رئولوژی و سازگاری کمپلکس HPMC/HPS

رئولوژی و سازگاریHPMC/HPSمجتمع

کلمات کلیدی: هیدروکسی پروپیل متیل سلولز; نشاسته هیدروکسی پروپیل؛ خواص رئولوژیکی؛ سازگاری؛ اصلاح شیمیایی

Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) is a polysaccharide polymer commonly used in the preparation of edible films. به طور گسترده ای در زمینه غذا و دارو استفاده می شود. این فیلم دارای شفافیت، خواص مکانیکی و خواص مانع روغن است. با این حال، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که منجر به عملکرد ضعیف پردازش آن در دمای پایین و مصرف انرژی تولید بالا می شود. علاوه بر این، قیمت مواد خام گران آن، کاربرد گسترده آن از جمله در زمینه دارویی را محدود می کند. Hydroxypropyl starch (HPS) is an edible material widely used in the field of food and medicine. دارای طیف گسترده ای از منابع و قیمت پایین است. این یک ماده ایده آل برای کاهش هزینه HPMC است. علاوه بر این، خواص ژل سرد HPS می تواند ویسکوزیته و سایر خواص رئولوژیکی HPMC را متعادل کند. ، برای بهبود عملکرد پردازش آن در دمای پایین. علاوه بر این، فیلم خوراکی HPS دارای خواص مانع اکسیژن عالی است، بنابراین می تواند به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن فیلم خوراکی HPMC را بهبود بخشد.

HPS برای ترکیب به HPMC اضافه شد و سیستم ترکیب ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد و گرم ساخته شد. قانون نفوذ خواص مورد بحث قرار گرفت، مکانیسم تعامل بین HPS و HPMC در محلول، سازگاری و انتقال فاز سیستم ترکیب مورد بحث قرار گرفت و رابطه بین خواص رئولوژیکی و ساختار سیستم ترکیب ایجاد شد. The results show that the compound system has a critical concentration (8%), below the critical concentration, HPMC and HPS exist in independent molecular chains and phase regions; بالاتر از غلظت بحرانی، فاز HPS در محلول به عنوان مرکز ژل تشکیل می شود، ساختار میکروژل، که با درهم تنیدگی زنجیره های مولکولی HPMC به هم متصل می شود، رفتاری شبیه به مذاب پلیمری از خود نشان می دهد. خواص رئولوژیکی سیستم مرکب و نسبت ترکیب با قانون جمع لگاریتمی مطابقت دارد و درجه مشخصی از انحراف مثبت و منفی را نشان می دهد که نشان می دهد این دو جزء دارای سازگاری خوبی هستند. سیستم ترکیبی یک ساختار فاز پراکنده فاز پیوسته "دریا-جزیره" در دمای پایین است و انتقال فاز پیوسته در 4:6 با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS رخ می دهد.

بسته بندی مواد غذایی به عنوان یکی از اجزای مهم کالاهای غذایی می تواند از آسیب و آلودگی مواد غذایی توسط عوامل خارجی در فرآیند گردش و نگهداری جلوگیری کند و در نتیجه ماندگاری و مدت نگهداری مواد غذایی را افزایش دهد. فیلم خوراکی به عنوان نوع جدیدی از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، چشم انداز کاربرد گسترده ای در بسته بندی و نگهداری مواد غذایی، فست فود و کپسول های دارویی دارد و به کانون تحقیقاتی در مواد غذایی فعلی تبدیل شده است. زمینه های مرتبط با بسته بندی

غشای کامپوزیت HPMC/HPS به روش ریخته گری تهیه شد. سازگاری و جداسازی فاز سیستم کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی، تجزیه و تحلیل خواص ترمومکانیکی دینامیکی و تجزیه و تحلیل گرما وزنی بیشتر مورد بررسی قرار گرفت و خواص مکانیکی غشای کامپوزیت مورد مطالعه قرار گرفت. و نفوذپذیری اکسیژن و سایر خواص غشا. نتایج نشان می‌دهد که هیچ رابط دو فازی آشکاری در تصاویر SEM همه فیلم‌های کامپوزیت یافت نمی‌شود، تنها یک نقطه انتقال شیشه‌ای در نتایج DMA بیشتر فیلم‌های کامپوزیت وجود دارد، و تنها یک پیک تخریب حرارتی در منحنی‌های DTG ظاهر می‌شود. از اکثر فیلم های ترکیبی HPMC سازگاری خاصی با HPS دارد. افزودن HPS به HPMC به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن غشای کامپوزیت را بهبود می بخشد. خواص مکانیکی غشای کامپوزیت با نسبت ترکیب و رطوبت نسبی محیط بسیار متفاوت است و یک نقطه متقاطع را ارائه می دهد که می تواند مرجعی برای بهینه سازی محصول برای نیازهای کاربردی مختلف باشد.

مورفولوژی میکروسکوپی، توزیع فاز، انتقال فاز و سایر ریزساختارهای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با آنالیز میکروسکوپ نوری رنگرزی ساده با ید مورد مطالعه قرار گرفت و شفافیت و خواص مکانیکی سیستم ترکیب با اسپکتروفتومتر فرابنفش و تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و عملکرد جامع ماکروسکوپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS ایجاد شد. نتایج نشان می دهد که تعداد زیادی مزوفاز در سیستم ترکیبی وجود دارد که سازگاری خوبی دارد. یک نقطه گذار فاز در سیستم ترکیبی وجود دارد و این نقطه انتقال فاز دارای نسبت ترکیب معین و وابستگی به غلظت محلول است. پایین ترین نقطه شفافیت سیستم ترکیبی با نقطه انتقال فاز HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده و حداقل نقطه مدول کششی مطابقت دارد. مدول یانگ و ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش غلظت محلول کاهش یافت که یک رابطه علی با انتقال HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده داشت.

از یک روتر سنج برای بررسی تأثیر اصلاح شیمیایی HPS بر خواص رئولوژیکی و خصوصیات ژل HPMC/HPS سرد و سیستم ترکیب ژل فاز معکوس گرم استفاده شد. ظرفیت ها و انتقال فاز مورد مطالعه قرار گرفت و رابطه بین ریزساختار و خواص رئولوژیکی و ژل ایجاد شد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می‌تواند ویسکوزیته سیستم ترکیب را در دمای پایین کاهش دهد، سیالیت محلول ترکیب را بهبود بخشد و پدیده نازک شدن برشی را کاهش دهد. هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ویسکوزیته خطی سیستم ترکیب را کاهش دهد. در ناحیه الاستیک، دمای انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS کاهش می‌یابد و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب در دمای پایین و سیالیت در دمای بالا بهبود می‌یابد. HPMC و HPS به ترتیب مراحل مداوم را در دماهای پایین و زیاد تشکیل می دهند ، و به عنوان مراحل پراکنده ، خصوصیات رئولوژیکی و خصوصیات ژل سیستم کامپوