι στην κάτω περιοχή παραμόρφωσης (0,01–1%), όλα τα δείγματα εκτός από το HPMC είναι G′ > G″, δείχνοντας μια κατάσταση γέλης. Για το HPMC, το G′ είναι σε ολόκληρο το σχήμα. Επιπλέον, η εξάρτηση παραμόρφωσης της ιξωδοελαστικότητας διαφορετικών δειγμάτων είναι διαφορετική. Για το δείγμα G80, η εξάρτηση της ιξωδοελαστικότητας από τη συχνότητα είναι πιο εμφανής: όταν η παραμόρφωση είναι μεγαλύτερη από 0,3%, μπορεί να φανεί ότι το G' μειώνεται σταδιακά, συνοδευόμενο από σημαντική αύξηση του G». αύξηση, καθώς και σημαντική αύξηση στο tan δ. και τέμνονται όταν η ποσότητα παραμόρφωσης είναι 1,7%, πράγμα που δείχνει ότι η δομή του δικτύου γέλης του G80 έχει υποστεί σοβαρή ζημιά αφού η ποσότητα παραμόρφωσης υπερβεί το 1,7% και βρίσκεται σε κατάσταση διαλύματος.

Εικ. 5-4 Συντελεστής αποθήκευσης (G′) και συντελεστής απώλειας (G″) έναντι καταπόνησης για HPS/HPMC αναμειγνύονται με τον διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS (Τα σύμβολα στερεού και κοίλου παρουσιάζουν G′ και G″, αντίστοιχα)

Εικ. 5-5 tan δ έναντι στελέχους για μίγμα HPMC/HPS με τον διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS

Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή του καθαρού HPS περιορίζεται προφανώς με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Με άλλα λόγια, καθώς αυξάνεται ο βαθμός υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS, οι σημαντικές αλλαγές στην καμπύλη tan δ τείνουν να εμφανίζονται στο εύρος της υψηλότερης ποσότητας παραμόρφωσης. Συγκεκριμένα, η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή του G80 είναι η στενότερη από όλα τα δείγματα. Επομένως, η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή του G80 χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό

Κριτήρια για τον προσδιορισμό της τιμής της μεταβλητής παραμόρφωσης στην επόμενη σειρά δοκιμών. Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS με την ίδια αναλογία σύνθεσης, η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή στενεύει επίσης με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS, αλλά η συρρίκνωση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στη γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή δεν είναι τόσο εμφανής.

5.3.3 Ιξωδοελαστικές ιδιότητες κατά τη θέρμανση και την ψύξη

Οι δυναμικές ιξωδοελαστικές ιδιότητες των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS του HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου φαίνονται στο Σχήμα 5-6. Όπως φαίνεται από το σχήμα, το HPMC παρουσιάζει τέσσερα στάδια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης: μια αρχική περιοχή οροπεδίου, δύο στάδια σχηματισμού δομής και μια τελική περιοχή οροπεδίου. Στο αρχικό στάδιο του οροπεδίου, G′ < G″, οι τιμές των G′ και G″ είναι μικρές και τείνουν να μειώνονται ελαφρώς με την αύξηση της θερμοκρασίας, δείχνοντας την κοινή υγρή ιξωδοελαστική συμπεριφορά. Η θερμική ζελατινοποίηση του HPMC έχει δύο διακριτά στάδια σχηματισμού δομής που οριοθετούνται από τη διασταύρωση των G' και G″ (δηλαδή, το σημείο μετάβασης διαλύματος-πηκτής, περίπου 49 °C), κάτι που είναι σύμφωνο με προηγούμενες αναφορές. Συνεπής [160, 354]. Σε υψηλή θερμοκρασία, λόγω της υδρόφοβης σύνδεσης και της υδρόφιλης σύνδεσης, το HPMC σχηματίζει σταδιακά μια δομή διαδικτύου [344, 355, 356]. Στην περιοχή του οροπεδίου της ουράς, οι τιμές των G′ και G″ είναι υψηλές, γεγονός που υποδηλώνει ότι η δομή του δικτύου γέλης HPMC έχει διαμορφωθεί πλήρως.

Αυτά τα τέσσερα στάδια του HPMC εμφανίζονται διαδοχικά με αντίστροφη σειρά καθώς η θερμοκρασία μειώνεται. Η τομή των G′ και G″ μετατοπίζεται στην περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας περίπου στους 32 °C κατά τη διάρκεια του σταδίου ψύξης, η οποία μπορεί να οφείλεται σε υστέρηση [208] ή στο φαινόμενο συμπύκνωσης της αλυσίδας σε χαμηλή θερμοκρασία [355]. Παρόμοια με το HPMC, άλλα δείγματα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης Υπάρχουν επίσης τέσσερα στάδια και το αναστρέψιμο φαινόμενο εμφανίζεται κατά τη διαδικασία ψύξης. Ωστόσο, φαίνεται από το σχήμα ότι τα G80 και A939 δείχνουν μια απλοποιημένη διαδικασία χωρίς διασταύρωση μεταξύ G' και G”, και η καμπύλη του G80 δεν εμφανίζεται καν. Η περιοχή της πλατφόρμας στο πίσω μέρος.

Για καθαρό HPS, ένας υψηλότερος βαθμός υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου μπορεί να μετατοπίσει τόσο την αρχική όσο και την τελική θερμοκρασία σχηματισμού γέλης, ειδικά την αρχική θερμοκρασία, η οποία είναι 61 °C για τα G80, A939 και A1081, αντίστοιχα. , 62 °C και 54 °C. Επιπλέον, για δείγματα HPMC/HPS με την ίδια αναλογία σύνθεσης, καθώς αυξάνεται ο βαθμός υποκατάστασης, οι τιμές των G′ και G″ και οι δύο τείνουν να μειώνονται, κάτι που είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών [357, 358]. Καθώς ο βαθμός υποκατάστασης αυξάνεται, η υφή της γέλης γίνεται απαλή. Ως εκ τούτου, η υδροξυπροπυλίωση σπάει τη διατεταγμένη δομή του φυσικού αμύλου και βελτιώνει την υδροφιλία του [343].

Για τα δείγματα ένωσης HPMC/HPS, τόσο το G′ όσο και το G″ μειώθηκαν με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS, που ήταν συνεπής με τα αποτελέσματα του καθαρού HPS. Επιπλέον, με την προσθήκη HPMC, ο βαθμός υποκατάστασης είχε σημαντική επίδραση στο G′ Το αποτέλεσμα με το G” γίνεται λιγότερο έντονο.

Οι ιξωδοελαστικές καμπύλες όλων των σύνθετων δειγμάτων HPMC/HPS έδειξαν την ίδια τάση, η οποία αντιστοιχούσε σε HPS σε χαμηλή θερμοκρασία και HPMC σε υψηλή θερμοκρασία. Με άλλα λόγια, σε χαμηλή θερμοκρασία, το HPS κυριαρχεί στις ιξωδοελαστικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος, ενώ σε υψηλή θερμοκρασία το HPMC καθορίζει τις ιξωδοελαστικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος. Αυτό το αποτέλεσμα αποδίδεται κυρίως στο HPMC. Συγκεκριμένα, το HPS είναι μια ψυχρή γέλη, η οποία αλλάζει από κατάσταση πηκτής σε κατάσταση διαλύματος όταν θερμαίνεται. Αντίθετα, το HPMC είναι ένα ζεστό τζελ, το οποίο σταδιακά σχηματίζει μια γέλη με αυξανόμενη θερμοκρασία δομή δικτύου. Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS, σε χαμηλή θερμοκρασία, οι ιδιότητες γέλης του συστήματος ένωσης συνεισφέρονται κυρίως από το κρύο πήκτωμα HPS και σε υψηλή θερμοκρασία, σε θερμές θερμοκρασίες, η ζελατινοποίηση του HPMC κυριαρχεί στο σύστημα ένωσης.

Εικ. 5-6 Συντελεστής αποθήκευσης (G′), συντελεστής απώλειας (G″) και tan δ έναντι θερμοκρασίας για διάλυμα μίγματος HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS

Το μέτρο συντελεστή του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS, όπως αναμενόταν, είναι μεταξύ των συντελεστών του καθαρού HPMC και του καθαρού HPS. Επιπλέον, το σύνθετο σύστημα εμφανίζει G′ > G″ σε ολόκληρο το εύρος σάρωσης θερμοκρασίας, γεγονός που δείχνει ότι τόσο το HPMC όσο και το HPS μπορούν να σχηματίσουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού, αντίστοιχα, και μπορούν επίσης να σχηματίσουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους. Επιπλέον, στην καμπύλη του συντελεστή απώλειας, όλα τα πολύπλοκα συστήματα έχουν κορυφή tan δ περίπου στους 45 °C, υποδεικνύοντας ότι η συνεχής μετάβαση φάσης έχει συμβεί στο σύνθετο σύστημα. Αυτή η μετάβαση φάσης θα συζητηθεί στην επόμενη 5.3.6. συνεχίσει τη συζήτηση.

5.3.4 Επίδραση της θερμοκρασίας στο ιξώδες της ένωσης

Η κατανόηση της επίδρασης της θερμοκρασίας στις ρεολογικές ιδιότητες των υλικών είναι σημαντική λόγω του ευρέος φάσματος θερμοκρασιών που μπορεί να προκύψουν κατά την επεξεργασία και την αποθήκευση [359, 360]. Στην περιοχή 5 °C – 85 °C, η επίδραση της θερμοκρασίας στο ιξώδες του συμπλέγματος των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS φαίνεται στο Σχήμα 5-7. Από το Σχήμα 5-7(α), μπορεί να φανεί ότι το σύνθετο ιξώδες του καθαρού HPS μειώνεται σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. το ιξώδες του καθαρού HPMC μειώνεται ελαφρώς από το αρχικό στους 45 °C με την αύξηση της θερμοκρασίας. βελτιώ.

Οι καμπύλες ιξώδους όλων των δειγμάτων ένωσης έδειξαν παρόμοιες τάσεις με τη θερμοκρασία, αρχικά μειώνονταν με την αύξηση της θερμοκρασίας και στη συνέχεια αυξάνονταν με την αύξηση της θερμοκρασίας. Επιπλέον, το ιξώδες των σύνθετων δειγμάτων είναι πιο κοντά σε αυτό του HPS σε χαμηλή θερμοκρασία και πιο κοντά σε αυτό του HPMC σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό το αποτέλεσμα σχετίζεται επίσης με την περίεργη συμπεριφορά ζελατινοποίησης τόσο του HPMC όσο και του HPS. Η καμπύλη ιξώδους του σύνθετου δείγματος έδειξε μια ταχεία μετάβαση στους 45 °C, πιθανώς λόγω μιας μετάβασης φάσης στο σύνθετο σύστημα HPMC/HPS. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι το ιξώδες του σύνθετου δείγματος G80/HPMC 5:5 σε υψηλή θερμοκρασία είναι υψηλότερο από αυτό του καθαρού HPMC, το οποίο οφείλεται κυρίως στο υψηλότερο εγγενές ιξώδες του G80 σε υψηλή θερμοκρασία [361]. Κάτω από την ίδια αναλογία σύνθεσης, το ιξώδες ένωσης του συστήματος σύνθεσης μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Ως εκ τούτου, η εισαγωγή ομάδων υδροξυπροπυλίου σε μόρια αμύλου μπορεί να οδηγήσει στη διάσπαση των ενδομοριακών δεσμών υδρογόνου στα μόρια του αμύλου.

Εικ. 5-7 Σύνθετο ιξώδες έναντι θερμοκρασίας για μείγματα HPS/HPMC με τον διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS

Η επίδραση της θερμοκρασίας στο μιγαδικό ιξώδες του συστήματος ένωσης HPMC/HPS συμμορφώνεται με τη σχέση Arrhenius μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας και το ιξώδες του μιγαδικού έχει εκθετική σχέση με τη θερμοκρασία. Η εξίσωση Arrhenius έχει ως εξής:

Μεταξύ αυτών, η* είναι το μιγαδικό ιξώδες, Pa s;

Το A είναι μια σταθερά, Pa s;

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, K;

R είναι η σταθερά του αερίου, 8,3144 J·mol–1·K–1;

E είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, J·mol–1.

Εφαρμόζεται σύμφωνα με τον τύπο (5-3), η καμπύλη ιξώδους-θερμοκρασίας του συστήματος ένωσης μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη σύμφωνα με την κορυφή tan δ στους 45 °C. το σύνθετο σύστημα στους 5 °C – 45 °C και 45 °C – 85 ° Οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης E και της σταθεράς A που λαμβάνονται με την προσαρμογή στην περιοχή C φαίνονται στον Πίνακα 5-3. Οι υπολογισμένες τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης Ε είναι μεταξύ −174 kJ·mol−1 και 124 kJ·mol−1, και οι τιμές της σταθεράς Α είναι μεταξύ 6,24×10−11 Pa·s και 1,99×1028 Pa·s. Εντός του εύρους προσαρμογής, οι προσαρμοσμένοι συντελεστές συσχέτισης ήταν υψηλότεροι (R2 = 0,9071 -0,9892) εκτός από το δείγμα G80/HPMC. Το δείγμα G80/HPMC έχει χαμηλότερο συντελεστή συσχέτισης (R2= 0,4435) στο εύρος θερμοκρασιών 45 °C – 85 °C, το οποίο μπορεί να οφείλεται στην εγγενώς υψηλότερη σκληρότητα του G80 και στο ταχύτερο βάρος του σε σύγκριση με άλλους ρυθμούς κρυστάλλωσης HPS [ 362]. Αυτή η ιδιότητα του G80 καθιστά πιο πιθανό να σχηματίσει μη ομοιογενείς ενώσεις όταν συνδυάζεται με HPMC.

Στο εύρος θερμοκρασίας 5 °C – 45 °C, η τιμή E του σύνθετου δείγματος HPMC/HPS είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του καθαρού HPS, κάτι που μπορεί να οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ HPS και HPMC. Μειώστε την εξάρτηση από τη θερμοκρασία του ιξώδους. Η τιμή Ε του καθαρού HPMC είναι υψηλότερη από αυτή των άλλων δειγμάτων. Οι ενέργειες ενεργοποίησης για όλα τα δείγματα που περιέχουν άμυλο ήταν χαμηλές θετικές τιμές, υποδεικνύοντας ότι σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, η μείωση του ιξώδους με τη θερμοκρασία ήταν λιγότερο έντονη και οι συνθέσεις εμφάνισαν μια υφή που μοιάζει με άμυλο.

Πίνακας 5-3 Παράμετροι εξίσωσης Arrhenius (Ε: ενέργεια ενεργοποίησης, Α: σταθερά, R 2: συντελεστής προσδιορισμού) από την Εξ.(1) για τα μείγματα HPS/HPMC με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλίωσης του HPS

Ωστόσο, στο υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας 45 °C – 85 °C, η τιμή E άλλαξε ποιοτικά μεταξύ καθαρού HPS και σύνθετων δειγμάτων HPMC/HPS και η τιμή E των καθαρών HPS ήταν 45,6 kJ·mol−1 – στην περιοχή 124 kJ·mol−1, οι τιμές Ε των συμπλεγμάτων είναι στην περιοχή -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1. Αυτή η αλλαγή καταδεικνύει την ισχυρή επίδραση του HPMC στην ενέργεια ενεργοποίησης του σύνθετου συστήματος, καθώς η τιμή Ε του καθαρού HPMC είναι -174 kJ mol−1. Οι τιμές Ε του καθαρού HPMC και του σύνθετου συστήματος είναι αρνητικές, γεγονός που δείχνει ότι σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το ιξώδες αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και η ένωση εμφανίζει υφή συμπεριφοράς παρόμοια με HPMC.

Οι επιδράσεις των HPMC και HPS στο σύνθετο ιξώδες των συστημάτων ενώσεων HPMC/HPS σε υψηλή και χαμηλή θερμοκρασία είναι σύμφωνες με τις συζητηθείσες ιξωδοελαστικές ιδιότητες.

5.3.5 Δυναμικές μηχανικές ιδιότητες

Τα Σχήματα 5-8 δείχνουν τις καμπύλες σάρωσης συχνότητας στους 5 °C διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS του HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι το καθαρό HPS παρουσιάζει τυπική συμπεριφορά παρόμοια με το στερεό (G′ > G″), ενώ το HPMC είναι συμπεριφορά παρόμοια με το υγρό (G′ < G″). Όλα τα σκευάσματα HPMC/HPS εμφάνισαν συμπεριφορά παρόμοια με στερεά. Για τα περισσότερα δείγματα, τόσο το G′ όσο και το G″ αυξάνονται με αυξανόμενη συχνότητα, υποδεικνύοντας ότι η συμπεριφορά του υλικού που μοιάζει με στερεό είναι ισχυρή.

Τα καθαρά HPMC εμφανίζουν μια σαφή εξάρτηση από τη συχνότητα που είναι δύσκολο να φανεί σε καθαρά δείγματα HPS. Όπως αναμενόταν, το σύνθετο σύστημα HPMC/HPS εμφάνισε έναν ορισμένο βαθμό εξάρτησης από τη συχνότητα. Για όλα τα δείγματα που περιέχουν HPS, το n′ είναι πάντα χαμηλότερο από n″ και το G″ παρουσιάζει ισχυρότερη εξάρτηση από τη συχνότητα από το G′, υποδεικνύοντας ότι αυτά τα δείγματα είναι πιο ελαστικά από ιξώδη [352, 359, 363]. Επομένως, η απόδοση των σύνθετων δειγμάτων καθορίζεται κυρίως από το HPS, το οποίο οφείλεται κυρίως στο ότι το HPMC παρουσιάζει μια κατάσταση διαλύματος χαμηλότερου ιξώδους σε χαμηλή θερμοκρασία.

Πίνακας 5-4 n', n″, G0' και G0″ για HPS/HPMC με διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS στους 5 °C όπως προσδιορίζεται από τις Εξ. (5-1) και (5-2)

Εικ. 5-8 Συντελεστής αποθήκευσης (G′) και συντελεστής απώλειας (G″) έναντι συχνότητας για HPS/HPMC αναμειγνύονται με τον διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS στους 5 °C

Τα καθαρά HPMC εμφανίζουν μια σαφή εξάρτηση από τη συχνότητα που είναι δύσκολο να φανεί σε καθαρά δείγματα HPS. Όπως αναμενόταν για το σύμπλεγμα HPMC/HPS, το σύστημα συνδέτη εμφάνισε έναν ορισμένο βαθμό εξάρτησης από τη συχνότητα. Για όλα τα δείγματα που περιέχουν HPS, το n′ είναι πάντα χαμηλότερο από n″ και το G″ παρουσιάζει ισχυρότερη εξάρτηση από τη συχνότητα από το G′, υποδεικνύοντας ότι αυτά τα δείγματα είναι πιο ελαστικά από ιξώδη [352, 359, 363]. Επομένως, η απόδοση των σύνθετων δειγμάτων καθορίζεται κυρίως από το HPS, το οποίο οφείλεται κυρίως στο ότι το HPMC παρουσιάζει μια κατάσταση διαλύματος χαμηλότερου ιξώδους σε χαμηλή θερμοκρασία.

Τα Σχήματα 5-9 δείχνουν τις καμπύλες σάρωσης συχνότητας των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS του HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου στους 85°C. Όπως φαίνεται από το σχήμα, όλα τα άλλα δείγματα HPS εκτός από το A1081 παρουσίασαν τυπική συμπεριφορά που μοιάζει με στερεό. Για το A1081, οι τιμές των G' και G” είναι πολύ κοντινές και το G' είναι ελαφρώς μικρότερο από το G”, πράγμα που δείχνει ότι το A1081 συμπεριφέρεται ως ρευστό.

Αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι το A1081 είναι ένα κρύο τζελ και υφίσταται μετάβαση από γέλη σε διάλυμα σε υψηλή θερμοκρασία. Από την άλλη πλευρά, για δείγματα με την ίδια αναλογία σύνθεσης, οι τιμές των n′, n″, G0′ και G0″ (Πίνακας 5-5) μειώθηκαν όλες με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, υποδεικνύοντας ότι η υδροξυπροπυλίωση μείωσε το στερεό- παρόμοια συμπεριφορά του αμύλου σε υψηλή θερμοκρασία (85°C). Συγκεκριμένα, τα n′ και n″ του G80 είναι κοντά στο 0, παρουσιάζοντας έντονη συμπεριφορά σαν στερεά. Αντίθετα, οι τιμές n' και n″ του A1081 είναι κοντά στο 1, παρουσιάζοντας έντονη συμπεριφορά ρευστού. Αυτές οι τιμές n' και n" είναι συνεπείς με τα δεδομένα για τα G' και G". Επιπλέον, όπως φαίνεται από τα Σχήματα 5-9, ο βαθμός υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την εξάρτηση από τη συχνότητα του HPS σε υψηλή θερμοκρασία.

Εικ. 5-9 Συντελεστής αποθήκευσης (G′) και συντελεστής απώλειας (G″) έναντι συχνότητας για HPS/HPMC αναμειγνύονται με τον διαφορετικό βαθμό υποκατάστασης υδροπροπυλίου του HPS στους 85 °C

Τα σχήματα 5-9 δείχνουν ότι το HPMC παρουσιάζει τυπική συμπεριφορά παρόμοια με στερεά (G′ > G″) στους 85°C, η οποία αποδίδεται κυρίως στις ιδιότητες θερμογέλης του. Επιπλέον, τα G′ και G″ του HPMC ποικίλλουν ανάλογα με τη συχνότητα. Η αύξηση δεν άλλαξε πολύ, υποδεικνύοντας ότι δεν έχει σαφή εξάρτηση από τη συχνότητα.

Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS, οι τιμές των n′ και n″ είναι και οι δύο κοντά στο 0 και το G0′ είναι σημαντικά υψηλότερο από το G0 (Πίνακας″ 5-5), επιβεβαιώνοντας τη συμπεριφορά του που μοιάζει με στερεό. Από την άλλη πλευρά, η υψηλότερη υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου μπορεί να μετατοπίσει τη συμπεριφορά του HPS από στερεά σε υγρή συμπεριφορά, ένα φαινόμενο που δεν εμφανίζεται στα σύνθετα διαλύματα. Επιπλέον, για το σύνθετο σύστημα που προστέθηκε με HPMC, με την αύξηση της συχνότητας, τόσο το G' όσο και το G" παρέμειναν σχετικά σταθερά και οι τιμές των n' και n" ήταν κοντά σε αυτές του HPMC. Όλα αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το HPMC κυριαρχεί στην ιξωδοελαστικότητα του σύνθετου συστήματος σε υψηλή θερμοκρασία 85°C.

Πίνακας 5-5 n', n″, G0' και G0″ για HPS/HPMC με διαφορετική υδροπροπυλική υποκατάσταση του HPS στους 85 °C όπως προσδιορίζεται από τις Εξ. (5-1) και (5-2)

5.3.6 Μορφολογία σύνθετου συστήματος HPMC/HPS

Η μετάβαση φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μελετήθηκε με οπτικό μικροσκόπιο χρώσης ιωδίου. Το σύστημα ένωσης HPMC/HPS με αναλογία ένωσης 5:5 δοκιμάστηκε στους 25 °C, 45 °C και 85 °C. Οι παρακάτω εικόνες μικροσκοπίου χρωματισμένου φωτός φαίνονται στα Σχήματα 5-10. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι μετά τη βαφή με ιώδιο, η φάση HPS βάφεται σε πιο σκούρο χρώμα και η φάση HPMC δείχνει πιο ανοιχτό χρώμα επειδή δεν μπορεί να βαφτεί με ιώδιο. Επομένως, οι δύο φάσεις του HPMC/HPS μπορούν να διακριθούν σαφώς. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η περιοχή των σκοτεινών περιοχών (φάση HPS) αυξάνεται και η περιοχή των φωτεινών περιοχών (φάση HPMC) μειώνεται. Συγκεκριμένα, στους 25 °C, το HPMC (έντονο χρώμα) είναι η συνεχής φάση στο σύνθετο σύστημα HPMC/HPS και η μικρή σφαιρική φάση HPS (σκούρο χρώμα) διασπείρεται στη συνεχή φάση HPMC. Αντίθετα, στους 85 °C, το HPMC έγινε μια πολύ μικρή και ακανόνιστου σχήματος διεσπαρμένη φάση διασκορπισμένη στη συνεχή φάση HPS.

Εικ. 5-8 Μορφολογίες βαμμένων μιγμάτων HPMC/HPS 1:1 στους 25 °C, 45 °C και 85 °C

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, θα πρέπει να υπάρχει ένα σημείο μετάβασης της μορφολογίας φάσης της συνεχούς φάσης από HPMC σε HPS στο σύστημα ένωσης HPMC/HPS. Θεωρητικά, θα πρέπει να συμβαίνει όταν το ιξώδες του HPMC και του HPS είναι το ίδιο ή πολύ παρόμοιο. Όπως φαίνεται από τις μικρογραφίες 45 °C στα Σχήματα 5-10, το τυπικό διάγραμμα φάσης «θαλάσσης-νήσου» δεν εμφανίζεται, αλλά παρατηρείται μια συν-συνεχής φάση. Αυτή η παρατήρηση επιβεβαιώνει επίσης το γεγονός ότι μια μετάβαση φάσης της συνεχούς φάσης μπορεί να έχει συμβεί στην κορυφή tan δ στην καμπύλη συντελεστή διάχυσης-θερμοκρασίας που συζητείται στο 5.3.3.

Μπορεί επίσης να φανεί από το σχήμα ότι σε χαμηλή θερμοκρασία (25 °C), ορισμένα μέρη της σκοτεινής διασκορπισμένης φάσης HPS εμφανίζουν έναν ορισμένο βαθμό φωτεινού χρώματος, που μπορεί να οφείλεται στο ότι μέρος της φάσης HPMC υπάρχει στη φάση HPS στο μορφή μιας διεσπαρμένης φάσης. μέσο. Συμπτωματικά, σε υψηλή θερμοκρασία (85 °C), μερικά μικρά σκοτεινά σωματίδια κατανέμονται στη διασπαρμένη φάση HPMC φωτεινού χρώματος και αυτά τα μικρά σκούρα σωματίδια είναι η συνεχής φάση HPS. Αυτές οι παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός μεσόφασης στο σύστημα ένωσης HPMC-HPS, υποδεικνύοντας έτσι επίσης ότι το HPMC έχει κάποια συμβατότητα με το HPS.

5.3.7 Σχηματικό διάγραμμα μετάπτωσης φάσης συστήματος ένωσης HPMC/HPS

Με βάση την κλασική ρεολογική συμπεριφορά των πολυμερών διαλυμάτων και των σύνθετων σημείων γέλης [216, 232] και τη σύγκριση με τα σύμπλοκα που συζητούνται στην εργασία, προτείνεται ένα βασικό μοντέλο για τον δομικό μετασχηματισμό συμπλόκων HPMC/HPS με θερμοκρασία, όπως φαίνεται στο Σχήμα. 5-11.

Εικ. 5-11 Σχηματικές δομές της μετάπτωσης κολλοειδούς πηκτής HPMC (α). HPS (β); και HPMC/HPS (γ)

Η συμπεριφορά γέλης του HPMC και ο σχετικός μηχανισμός μετάβασης διαλύματος-πηκτής έχουν μελετηθεί πολύ [159, 160, 207, 208]. Ένα από τα ευρέως αποδεκτά είναι ότι οι αλυσίδες HPMC υπάρχουν σε διάλυμα με τη μορφή συσσωματωμένων δεσμίδων. Αυτές οι συστάδες διασυνδέονται με το τύλιγμα κάποιων μη υποκατεστημένης ή ελάχιστα διαλυτής κυτταρίνης δομών και συνδέονται με πυκνά υποκατεστημένες περιοχές με υδρόφοβη συσσωμάτωση μεθυλομάδων και υδροξυλομάδων. Σε χαμηλή θερμοκρασία, τα μόρια του νερού σχηματίζουν δομές που μοιάζουν με κλουβί έξω από υδρόφοβες ομάδες μεθυλίου και δομές κελύφους νερού έξω από υδρόφιλες ομάδες, όπως ομάδες υδροξυλίου, εμποδίζοντας το HPMC να σχηματίσει δεσμούς υδρογόνου σε χαμηλές θερμοκρασίες. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το HPMC απορροφά ενέργεια και αυτές οι δομές του κλουβιού νερού και του κελύφους νερού σπάνε, κάτι που είναι η κινητική της μετάβασης διαλύματος-πηκτώματος. Η ρήξη του υδατικού κλωβού και του κελύφους νερού εκθέτει τις ομάδες μεθυλίου και υδροξυπροπυλίου στο υδατικό περιβάλλον, με αποτέλεσμα σημαντική αύξηση του ελεύθερου όγκου. Σε υψηλότερη θερμοκρασία, λόγω της υδρόφοβης σύνδεσης των υδρόφοβων ομάδων και της υδρόφιλης σύνδεσης των υδρόφιλων ομάδων, σχηματίζεται τελικά η τρισδιάστατη δομή δικτύου της γέλης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-11(α).

Μετά τη ζελατινοποίηση του αμύλου, η αμυλόζη διαλύεται από τους κόκκους αμύλου για να σχηματίσει μια κοίλη μονή ελικοειδή δομή, η οποία τυλίγεται συνεχώς και τελικά παρουσιάζει μια κατάσταση τυχαίων σπειρών. Αυτή η δομή μονής έλικας σχηματίζει μια υδρόφοβη κοιλότητα στο εσωτερικό και μια υδρόφιλη επιφάνεια στο εξωτερικό. Αυτή η πυκνή δομή αμύλου του προσδίδει καλύτερη σταθερότητα [230-232]. Επομένως, το HPS υπάρχει με τη μορφή μεταβλητών τυχαίων πηνίων με μερικά τεντωμένα ελικοειδή τμήματα σε υδατικό διάλυμα σε υψηλή θερμοκρασία. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του HPS και των μορίων του νερού σπάνε και το δεσμευμένο νερό χάνεται. Τέλος, σχηματίζεται μια τρισδιάστατη δομή δικτύου λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ μοριακών αλυσίδων και σχηματίζεται ένα πήκτωμα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-11(β).

Συνήθως, όταν αναμιγνύονται δύο συστατικά με πολύ διαφορετικά ιξώδη, το συστατικό υψηλού ιξώδους τείνει να σχηματίσει μια διεσπαρμένη φάση και διασπείρεται στη συνεχή φάση του συστατικού χαμηλού ιξώδους. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, το ιξώδες του HPMC είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του HPS. Επομένως, το HPMC σχηματίζει μια συνεχή φάση που περιβάλλει τη φάση γέλης HPS υψηλού ιξώδους. Στις άκρες των δύο φάσεων, οι ομάδες υδροξυλίου στις αλυσίδες HPMC χάνουν μέρος του δεσμευμένου νερού και σχηματίζουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με τις μοριακές αλυσίδες HPS. Κατά τη διαδικασία θέρμανσης, οι μοριακές αλυσίδες HPS μετακινήθηκαν λόγω απορρόφησης αρκετής ενέργειας και σχημάτισαν δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού, με αποτέλεσμα τη ρήξη της δομής της γέλης. Ταυτόχρονα, η δομή του κλουβιού νερού και η δομή του κελύφους νερού στην αλυσίδα HPMC καταστράφηκαν και σταδιακά έσπασαν για να εκτεθούν υδρόφιλες ομάδες και υδρόφοβες συστάδες. Σε υψηλή θερμοκρασία, το HPMC σχηματίζει μια δομή δικτύου γέλης λόγω διαμοριακών δεσμών υδρογόνου και υδρόφοβης σύνδεσης και έτσι γίνεται μια διασπαρμένη φάση υψηλού ιξώδους διασκορπισμένη στη συνεχή φάση HPS τυχαίων πηνίων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-11(c). Ως εκ τούτου, το HPS και το HPMC κυριάρχησαν στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες της γέλης και τη μορφολογία φάσης των σύνθετων πηκτωμάτων σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα.

Η εισαγωγή ομάδων υδροξυπροπυλίου στα μόρια του αμύλου σπάει την εσωτερική διατεταγμένη δομή του ενδομοριακού δεσμού υδρογόνου, έτσι ώστε τα μόρια της ζελατινοποιημένης αμυλόζης να βρίσκονται σε διογκωμένη και τεντωμένη κατάσταση, γεγονός που αυξάνει τον αποτελεσματικό όγκο ενυδάτωσης των μορίων και αναστέλλει την τάση των μορίων αμύλου να σχηματίζουν τυχαία σε υδατικό διάλυμα [362]. Ως εκ τούτου, οι ογκώδεις και υδρόφιλες ιδιότητες του υδροξυπροπυλίου καθιστούν δύσκολο τον ανασυνδυασμό των μοριακών αλυσίδων αμυλόζης και το σχηματισμό περιοχών διασταύρωσης [233]. Επομένως, με τη μείωση της θερμοκρασίας, σε σύγκριση με το φυσικό άμυλο, το HPS τείνει να σχηματίζει μια πιο χαλαρή και μαλακότερη δομή δικτύου γέλης.

Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, υπάρχουν περισσότερα τεντωμένα ελικοειδή θραύσματα στο διάλυμα HPS, τα οποία μπορούν να σχηματίσουν περισσότερους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με τη μοριακή αλυσίδα HPMC στο όριο των δύο φάσεων, σχηματίζοντας έτσι μια πιο ομοιόμορφη δομή. Επιπλέον, η υδροξυπροπυλίωση μειώνει το ιξώδες του αμύλου, το οποίο μειώνει τη διαφορά ιξώδους μεταξύ HPMC και HPS στη σύνθεση. Επομένως, το σημείο μετάβασης φάσης στο σύνθετο σύστημα HPMC/HPS μετατοπίζεται σε χαμηλή θερμοκρασία με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS. Αυτό μπορεί να επιβεβαιωθεί από την απότομη αλλαγή στο ιξώδες με τη θερμοκρασία των ανασυσταμένων δειγμάτων στο 5.3.4.

5.4 Περίληψη κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, παρασκευάστηκαν διαλύματα ένωσης HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS και η επίδραση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες πηκτής του συστήματος κρύας και θερμής γέλης HPMC/HPS διερευνήθηκε με ροόμετρο. Η κατανομή φάσης του σύνθετου συστήματος ψυχρής και θερμής γέλης HPMC/HPS μελετήθηκε με ανάλυση οπτικού μικροσκοπίου χρώσης ιωδίου. Τα κύρια ευρήματα είναι τα εξής:

1. Σε θερμοκρασία δωματίου, το ιξώδες και η αραίωση διάτμησης του διαλύματος ένωσης HPMC/HPS μειώθηκαν με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η εισαγωγή της ομάδας υδροξυπροπυλίου στο μόριο του αμύλου καταστρέφει τη δομή του ενδομοριακού δεσμού υδρογόνου και βελτιώνει την υδροφιλικότητα του αμύλου.
2. Σε θερμοκρασία δωματίου, το ιξώδες μηδενικής διάτμησης h0, ο δείκτης ροής n και ο συντελεστής ιξώδους Κ των διαλυμάτων ένωσης HPMC/HPS επηρεάζονται τόσο από HPMC όσο και από υδροξυπροπυλίωση. Με την αύξηση της περιεκτικότητας HPMC, το μηδενικό ιξώδες διάτμησης h0 μειώνεται, ο δείκτης ροής n αυξάνεται και ο συντελεστής ιξώδους K μειώνεται. Το μηδενικό ιξώδες διάτμησης h0, ο δείκτης ροής n και ο συντελεστής ιξώδους K του καθαρού HPS αυξάνονται όλα με το υδροξύλιο Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του προπυλίου, αυτό γίνεται μικρότερο. αλλά για το σύνθετο σύστημα, το μηδενικό ιξώδες διάτμησης h0 μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, ενώ ο δείκτης ροής n και η σταθερά ιξώδους K αυξάνονται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης.
3. Η μέθοδος διάτμησης με προδιάτμηση και η θιξοτροπία τριών σταδίων μπορεί να αντικατοπτρίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια το ιξώδες, τις ιδιότητες ροής και τη θιξοτροπία του σύνθετου διαλύματος.
4. Η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή του συστήματος ένωσης HPMC/HPS στενεύει με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS.
5. Σε αυτό το σύστημα ένωσης κρύου-ζεστή γέλη, τα HPMC και HPS μπορούν να σχηματίσουν συνεχείς φάσεις σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα. Αυτή η αλλαγή δομής φάσης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το ιξώδες του συμπλέγματος, τις ιξωδοελαστικές ιδιότητες, την εξάρτηση από τη συχνότητα και τις ιδιότητες της γέλης του συμπλέγματος.
6. Ως διεσπαρμένες φάσεις, τα HPMC και HPS μπορούν να προσδιορίσουν τις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης των συστημάτων ενώσεων HPMC/HPS σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα. Οι ιξωδοελαστικές καμπύλες των σύνθετων δειγμάτων HPMC/HPS ήταν συνεπείς με το HPS σε χαμηλή θερμοκρασία και το HPMC σε υψηλή θερμοκρασία.
7. Ο διαφορετικός βαθμός χημικής τροποποίησης της δομής του αμύλου είχε επίσης σημαντική επίδραση στις ιδιότητες της γέλης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μιγαδικό ιξώδες, ο συντελεστής αποθήκευσης και ο συντελεστής απώλειας μειώνονται όλα με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Επομένως, η υδροξυπροπυλίωση του φυσικού αμύλου μπορεί να διαταράξει τη διατεταγμένη δομή του και να αυξήσει την υδροφιλικότητα του αμύλου, με αποτέλεσμα μια μαλακή υφή γέλης.
8. Η υδροξυπροπυλίωση μπορεί να μειώσει τη συμπεριφορά που μοιάζει με στερεά των διαλυμάτων αμύλου σε χαμηλή θερμοκρασία και τη συμπεριφορά που μοιάζει με υγρό σε υψηλή θερμοκρασία. Σε χαμηλή θερμοκρασία, οι τιμές των n′ και n″ έγιναν μεγαλύτερες με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. σε υψηλή θερμοκρασία, οι τιμές n' και n″ έγιναν μικρότερες με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS.
9. Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής, των ρεολογικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων γέλης του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. Τόσο η απότομη αλλαγή στην καμπύλη ιξώδους του σύνθετου συστήματος όσο και η κορυφή tan δ στην καμπύλη του παράγοντα απώλειας εμφανίζονται στους 45 °C, κάτι που είναι σύμφωνο με το φαινόμενο της συν-συνεχούς φάσης που παρατηρείται στη μικρογραφία (στους 45 °C).

Συνοπτικά, το σύνθετο σύστημα γέλης κρύου-θερμού HPMC/HPS παρουσιάζει ειδική μορφολογία και ιδιότητες φάσης ελεγχόμενης από τη θερμοκρασία. Μέσω διαφόρων χημικών τροποποιήσεων του αμύλου και της κυτταρίνης, το σύστημα ενώσεων κρύου και ζεστού γέλης HPMC/HPS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη και εφαρμογή έξυπνων υλικών υψηλής αξίας.

Κεφάλαιο 6 Επιδράσεις του βαθμού υποκατάστασης HPS στις ιδιότητες και τη συμβατότητα συστήματος των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS

Μπορεί να φανεί από το Κεφάλαιο 5 ότι η αλλαγή της χημικής δομής των συστατικών στο σύστημα ένωσης καθορίζει τη διαφορά στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες της γέλης και άλλες ιδιότητες επεξεργασίας του συστήματος ένωσης. Η συνολική απόδοση έχει σημαντικό αντίκτυπο.

Αυτό το κεφάλαιο εστιάζει στην επίδραση της χημικής δομής των συστατικών στη μικροδομή και τις μακροσκοπικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS. Σε συνδυασμό με την επίδραση του Κεφαλαίου 5 στις ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος, καθιερώνονται οι ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS- σχέση μεταξύ των ιδιοτήτων του φιλμ.

6.1 Υλικά και Εξοπλισμός

6.1.1 Κύρια πειραματικά υλικά

6.1.2 Κύρια όργανα και εξοπλισμός

6.2 Πειραματική μέθοδος

6.2.1 Παρασκευή σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Η συνολική συγκέντρωση του διαλύματος ένωσης είναι 8% (β/β), η αναλογία ένωσης HPMC/HPS είναι 10:0, 5:5, 0:10, ο πλαστικοποιητής είναι 2,4% (β/β) πολυαιθυλενογλυκόλη, Η βρώσιμη σύνθετο φιλμ HPMC/HPS παρασκευάστηκε με μέθοδο χύτευσης. Για τη συγκεκριμένη μέθοδο παρασκευής, βλέπε 3.2.1.

6.2.2 Δομή μικροτομέων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

6.2.2.1 Η αρχή της ανάλυσης μικροδομής της σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας ακτινοβολίας σύγχροτρον

Η Σκέδαση ακτίνων Χ μικρού αγγέλου (SAXS) αναφέρεται στο φαινόμενο σκέδασης που προκαλείται από τη δέσμη ακτίνων Χ που ακτινοβολεί το υπό δοκιμή δείγμα σε μια μικρή γωνία κοντά στη δέσμη ακτίνων Χ. Με βάση τη διαφορά πυκνότητας ηλεκτρονίων σε νανοκλίμακα μεταξύ του σκεδαστή και του περιβάλλοντος μέσου, η σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας χρησιμοποιείται συνήθως στη μελέτη στερεών, κολλοειδών και υγρών πολυμερών υλικών στην περιοχή νανοκλίμακας. Σε σύγκριση με την τεχνολογία περίθλασης ακτίνων Χ ευρείας γωνίας, το SAXS μπορεί να αποκτήσει δομικές πληροφορίες σε μεγαλύτερη κλίμακα, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση της διαμόρφωσης των μοριακών αλυσίδων πολυμερών, των δομών μακράς περιόδου και της δομής φάσης και της κατανομής φάσης των πολυμερικών πολυμερών πολυμερών συστημάτων . Η πηγή φωτός ακτίνων Χ Synchrotron είναι ένας νέος τύπος πηγής φωτός υψηλής απόδοσης, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής καθαρότητας, της υψηλής πόλωσης, του στενού παλμού, της υψηλής φωτεινότητας και της υψηλής ευθυγράμμισης, ώστε να μπορεί να αποκτήσει τις δομικές πληροφορίες νανοκλίμακας των υλικών πιο γρήγορα και με ακρίβεια. Η ανάλυση του φάσματος SAXS της μετρούμενης ουσίας μπορεί ποιοτικά να αποκτήσει την ομοιομορφία της πυκνότητας του νέφους ηλεκτρονίων, την ομοιομορφία της μονοφασικής πυκνότητας του νέφους ηλεκτρονίων (θετική απόκλιση από το θεώρημα Porod ή το θεώρημα του Debye) και τη σαφήνεια της διεπαφής δύο φάσεων (αρνητική απόκλιση από το Porod ή το θεώρημα του Debye). ), η αυτο-ομοιότητα του σκεδαστή (είτε έχει χαρακτηριστικά φράκταλ), η διασπορά του σκεδαστή (μονοδιασπορά ή η πολυδιασπορά που καθορίζεται από τον Guinier) και άλλες πληροφορίες, και η διάσταση φράκταλ διασποράς, η ακτίνα περιστροφής και το μέσο στρώμα επαναλαμβανόμενων μονάδων μπορούν επίσης να ληφθούν ποσοτικά. Πάχος, μέσο μέγεθος, κλάσμα όγκου σκέδασης, ειδική επιφάνεια και άλλες παράμετροι.

6.2.2.2 Μέθοδος δοκιμής

Στο Κέντρο Ακτινοβολίας Synchrotron της Αυστραλίας (Clayton, Βικτώρια, Αυστραλία), η προηγμένη παγκόσμια πηγή ακτινοβολίας σύγχροτρον τρίτης γενιάς (ροή 1013 φωτόνια/s, μήκος κύματος 1,47 Å) χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της δομής μικροτομέων και άλλων σχετικών πληροφοριών του σύνθετου υλικού ταινία. Το δισδιάστατο σχέδιο σκέδασης του δείγματος δοκιμής συλλέχθηκε από τον ανιχνευτή Pilatus 1M (169 × 172 μm περιοχή, 172 × 172 μm μέγεθος pixel) και το μετρούμενο δείγμα ήταν στην περιοχή 0,015 < q < 0,15 Å−1 ( q είναι το διάνυσμα σκέδασης) Η εσωτερική μονοδιάστατη καμπύλη σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας λαμβάνεται από το δισδιάστατο σχέδιο σκέδασης από το λογισμικό ScatterBrain και το διάνυσμα σκέδασης q και η γωνία σκέδασης 2 μετατρέπονται με τον τύπο i / , πού είναι το μήκος κύματος των ακτίνων Χ. Όλα τα δεδομένα προ-κανονικοποιήθηκαν πριν από την ανάλυση δεδομένων.

6.2.3 Θερμοβαρυμετρική ανάλυση σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

6.2.3.1 Αρχή της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης

Ίδιο με το 3.2.5.1

6.2.3.2 Μέθοδος δοκιμής

Βλέπε 3.2.5.2

6.2.4 Ιδιότητες εφελκυσμού σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

6.2.4.1 Αρχή ανάλυσης ιδιοτήτων εφελκυσμού

Ίδιο με το 3.2.6.1

6.2.4.2 Μέθοδος δοκιμής

Βλέπε 3.2.6.2

Χρησιμοποιώντας το πρότυπο ISO37, κόβεται σε σφήνες σε σχήμα αλτήρα, με συνολικό μήκος 35 mm, απόσταση μεταξύ των γραμμών σήμανσης 12 mm και πλάτος 2 mm. Όλα τα δοκίμια εξισορροπήθηκαν σε υγρασία 75% για περισσότερο από 3 ημέρες.

6.2.5 Διαπερατότητα οξυγόνου σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

6.2.5.1 Αρχή ανάλυσης διαπερατότητας οξυγόνου

Ίδιο με το 3.2.7.1

6.2.5.2 Μέθοδος δοκιμής

Βλέπε 3.2.7.2

6.3 Αποτελέσματα και συζήτηση

6.3.1 Ανάλυση κρυσταλλικής δομής σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Το σχήμα 6-1 δείχνει τα φάσματα σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι στο σχετικά μεγάλης κλίμακας εύρος q > 0,3 Å (2θ > 40), εμφανίζονται εμφανείς χαρακτηριστικές κορυφές σε όλα τα δείγματα μεμβράνης. Από το σχέδιο σκέδασης ακτίνων Χ της καθαρής μεμβράνης συστατικού (Εικ. 6-1a), το καθαρό HPMC έχει μια ισχυρή χαρακτηριστική κορυφή σκέδασης ακτίνων Χ στα 0,569 Å, υποδεικνύοντας ότι το HPMC έχει κορυφή σκέδασης ακτίνων Χ στην ευρυγώνια περιοχή 7,70 (2θ > 50). Οι χαρακτηριστικές κρυσταλλικές κορυφές, υποδεικνύοντας ότι το HPMC έχει μια συγκεκριμένη κρυσταλλική δομή εδώ. Και τα δύο δείγματα καθαρού φιλμ αμύλου Α939 και Α1081 εμφάνισαν μια ξεχωριστή κορυφή σκέδασης ακτίνων Χ στα 0,397 Α, υποδεικνύοντας ότι το HPS έχει μια κρυσταλλική χαρακτηριστική κορυφή στην περιοχή ευρείας γωνίας 5,30, η οποία αντιστοιχεί στην κρυσταλλική κορυφή του αμύλου τύπου Β. Μπορεί να φανεί καθαρά από το σχήμα ότι το Α939 με χαμηλή υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου έχει μεγαλύτερη επιφάνεια κορυφής από το Α1081 με υψηλή υποκατάσταση. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η εισαγωγή της ομάδας υδροξυπροπυλίου στη μοριακή αλυσίδα του αμύλου σπάει την αρχική διατεταγμένη δομή των μορίων αμύλου, αυξάνει τη δυσκολία αναδιάταξης και διασταύρωσης μεταξύ μοριακών αλυσίδων αμύλου και μειώνει τον βαθμό ανακρυστάλλωσης του αμύλου. Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης της ομάδας υδροξυπροπυλίου, η ανασταλτική επίδραση της ομάδας υδροξυπροπυλίου στην ανακρυστάλλωση του αμύλου είναι πιο εμφανής.

Μπορεί να φανεί από τα φάσματα σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας των σύνθετων δειγμάτων (Εικ. 6-1β) ότι τα σύνθετα φιλμ HPMC-HPS έδειξαν όλα προφανείς χαρακτηριστικές κορυφές στα 0,569 Å και 0,397 Å, που αντιστοιχούν στον κρύσταλλο 7,70 HPMC χαρακτηριστικές κορυφές, αντίστοιχα. Το εμβαδόν κορυφής της κρυστάλλωσης HPS του σύνθετου φιλμ HPMC/A939 είναι σημαντικά μεγαλύτερο από αυτό του σύνθετου φιλμ HPMC/A1081. Η αναδιάταξη καταστέλλεται, η οποία είναι σύμφωνη με τη διακύμανση της περιοχής κορυφής κρυστάλλωσης HPS με τον βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου σε καθαρά φιλμ συστατικών. Η κρυσταλλική περιοχή κορυφής που αντιστοιχεί σε HPMC στο 7,70 για τις σύνθετες μεμβράνες με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS δεν άλλαξε πολύ. Σε σύγκριση με το φάσμα των καθαρών δειγμάτων συστατικών (Εικ. 5-1a), οι περιοχές των κορυφών κρυστάλλωσης HPMC και των κορυφών κρυστάλλωσης HPS των σύνθετων δειγμάτων μειώθηκαν, γεγονός που έδειξε ότι μέσω του συνδυασμού των δύο, τόσο το HPMC όσο και το HPS θα μπορούσαν να είναι αποτελεσματικά για την άλλη ομάδα. Το φαινόμενο της ανακρυστάλλωσης του υλικού διαχωρισμού του φιλμ παίζει έναν συγκεκριμένο ανασταλτικό ρόλο.

Εικ. 6-1 Φάσματα SAXS μεμβρανών ανάμειξης HPMC/HPS με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

Συμπερασματικά, η αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS και η ένωση των δύο συστατικών μπορεί να αναστείλει το φαινόμενο ανακρυστάλλωσης της σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS σε κάποιο βαθμό. Η αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS ανέστειλε κυρίως την ανακρυστάλλωση του HPS στη σύνθετη μεμβράνη, ενώ η ένωση δύο συστατικών έπαιξε κάποιο ανασταλτικό ρόλο στην ανακρυστάλλωση του HPS και του HPMC στη σύνθετη μεμβράνη.

6.3.2 Ανάλυση αυτο-όμοιας δομής φράκταλ σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Το μέσο μήκος αλυσίδας (R) των μορίων πολυσακχαρίτη, όπως τα μόρια του αμύλου και τα μόρια της κυτταρίνης είναι στην περιοχή των 1000-1500 nm και το q είναι στην περιοχή 0,01-0,1 Α-1, με qR >> 1. Σύμφωνα με το Ο τύπος Porod, τα δείγματα φιλμ πολυσακχαρίτη μπορούν να φανούν Η σχέση μεταξύ της έντασης σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας και της γωνίας σκέδασης είναι:

Μεταξύ αυτών, το I(q) είναι η μικρής γωνίας ένταση σκέδασης ακτίνων Χ.

q είναι η γωνία σκέδασης.

α είναι η πλαγιά Porod.

Η κλίση Porod α σχετίζεται με τη δομή φράκταλ. Εάν α < 3, υποδηλώνει ότι η δομή του υλικού είναι σχετικά χαλαρή, η επιφάνεια του σκεδαστή είναι λεία και είναι ένα φράκταλ μάζας και η φράκταλ διάσταση του D = α. εάν 3 < α <4, υποδηλώνει ότι η δομή του υλικού είναι πυκνή και ο σκεδαστής είναι η επιφάνεια είναι τραχιά, που είναι επιφανειακό φράκταλ, και η φράκταλ διάστασή του D = 6 – α.

Το Σχήμα 6-2 δείχνει τα διαγράμματα lnI(q)-lnq σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι όλα τα δείγματα παρουσιάζουν μια αυτο-όμοια δομή φράκταλ εντός ορισμένου εύρους και η κλίση Porod α είναι μικρότερη από 3, υποδεικνύοντας ότι το σύνθετο φιλμ παρουσιάζει μάζα φράκταλ και η επιφάνεια του σύνθετου φιλμ είναι σχετικά λείος. Οι διαστάσεις φράκταλ μάζας των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS παρουσιάζονται στον Πίνακα 6-1.

Ο Πίνακας 6-1 δείχνει τη φράκταλ διάσταση των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Μπορεί να φανεί από τον πίνακα ότι για τα καθαρά δείγματα HPS, η φράκταλ διάσταση του Α939 υποκατεστημένου με χαμηλή υδροξυπροπυλική είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη της Α1081 υποκατεστημένης με υψηλή υδροξυπροπυλ, γεγονός που δείχνει ότι με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, στη μεμβράνη Η πυκνότητα της ίδιας της δομής μειώνεται σημαντικά. Αυτό συμβαίνει επειδή η εισαγωγή ομάδων υδροξυπροπυλίου στη μοριακή αλυσίδα του αμύλου εμποδίζει σημαντικά την αμοιβαία σύνδεση των τμημάτων HPS, με αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας της ίδιας της δομής στο φιλμ. Οι υδρόφιλες ομάδες υδροξυπροπυλίου μπορούν να σχηματίσουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού, μειώνοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών τμημάτων. Οι μεγαλύτερες ομάδες υδροξυπροπυλίου περιορίζουν τον ανασυνδυασμό και τη διασύνδεση μεταξύ μοριακών τμημάτων αμύλου, έτσι με τον αυξανόμενο βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, το HPS σχηματίζει μια πιο χαλαρή αυτο-όμοια δομή.

Για το σύστημα ένωσης HPMC/A939, η κλασματική διάσταση του HPS είναι υψηλότερη από αυτή του HPMC, γεγονός που οφείλεται στο ότι το άμυλο ανακρυσταλλώνεται και σχηματίζεται μια πιο διατεταγμένη δομή μεταξύ των μοριακών αλυσίδων, η οποία οδηγεί στην ίδια δομή στη μεμβράνη. . Υψηλή πυκνότητα. Η φράκταλ διάσταση του σύνθετου δείγματος είναι χαμηλότερη από αυτή των δύο καθαρών συστατικών, επειδή μέσω της ένωσης, η αμοιβαία δέσμευση των μοριακών τμημάτων των δύο συστατικών παρεμποδίζεται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να μειώνεται η πυκνότητα των ίδιων των ομοειδών δομών. Αντίθετα, στο σύστημα ένωσης HPMC/A1081, η φράκταλ διάσταση του HPS είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του HPMC. Αυτό συμβαίνει επειδή η εισαγωγή ομάδων υδροξυπροπυλίου σε μόρια αμύλου αναστέλλει σημαντικά την ανακρυστάλλωση του αμύλου. Η ίδια η ίδια δομή στο ξύλο είναι πιο χαλαρή. Ταυτόχρονα, η φράκταλ διάσταση του δείγματος ένωσης HPMC/A1081 είναι υψηλότερη από αυτή του καθαρού HPS, η οποία είναι επίσης σημαντικά διαφορετική από το σύστημα ένωσης HPMC/A939. Αυτο-όμοια δομή, τα μόρια HPMC που μοιάζουν με αλυσίδα μπορούν να εισέλθουν στην κοιλότητα της χαλαρής δομής του, βελτιώνοντας έτσι την πυκνότητα της ίδιας-όμοιας δομής του HPS, γεγονός που υποδεικνύει επίσης ότι το HPS με υψηλή υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου μπορεί να σχηματίσει ένα πιο ομοιόμορφο σύμπλοκο μετά την ένωση με HPMC. συστατικά. Από τα δεδομένα των ρεολογικών ιδιοτήτων, μπορεί να φανεί ότι η υδροξυπροπυλίωση μπορεί να μειώσει το ιξώδες του αμύλου, έτσι κατά τη διαδικασία της σύνθεσης, η διαφορά ιξώδους μεταξύ των δύο συστατικών στο σύστημα σύνθεσης μειώνεται, γεγονός που ευνοεί περισσότερο τον σχηματισμό ομοιογενούς χημική ένωση.

Εικ. 6-2 Μοτίβα lnI(q)-lnq και οι καμπύλες προσαρμογής του για μεμβράνες ανάμειξης HPMC/HPS με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

Πίνακας 6-1 Παράμετροι δομής φράκταλ μεμβρανών μιγμάτων HPS/HPMC με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

Για τις σύνθετες μεμβράνες με την ίδια αναλογία σύνθεσης, η φράκταλ διάσταση μειώνεται επίσης με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης της ομάδας υδροξυπροπυλίου. Η εισαγωγή υδροξυπροπυλίου στο μόριο HPS μπορεί να μειώσει την αμοιβαία σύνδεση τμημάτων πολυμερούς στο σύστημα ένωσης, μειώνοντας έτσι την πυκνότητα της σύνθετης μεμβράνης. Το HPS με υψηλή υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου έχει καλύτερη συμβατότητα με το HPMC, πιο εύκολο να σχηματίσει ομοιόμορφη και πυκνή ένωση. Επομένως, η πυκνότητα της ίδιας της δομής στη σύνθετη μεμβράνη μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του HPS, που είναι αποτέλεσμα της κοινής επίδρασης του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS και της συμβατότητας των δύο συστατικών στο σύνθετο υλικό. σύστημα.

6.3.3 Ανάλυση θερμικής σταθερότητας σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Ο θερμοβαρυμετρικός αναλυτής χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της θερμικής σταθερότητας των βρώσιμων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου. Το Σχήμα 6-3 δείχνει τη θερμοβαρυμετρική καμπύλη (TGA) και την καμπύλη του ρυθμού απώλειας βάρους (DTG) των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικούς βαθμούς υδροξυπροπυλικής υποκατάστασης HPS. Μπορεί να φανεί από την καμπύλη TGA στο Σχήμα 6-3(α) ότι τα δείγματα σύνθετης μεμβράνης με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Υπάρχουν δύο προφανή στάδια θερμοβαρυμετρικής αλλαγής με την αύξηση της θερμοκρασίας. Πρώτον, υπάρχει ένα μικρό στάδιο απώλειας βάρους στους 30~180 °C, το οποίο προκαλείται κυρίως από την εξάτμιση του νερού που προσροφάται από το μακρομόριο πολυσακχαρίτη. Υπάρχει μια μεγάλη φάση απώλειας βάρους στους 300~450 °C, η οποία είναι η πραγματική φάση θερμικής αποδόμησης, που προκαλείται κυρίως από τη θερμική αποδόμηση των HPMC και HPS. Μπορεί επίσης να φανεί από το σχήμα ότι οι καμπύλες απώλειας βάρους του HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου είναι παρόμοιες και σημαντικά διαφορετικές από εκείνες του HPMC. Μεταξύ των δύο τύπων καμπυλών απώλειας βάρους για δείγματα καθαρού HPMC και καθαρού HPS.

Από τις καμπύλες DTG στο Σχήμα 6-3(β), μπορεί να φανεί ότι οι θερμοκρασίες θερμικής αποδόμησης του καθαρού HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου είναι πολύ κοντινές και οι μέγιστες θερμοκρασίες θερμικής αποδόμησης των δειγμάτων A939 και A081 είναι 310 °C και 305 °C, αντίστοιχα Η μέγιστη θερμοκρασία θερμικής αποδόμησης του καθαρού δείγματος HPMC είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του HPS και η μέγιστη θερμοκρασία του είναι 365 °C. Το σύνθετο φιλμ HPMC/HPS έχει δύο κορυφές θερμικής αποικοδόμησης στην καμπύλη DTG, που αντιστοιχούν στη θερμική αποικοδόμηση των HPS και HPMC, αντίστοιχα. Χαρακτηριστικές κορυφές, οι οποίες υποδεικνύουν ότι υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός διαχωρισμού φάσεων στο σύνθετο σύστημα με αναλογία σύνθετου υλικού 5:5, ο οποίος είναι σύμφωνος με τα αποτελέσματα θερμικής αποδόμησης του σύνθετου φιλμ με αναλογία σύνθετου υλικού 5:5 στο Κεφάλαιο 3 Οι μέγιστες θερμοκρασίες θερμικής αποδόμησης των δειγμάτων σύνθετου φιλμ HPMC/A939 ήταν 302 °C και 363 °C, αντίστοιχα. οι μέγιστες θερμοκρασίες θερμικής αποικοδόμησης των δειγμάτων σύνθετου φιλμ HPMC/A1081 ήταν 306 °C και 363 °C, αντίστοιχα. Οι μέγιστες θερμοκρασίες των δειγμάτων σύνθετης μεμβράνης μετατοπίστηκαν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από τα δείγματα καθαρών συστατικών, γεγονός που έδειξε ότι η θερμική σταθερότητα των σύνθετων δειγμάτων ήταν μειωμένη. Για τα δείγματα με την ίδια αναλογία σύνθεσης, η μέγιστη θερμοκρασία θερμικής αποικοδόμησης μειώθηκε με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, υποδεικνύοντας ότι η θερμική σταθερότητα του σύνθετου φιλμ μειώθηκε με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Αυτό συμβαίνει επειδή η εισαγωγή ομάδων υδροξυπροπυλίου σε μόρια αμύλου μειώνει την αλληλεπίδραση μεταξύ των μοριακών τμημάτων και αναστέλλει την ομαλή αναδιάταξη των μορίων. Είναι συνεπές με τα αποτελέσματα ότι η πυκνότητα των ίδιων όμοιων δομών μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου.

Εικ. 6-3 Καμπύλες TGA (α) και καμπύλες παραγώγων τους (DTG) (β) μεμβρανών ανάμειξης HPMC/HPS με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

6.3.4 Ανάλυση μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Εικ. 6-5 Ιδιότητες εφελκυσμού μεμβρανών HPMC/HPS με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

Οι ιδιότητες εφελκυσμού των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS δοκιμάστηκαν με μηχανικό αναλυτή ιδιοτήτων στους 25 °C και σχετική υγρασία 75%. Τα Σχήματα 6-5 δείχνουν το μέτρο ελαστικότητας (α), την επιμήκυνση στη θραύση (b) και την αντοχή εφελκυσμού (c) των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι για το σύστημα ένωσης HPMC/A1081, με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS, ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή εφελκυσμού του σύνθετου φιλμ σταδιακά μειώθηκαν και η επιμήκυνση στο σπάσιμο αυξήθηκε σημαντικά, κάτι που ήταν σύμφωνο με το 3,3. 5 μέτρια και υψηλή υγρασία. Τα αποτελέσματα των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης ήταν συνεπή.

Για καθαρές μεμβράνες HPS, τόσο το μέτρο ελαστικότητας όσο και η αντοχή εφελκυσμού αυξήθηκαν με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS, υποδηλώνοντας ότι η υδροξυπροπυλίωση μειώνει την ακαμψία της σύνθετης μεμβράνης και βελτιώνει την ευκαμψία της. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, η υδροφιλία του HPS αυξάνεται και η δομή της μεμβράνης γίνεται πιο χαλαρή, γεγονός που είναι σύμφωνο με το αποτέλεσμα ότι η διάσταση φράκταλ μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης στη μικρή γωνία Χ- δοκιμή σκέδασης ακτίνων. Ωστόσο, η επιμήκυνση στο σπάσιμο μειώνεται με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης της ομάδας υδροξυπροπυλίου HPS, η οποία οφείλεται κυρίως στο ότι η εισαγωγή της ομάδας υδροξυπροπυλίου στο μόριο του αμύλου μπορεί να αναστείλει την ανακρυστάλλωση του αμύλου. Τα αποτελέσματα είναι συνεπή με την αύξηση και τη μείωση.

Για τη σύνθετη μεμβράνη HPMC/HPS με την ίδια αναλογία ένωσης, ο συντελεστής ελαστικότητας του υλικού της μεμβράνης αυξάνεται με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS και η αντοχή εφελκυσμού και η επιμήκυνση στη θραύση μειώνονται αμφότερα με τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών ποικίλλουν εντελώς ανάλογα με την αναλογία σύνθεσης με τους διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι οι μηχανικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης δεν επηρεάζονται μόνο από τον βαθμό υποκατάστασης του HPS στη δομή της μεμβράνης, αλλά και από τη συμβατότητα μεταξύ των συστατικών στο σύνθετο σύστημα. Το ιξώδες του HPS μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, είναι πιο ευνοϊκό να σχηματιστεί μια ομοιόμορφη ένωση με ένωση.

6.3.5 Ανάλυση διαπερατότητας οξυγόνου σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS

Η οξείδωση που προκαλείται από το οξυγόνο είναι το αρχικό στάδιο με πολλούς τρόπους πρόκλησης αλλοίωσης των τροφίμων, έτσι τα βρώσιμα σύνθετα φιλμ με ορισμένες ιδιότητες φραγμού οξυγόνου μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα των τροφίμων και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των τροφίμων [108, 364]. Επομένως, μετρήθηκαν οι ρυθμοί μετάδοσης οξυγόνου των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS και τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 5-6. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η διαπερατότητα οξυγόνου όλων των καθαρών μεμβρανών HPS είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των καθαρών μεμβρανών HPMC, υποδεικνύοντας ότι οι μεμβράνες HPS έχουν καλύτερες ιδιότητες φραγμού οξυγόνου από τις μεμβράνες HPMC, κάτι που είναι σύμφωνο με τα προηγούμενα αποτελέσματα. Για καθαρές μεμβράνες HPS με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, ο ρυθμός μετάδοσης οξυγόνου αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης, γεγονός που δείχνει ότι αυξάνεται η περιοχή όπου το οξυγόνο διεισδύει στο υλικό της μεμβράνης. Αυτό είναι σύμφωνο με την ανάλυση μικροδομής της σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας ότι η δομή της μεμβράνης γίνεται πιο χαλαρή με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, έτσι το κανάλι διείσδυσης του οξυγόνου στη μεμβράνη γίνεται μεγαλύτερο και το οξυγόνο στη μεμβράνη διαπερνά Καθώς η περιοχή αυξάνεται, ο ρυθμός μετάδοσης οξυγόνου αυξάνεται επίσης σταδιακά.

Εικ. 6-6 Διαπερατότητα οξυγόνου μεμβρανών HPS/HPMC με διάφορους βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS

Για τις σύνθετες μεμβράνες με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS, ο ρυθμός μετάδοσης οξυγόνου μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι στο σύστημα σύνθεσης 5:5, το HPS υπάρχει με τη μορφή διεσπαρμένης φάσης στη συνεχή φάση HPMC χαμηλού ιξώδους και το ιξώδες του HPS μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. Όσο μικρότερη είναι η διαφορά ιξώδους, τόσο πιο ευνοϊκό για το σχηματισμό μιας ομοιογενούς ένωσης, τόσο πιο ελικοειδής είναι ο δίαυλος διείσδυσης οξυγόνου στο υλικό της μεμβράνης και τόσο μικρότερος είναι ο ρυθμός μετάδοσης οξυγόνου.

6.4 Περίληψη κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, τα βρώσιμα σύνθετα φιλμ HPMC/HPS παρασκευάστηκαν με χύτευση HPS και HPMC με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου και προσθήκη πολυαιθυλενογλυκόλης ως πλαστικοποιητή. Η επίδραση διαφορετικών βαθμών υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στην κρυσταλλική δομή και τη δομή μικροπεριοχής της σύνθετης μεμβράνης μελετήθηκε με τεχνολογία σκέδασης ακτίνων Χ μικρής γωνίας ακτινοβολίας σύγχροτρον. Οι επιδράσεις διαφορετικών βαθμών υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS στη θερμική σταθερότητα, τις μηχανικές ιδιότητες και τη διαπερατότητα οξυγόνου των σύνθετων μεμβρανών και οι νόμοι τους μελετήθηκαν από θερμοβαρυμετρικό αναλυτή, ελεγκτή μηχανικών ιδιοτήτων και ελεγκτή διαπερατότητας οξυγόνου. Τα κύρια ευρήματα είναι τα εξής:

1. Για τη σύνθετη μεμβράνη HPMC/HPS με την ίδια αναλογία σύνθεσης, με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, το εμβαδόν κορυφής κρυστάλλωσης που αντιστοιχεί στο HPS στο 5,30 μειώνεται, ενώ το εμβαδόν κορυφής κρυστάλλωσης που αντιστοιχεί στο HPMC στο 7,70 δεν αλλάζει πολύ, υποδεικνύοντας ότι το Η υδροξυπροπυλίωση του αμύλου μπορεί να αναστείλει την ανακρυστάλλωση του αμύλου στο σύνθετο φιλμ.
2. Σε σύγκριση με τις καθαρές μεμβράνες συστατικών των HPMC και HPS, οι περιοχές κορυφής κρυστάλλωσης των HPS (5,30) και HPMC (7,70) των σύνθετων μεμβρανών μειώνονται, γεγονός που δείχνει ότι μέσω του συνδυασμού των δύο, τόσο το HPMC όσο και το HPS μπορούν να είναι αποτελεσματικά στην τις σύνθετες μεμβράνες. Η ανακρυστάλλωση ενός άλλου συστατικού παίζει έναν συγκεκριμένο ανασταλτικό ρόλο.
3. Όλες οι σύνθετες μεμβράνες HPMC/HPS έδειξαν παρόμοια δομή φράκταλ μάζας. Για σύνθετες μεμβράνες με την ίδια αναλογία ένωσης, η πυκνότητα του υλικού της μεμβράνης μειώθηκε σημαντικά με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου. χαμηλή υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου HPS Η πυκνότητα του σύνθετου υλικού μεμβράνης είναι σημαντικά χαμηλότερη από αυτή του υλικού δύο καθαρών συστατικών, ενώ η πυκνότητα του σύνθετου υλικού μεμβράνης με υψηλό βαθμό υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS είναι υψηλότερη από εκείνη της καθαρής μεμβράνης HPS, η οποία είναι κυρίως επειδή επηρεάζεται ταυτόχρονα και η πυκνότητα του σύνθετου υλικού μεμβράνης. Η επίδραση της υδροξυπροπυλίωσης HPS στη μείωση της δέσμευσης του πολυμερούς τμήματος και στη συμβατότητα μεταξύ των δύο συστατικών του συστήματος ένωσης.
4. Η υδροξυπροπυλίωση του HPS μπορεί να μειώσει τη θερμική σταθερότητα των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS και η μέγιστη θερμοκρασία θερμικής αποικοδόμησης των σύνθετων μεμβρανών μετατοπίζεται στην περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, γεγονός που οφείλεται στην ομάδα υδροξυπροπυλίου στα μόρια αμύλου. Η εισαγωγή μειώνει την αλληλεπίδραση μεταξύ μοριακών τμημάτων και αναστέλλει την ομαλή αναδιάταξη των μορίων.
5. Ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό της καθαρής μεμβράνης HPS μειώθηκαν με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου HPS, ενώ η επιμήκυνση στο σπάσιμο αυξήθηκε. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η υδροξυπροπυλίωση αναστέλλει την ανακρυστάλλωση του αμύλου και κάνει το σύνθετο φιλμ να σχηματίζει μια χαλαρότερη δομή.
6. Ο συντελεστής ελαστικότητας του σύνθετου φιλμ HPMC/HPS μειώθηκε με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS, αλλά η αντοχή εφελκυσμού και η επιμήκυνση κατά τη θραύση αυξήθηκαν, επειδή οι μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου φιλμ δεν επηρεάστηκαν από τον βαθμό υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου του HPS. Εκτός από την επίδραση του, επηρεάζεται επίσης από τη συμβατότητα των δύο συστατικών του σύνθετου συστήματος.
7. Η διαπερατότητα οξυγόνου του καθαρού HPS αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, επειδή η υδροξυπροπυλίωση μειώνει την πυκνότητα της άμορφης περιοχής HPS και αυξάνει την περιοχή διείσδυσης οξυγόνου στη μεμβράνη. Σύνθετη μεμβράνη HPMC/HPS Η διαπερατότητα οξυγόνου μειώνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου, η οποία οφείλεται κυρίως στο ότι το υπερυδροξυπροπυλιωμένο HPS έχει καλύτερη συμβατότητα με το HPMC, γεγονός που οδηγεί σε αυξημένη στρέψη του καναλιού διείσδυσης οξυγόνου στη σύνθετη μεμβράνη. Μειωμένη διαπερατότητα οξυγόνου.

Τα παραπάνω πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι μηχανικές ιδιότητες, η θερμική σταθερότητα και η διαπερατότητα οξυγόνου των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS σχετίζονται στενά με την εσωτερική κρυσταλλική δομή και τη δομή της άμορφης περιοχής τους, οι οποίες δεν επηρεάζονται μόνο από την υποκατάσταση υδροξυπροπυλίου HPS, αλλά και επίσης από το συγκρότημα. Επίδραση της συμβατότητας δύο συστατικών συστημάτων προσδέματος.

Συμπέρασμα και Outlook

1. Σύναψη

Σε αυτό το έγγραφο, η θερμική γέλη HPMC και η ψυχρή γέλη HPS συνδυάζονται και κατασκευάζεται το σύστημα ένωσης αντίστροφης γέλης κρύου και θερμού HPMC/HPS. Η συγκέντρωση του διαλύματος, η αναλογία σύνθεσης και η επίδραση διάτμησης στο σύστημα ένωσης μελετώνται συστηματικά η επίδραση των ρεολογικών ιδιοτήτων όπως το ιξώδες, ο δείκτης ροής και η θιξοτροπία, σε συνδυασμό με τις μηχανικές ιδιότητες, τις δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες, τη διαπερατότητα οξυγόνου, τις ιδιότητες μετάδοσης φωτός και τη θερμική σταθερότητα του σύνθετες μεμβράνες που παρασκευάζονται με τη μέθοδο χύτευσης. Οι περιεκτικές ιδιότητες και η βαφή ιωδιούχου κρασιού η συμβατότητα, η μετάπτωση φάσης και η μορφολογία φάσης του σύνθετου συστήματος μελετήθηκαν με οπτική μικροσκοπία και καθορίστηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του HPMC/HPS. Για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών ελέγχοντας τη δομή φάσης και τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ των μακροσκοπικών ιδιοτήτων και της μικρομορφολογικής δομής του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. Μελετώντας τις επιδράσεις του χημικά τροποποιημένου HPS με διαφορετικούς βαθμούς στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες της γέλης, τη μικροδομή και τις μακροσκοπικές ιδιότητες των μεμβρανών, διερευνήθηκε περαιτέρω η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του συστήματος αντίστροφης γέλης HPMC/HPS. Η σχέση μεταξύ των δύο και ένα φυσικό μοντέλο δημιουργήθηκε για να αποσαφηνιστεί ο μηχανισμός σχηματισμού γέλης και οι παράγοντες που επηρεάζουν και οι νόμοι του κρύου και του ζεστού πηκτώματος στο σύστημα ένωσης. Σχετικές μελέτες έχουν καταλήξει στα ακόλουθα συμπεράσματα.

1. Η αλλαγή της αναλογίας σύνθεσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις ρεολογικές ιδιότητες όπως το ιξώδες, η ρευστότητα και η θιξοτροπία του HPMC σε χαμηλή θερμοκρασία. Η σχέση μεταξύ των ρεολογικών ιδιοτήτων και της μικροδομής του σύνθετου συστήματος μελετήθηκε περαιτέρω. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα έχουν ως εξής:

(1) Σε χαμηλή θερμοκρασία, το σύνθετο σύστημα είναι μια δομή συνεχούς φάσης διασκορπισμένης φάσης «θάλασσα-νησί» και η συνεχής μετάβαση φάσης συμβαίνει στο 4:6 με τη μείωση της αναλογίας ένωσης HPMC/HPS. Όταν η αναλογία σύνθεσης είναι υψηλή (περισσότερη περιεκτικότητα HPMC), η HPMC με χαμηλό ιξώδες είναι η συνεχής φάση και η HPS είναι η διασπαρμένη φάση. Για το σύστημα ένωσης HPMC/HPS, όταν το συστατικό χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση και το συστατικό υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, η συμβολή του ιξώδους συνεχούς φάσης στο ιξώδες του συστήματος ένωσης είναι σημαντικά διαφορετική. Όταν το HPMC χαμηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το ιξώδες του σύνθετου συστήματος αντανακλά κυρίως τη συμβολή του ιξώδους συνεχούς φάσης. όταν το HPS υψηλού ιξώδους είναι η συνεχής φάση, το HPMC ως διασκορπισμένη φάση θα μειώσει το ιξώδες του HPS υψηλού ιξώδους. αποτέλεσμα. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS και της συγκέντρωσης του διαλύματος στο σύστημα ένωσης, το φαινόμενο ιξώδους και λέπτυνσης διάτμησης του σύνθετου συστήματος αυξήθηκε σταδιακά, η ρευστότητα μειώθηκε και η συμπεριφορά που μοιάζει με στερεό του σύνθετου συστήματος ενισχύθηκε. Το ιξώδες και η θιξοτροπία του HPMC εξισορροπούνται από τη σύνθεση με HPS.

(2) Για ένα σύστημα σύνθεσης 5:5, τα HPMC και HPS μπορούν να σχηματίσουν συνεχείς φάσεις σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα. Αυτή η αλλαγή δομής φάσης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το ιξώδες του συμπλέγματος, τις ιξωδοελαστικές ιδιότητες, την εξάρτηση από τη συχνότητα και τις ιδιότητες της γέλης του συμπλέγματος. Ως διεσπαρμένες φάσεις, τα HPMC και HPS μπορούν να προσδιορίσουν τις ρεολογικές ιδιότητες και τις ιδιότητες γέλης των συστημάτων ενώσεων HPMC/HPS σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα. Οι ιξωδοελαστικές καμπύλες των σύνθετων δειγμάτων HPMC/HPS ήταν συνεπείς με το HPS σε χαμηλή θερμοκρασία και το HPMC σε υψηλή θερμοκρασία.

(3) Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής, των ρεολογικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων γέλης του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. Τόσο η απότομη αλλαγή στην καμπύλη ιξώδους του σύνθετου συστήματος όσο και η μαύρη κορυφή δέλτα στην καμπύλη του παράγοντα απώλειας εμφανίζονται στους 45 °C, κάτι που είναι σύμφωνο με το φαινόμενο της συν-συνεχούς φάσης που παρατηρείται στο μικρογράφημα (στους 45 °C).

1. Μελετώντας τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες, τις δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες, τη διαπερατότητα φωτός, τη διαπερατότητα οξυγόνου και τη θερμική σταθερότητα των σύνθετων μεμβρανών που παρασκευάζονται υπό διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης και συγκεντρώσεις διαλύματος, σε συνδυασμό με τεχνολογία οπτικής μικροσκοπίας βαφής ιωδίου, έρευνα Η μορφολογία φάσης, η μετάβαση φάσης και η συμβατότητα των συμπλεγμάτων διερευνήθηκαν και διαπιστώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων των συμπλεγμάτων. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα έχουν ως εξής:

(1) Δεν υπάρχει προφανής διεπαφή δύο φάσεων στις εικόνες SEM των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης. Οι περισσότερες από τις σύνθετες μεμβράνες έχουν μόνο ένα σημείο μετάβασης γυαλιού στα αποτελέσματα DMA και οι περισσότερες από τις σύνθετες μεμβράνες έχουν μόνο μία κορυφή θερμικής αποικοδόμησης στην καμπύλη DTG. Αυτά μαζί δείχνουν ότι το HPMC έχει κάποια συμβατότητα με το HPS.

(2) Η σχετική υγρασία έχει σημαντική επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών HPMC/HPS και ο βαθμός της επίδρασής της αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS. Σε χαμηλότερη σχετική υγρασία, τόσο ο συντελεστής ελαστικότητας όσο και η αντοχή σε εφελκυσμό των σύνθετων μεμβρανών αυξήθηκαν με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPS και η επιμήκυνση στο σπάσιμο των σύνθετων μεμβρανών ήταν σημαντικά χαμηλότερη από εκείνη των φιλμ καθαρών συστατικών. Με την αύξηση της σχετικής υγρασίας, ο συντελεστής ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό του σύνθετου φιλμ μειώθηκαν και η επιμήκυνση στο σπάσιμο αυξήθηκε σημαντικά και η σχέση μεταξύ των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου φιλμ και της αναλογίας σύνθεσης έδειξε ένα εντελώς αντίθετο μοτίβο αλλαγής κάτω από διαφορετικά σχετική υγρασία. Οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης δείχνουν μια τομή υπό διαφορετικές συνθήκες σχετικής υγρασίας, γεγονός που παρέχει τη δυνατότητα βελτιστοποίησης της απόδοσης του προϊόντος σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής.

(3) Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής, της μετάβασης φάσης, της διαφάνειας και των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS. ένα. Το χαμηλότερο σημείο διαφάνειας του σύνθετου συστήματος είναι συνεπές με το σημείο μετάβασης φάσης του HPMC από τη συνεχή φάση στη διεσπαρμένη φάση και το ελάχιστο σημείο μείωσης του συντελεστή εφελκυσμού. σι. Ο συντελεστής και η επιμήκυνση του Young στο σπάσιμο μειώνονται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η οποία σχετίζεται αιτιολογικά με τη μορφολογική αλλαγή του HPMC από συνεχή φάση σε διασκορπισμένη φάση στο σύστημα ένωσης.

(4) Η προσθήκη HPS αυξάνει τη στρέψη του καναλιού διείσδυσης οξυγόνου στη σύνθετη μεμβράνη, μειώνει σημαντικά τη διαπερατότητα οξυγόνου της μεμβράνης και βελτιώνει την απόδοση φραγμού οξυγόνου της μεμβράνης HPMC.

1. Μελετήθηκαν η επίδραση της χημικής τροποποίησης του HPS στις ρεολογικές ιδιότητες του σύνθετου συστήματος και οι περιεκτικές ιδιότητες της σύνθετης μεμβράνης όπως κρυσταλλική δομή, δομή άμορφης περιοχής, μηχανικές ιδιότητες, διαπερατότητα οξυγόνου και θερμική σταθερότητα. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα έχουν ως εξής:

(1) Η υδροξυπροπυλίωση του HPS μπορεί να μειώσει το ιξώδες του συστήματος ένωσης σε χαμηλή θερμοκρασία, να βελτιώσει τη ρευστότητα του διαλύματος ένωσης και να μειώσει το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης. η υδροξυπροπυλίωση του HPS μπορεί να περιορίσει τη γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή του συστήματος ένωσης, να μειώσει τη θερμοκρασία μετάπτωσης φάσης του συστήματος ένωσης HPMC/HPS και να βελτιώσει τη συμπεριφορά του συστήματος ένωσης που μοιάζει με στερεό σε χαμηλή θερμοκρασία και τη ρευστότητα σε υψηλή θερμοκρασία.

(2) Η υδροξυπροπυλίωση του HPS και η βελτίωση της συμβατότητας των δύο συστατικών μπορεί να αναστείλει σημαντικά την ανακρυστάλλωση του αμύλου στη μεμβράνη και να προάγει το σχηματισμό μιας χαλαρότερης ίδιας-όμοιας δομής στη σύνθετη μεμβράνη. Η εισαγωγή ογκωδών ομάδων υδροξυπροπυλίου στη μοριακή αλυσίδα αμύλου περιορίζει την αμοιβαία δέσμευση και την ομαλή αναδιάταξη των μοριακών τμημάτων του HPS, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας πιο χαλαρής αυτο-όμοιας δομής του HPS. Για το σύνθετο σύστημα, η αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου επιτρέπει στα μόρια HPMC που μοιάζουν με αλυσίδα να εισέλθουν στην περιοχή χαλαρής κοιλότητας του HPS, γεγονός που βελτιώνει τη συμβατότητα του σύνθετου συστήματος και βελτιώνει την πυκνότητα της ίδιας παρόμοιας δομής του HPS. Η συμβατότητα του συστήματος ένωσης αυξάνεται με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης της ομάδας υδροξυπροπυλίου, η οποία είναι σύμφωνη με τα αποτελέσματα των ρεολογικών ιδιοτήτων.

(3) Οι μακροσκοπικές ιδιότητες όπως οι μηχανικές ιδιότητες, η θερμική σταθερότητα και η διαπερατότητα οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης HPMC/HPS σχετίζονται στενά με την εσωτερική κρυσταλλική δομή και τη δομή της άμορφης περιοχής. Η συνδυασμένη επίδραση των δύο επιδράσεων της συμβατότητας των δύο συστατικών.

1. Μελετώντας τις επιδράσεις της συγκέντρωσης του διαλύματος, της θερμοκρασίας και της χημικής τροποποίησης του HPS στις ρεολογικές ιδιότητες του συστήματος ένωσης, συζητήθηκε ο μηχανισμός ζελατινοποίησης του συστήματος ένωσης αντίστροφης γέλης ψυχρής θερμότητας HPMC/HPS. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα έχουν ως εξής:

(1) Υπάρχει μια κρίσιμη συγκέντρωση (8%) στο σύστημα ένωσης, κάτω από την κρίσιμη συγκέντρωση, τα HPMC και HPS υπάρχουν σε ανεξάρτητες μοριακές αλυσίδες και περιοχές φάσης. όταν επιτευχθεί η κρίσιμη συγκέντρωση, η φάση HPS σχηματίζεται στο διάλυμα ως συμπύκνωμα. Το κέντρο γέλης είναι μια δομή μικρογέλης που συνδέεται με τη συνένωση μοριακών αλυσίδων HPMC. πάνω από την κρίσιμη συγκέντρωση, η διαπλοκή είναι πιο περίπλοκη και η αλληλεπίδραση είναι ισχυρότερη, και το διάλυμα παρουσιάζει συμπεριφορά παρόμοια με αυτή ενός τήγματος πολυμερούς.

(2) Το σύνθετο σύστημα έχει ένα σημείο μετάβασης συνεχούς φάσης με την αλλαγή της θερμοκρασίας, η οποία σχετίζεται με τη συμπεριφορά γέλης των HPMC και HPS στο σύνθετο σύστημα. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, το ιξώδες του HPMC είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του HPS, επομένως το HPMC σχηματίζει μια συνεχή φάση που περιβάλλει τη φάση γέλης HPS υψηλού ιξώδους. Στις άκρες των δύο φάσεων, οι ομάδες υδροξυλίου στην αλυσίδα HPMC χάνουν μέρος του δεσμευτικού τους νερού και σχηματίζουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με τη μοριακή αλυσίδα HPS. Κατά τη διαδικασία θέρμανσης, οι μοριακές αλυσίδες HPS μετακινήθηκαν λόγω απορρόφησης αρκετής ενέργειας και σχημάτισαν δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού, με αποτέλεσμα τη ρήξη της δομής της γέλης. Ταυτόχρονα, οι δομές υδάτινου κλουβιού και κελύφους νερού στις αλυσίδες HPMC καταστράφηκαν και σταδιακά έσπασαν για να εκτεθούν υδρόφιλες ομάδες και υδρόφοβες συστάδες. Σε υψηλή θερμοκρασία, το HPMC σχηματίζει μια δομή δικτύου γέλης λόγω των διαμοριακών δεσμών υδρογόνου και της υδρόφοβης σύνδεσης, και έτσι γίνεται μια διασπαρμένη φάση υψηλού ιξώδους διασκορπισμένη στη συνεχή φάση HPS τυχαίων πηνίων.

(3) Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου του HPS, η συμβατότητα του συστήματος ένωσης HPMC/HPS βελτιώνεται και η θερμοκρασία μετάβασης φάσης στο σύστημα ένωσης μετακινείται σε χαμηλή θερμοκρασία. Με την αύξηση του βαθμού υποκατάστασης του υδροξυπροπυλίου, υπάρχουν περισσότερα τεντωμένα ελικοειδή θραύσματα στο διάλυμα HPS, τα οποία μπορούν να σχηματίσουν περισσότερους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου με τη μοριακή αλυσίδα HPMC στο όριο των δύο φάσεων, σχηματίζοντας έτσι μια πιο ομοιόμορφη δομή. Η υδροξυπροπυλίωση μειώνει το ιξώδες του αμύλου, έτσι ώστε η διαφορά ιξώδους μεταξύ HPMC και HPS στην ένωση περιορίζεται, γεγονός που ευνοεί τον σχηματισμό μιας πιο ομοιογενούς ένωσης και η ελάχιστη τιμή της διαφοράς ιξώδους μεταξύ των δύο συστατικών μετακινείται στο χαμηλό περιοχή θερμοκρασίας.

2. Σημεία καινοτομίας

1. Σχεδιάστε και κατασκευάστε το σύστημα ενώσεων γέλης ανάστροφης φάσης HPMC/HPS ψυχρής και θερμής και μελετήστε συστηματικά τις μοναδικές ρεολογικές ιδιότητες αυτού του συστήματος, ειδικά τη συγκέντρωση του διαλύματος ένωσης, την αναλογία ένωσης, τη θερμοκρασία και τη χημική τροποποίηση των συστατικών. Οι νόμοι επιρροής των ρεολογικών ιδιοτήτων, οι ιδιότητες της γέλης και η συμβατότητα του συστήματος ένωσης μελετήθηκαν περαιτέρω και η μορφολογία φάσης και η μετάβαση φάσης του συστήματος ένωσης μελετήθηκαν περαιτέρω σε συνδυασμό με την παρατήρηση του οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου και του μικρομορφολογικού η δομή του συστήματος ένωσης καθιερώθηκε- Σχέση ρεολογικών ιδιοτήτων-ιδιοτήτων γέλης. Για πρώτη φορά, το μοντέλο Arrhenius χρησιμοποιήθηκε για την προσαρμογή του νόμου σχηματισμού γέλης των ψυχρών και θερμών σύνθετων πηκτωμάτων αντίστροφης φάσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

2. Η κατανομή φάσης, η μετάβαση φάσης και η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS παρατηρήθηκαν με την τεχνολογία ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου και οι μηχανικές ιδιότητες διαφάνειας καθορίστηκαν συνδυάζοντας τις οπτικές ιδιότητες και τις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μεμβρανών. Η σχέση μεταξύ μικροδομής και μακροσκοπικών ιδιοτήτων όπως ιδιότητες-μορφολογία φάσης και συγκέντρωση-μηχανικές ιδιότητες-μορφολογία φάσης. Είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται απευθείας ο νόμος αλλαγής της μορφολογίας φάσης αυτού του σύνθετου συστήματος με αναλογία σύνθεσης, θερμοκρασία και συγκέντρωση, ιδιαίτερα τις συνθήκες μετάβασης φάσης και την επίδραση της μετάβασης φάσης στις ιδιότητες του συστήματος ένωσης.

3. Η κρυσταλλική δομή και η άμορφη δομή σύνθετων μεμβρανών με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPS μελετήθηκαν από το SAXS και ο μηχανισμός ζελατινοποίησης και η επίδραση των σύνθετων πηκτωμάτων συζητήθηκαν σε συνδυασμό με ρεολογικά αποτελέσματα και μακροσκοπικές ιδιότητες όπως η διαπερατότητα οξυγόνου των σύνθετων μεμβρανών. Παράγοντες και νόμοι, βρέθηκε για πρώτη φορά ότι το ιξώδες του σύνθετου συστήματος σχετίζεται με την πυκνότητα της ίδιας της δομής στη σύνθετη μεμβράνη και καθορίζει άμεσα τις μακροσκοπικές ιδιότητες όπως η διαπερατότητα οξυγόνου και οι μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού μεμβράνης, και καθιερώνει ρεολογικές ιδιότητες-μικροδομή-μεμβράνη σχέση μεταξύ ιδιοτήτων υλικού.

3. Outlook

Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη ασφαλών και βρώσιμων υλικών συσκευασίας τροφίμων με χρήση ανανεώσιμων φυσικών πολυμερών ως πρώτες ύλες έχει γίνει ένα hotspot έρευνας στον τομέα της συσκευασίας τροφίμων. Σε αυτή την εργασία, ο φυσικός πολυσακχαρίτης χρησιμοποιείται ως κύρια πρώτη ύλη. Με τη σύνθεση HPMC και HPS, το κόστος των πρώτων υλών μειώνεται, η απόδοση επεξεργασίας του HPMC σε χαμηλή θερμοκρασία βελτιώνεται και η απόδοση φραγμού οξυγόνου της σύνθετης μεμβράνης βελτιώνεται. Μέσω του συνδυασμού ρεολογικής ανάλυσης, ανάλυσης οπτικού μικροσκοπίου βαφής ιωδίου και μικροδομής σύνθετου φιλμ και ολοκληρωμένης ανάλυσης απόδοσης, μελετήθηκαν η μορφολογία φάσης, η μετάβαση φάσης, ο διαχωρισμός φάσης και η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος πηκτής αντίστροφης φάσης ψυχρής-θερμής. Καθιερώθηκε η σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μακροσκοπικών ιδιοτήτων του σύνθετου συστήματος. Σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ των μακροσκοπικών ιδιοτήτων και της μικρομορφολογικής δομής του σύνθετου συστήματος HPMC/HPS, η δομή φάσης και η συμβατότητα του σύνθετου συστήματος μπορούν να ελεγχθούν για τον έλεγχο του σύνθετου υλικού. Η έρευνα σε αυτό το έγγραφο έχει σημαντική καθοδηγητική σημασία για την πραγματική διαδικασία παραγωγής. Ο μηχανισμός σχηματισμού, οι παράγοντες που επηρεάζουν και οι νόμοι των ψυχρών και θερμών αντίστροφων σύνθετων πηκτωμάτων συζητούνται, το οποίο είναι ένα παρόμοιο σύνθετο σύστημα ψυχρών και θερμών αντίστροφων πηκτωμάτων. Η έρευνα αυτής της εργασίας παρέχει ένα θεωρητικό μοντέλο για την παροχή θεωρητικής καθοδήγησης για την ανάπτυξη και εφαρμογή ειδικών έξυπνων υλικών ελεγχόμενης θερμοκρασίας. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής της εργασίας έχουν καλή θεωρητική αξία. Η έρευνα αυτής της εργασίας περιλαμβάνει τη διασταύρωση τροφίμων, υλικού, γέλης και σύνθεσης και άλλους κλάδους. Λόγω του περιορισμού του χρόνου και των μεθόδων έρευνας, η έρευνα αυτού του θέματος έχει ακόμη πολλά ημιτελή σημεία, τα οποία μπορούν να εμβαθύνουν και να βελτιωθούν από τις ακόλουθες πτυχές. διαστέλλω:

Θεωρητικές πτυχές:

1. Να διερευνήσει τις επιδράσεις διαφορετικών αναλογιών κλαδιών αλυσίδας, μοριακών βαρών και ποικιλιών HPS στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες της μεμβράνης, τη μορφολογία φάσης και τη συμβατότητα του συστήματος ένωσης και να διερευνήσει τον νόμο της επιρροής του στον μηχανισμό σχηματισμού γέλης της ένωσης σύστημα.
2. Διερευνήστε τα αποτελέσματα του βαθμού υποκατάστασης υδροξυπροπυλίου HPMC, του βαθμού υποκατάστασης μεθοξυλίου, του μοριακού βάρους και της πηγής στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες πηκτής, τις ιδιότητες μεμβράνης και τη συμβατότητα του συστήματος του συστήματος ένωσης και αναλύστε την επίδραση της χημικής τροποποίησης HPMC στη συμπύκνωση της ένωσης. Κανόνας επιρροής του μηχανισμού σχηματισμού γέλης.
3. Μελετήθηκε η επίδραση του άλατος, του pH, του πλαστικοποιητή, του παράγοντα διασύνδεσης, του αντιβακτηριακού παράγοντα και άλλων συστημάτων ενώσεων στις ρεολογικές ιδιότητες, τις ιδιότητες της γέλης, τη δομή και τις ιδιότητες της μεμβράνης και τους νόμους τους.

Εφαρμογή:

1. Βελτιστοποιήστε τη φόρμουλα για την εφαρμογή συσκευασίας πακέτων καρυκευμάτων, πακέτων λαχανικών και στερεών σούπας και μελετήστε την επίδραση διατήρησης των καρυκευμάτων, λαχανικών και σούπας κατά την περίοδο αποθήκευσης, τις μηχανικές ιδιότητες των υλικών και τις αλλαγές στην απόδοση του προϊόντος όταν υπόκεινται σε εξωτερικές δυνάμεις , και Υδατοδιαλυτότητα και δείκτης υγιεινής του υλικού. Μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε κοκκοποιημένα τρόφιμα όπως ο καφές και το τσάι με γάλα, καθώς και σε βρώσιμες συσκευασίες κέικ, τυριών, γλυκών και άλλων τροφίμων.
2. Βελτιστοποιήστε τη σχεδίαση της φόρμουλας για την εφαρμογή καψουλών βοτανικών φαρμακευτικών φυτών, μελετήστε περαιτέρω τις συνθήκες επεξεργασίας και τη βέλτιστη επιλογή βοηθητικών παραγόντων και προετοιμάστε προϊόντα κούφιας κάψουλας. Δοκιμάστηκαν φυσικοί και χημικοί δείκτες όπως η ευθρυπτότητα, ο χρόνος αποσύνθεσης, η περιεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα και η μικροβιακή περιεκτικότητα.
3. Για τη νωπή εφαρμογή φρούτων και λαχανικών, προϊόντων κρέατος κ.λπ., σύμφωνα με τις διαφορετικές μεθόδους επεξεργασίας ψεκασμού, εμβάπτισης και βαφής, επιλέξτε την κατάλληλη φόρμουλα και μελετήστε τον ρυθμό σάπιων φρούτων, την απώλεια υγρασίας, την κατανάλωση θρεπτικών ουσιών, τη σκληρότητα λαχανικών μετά τη συσκευασία κατά την περίοδο αποθήκευσης, γυαλάδα και γεύση και άλλοι δείκτες· το χρώμα, το pH, την τιμή TVB-N, το θειοβαρβιτουρικό οξύ και τον αριθμό των μικροοργανισμών των προϊόντων κρέατος μετά τη συσκευασία.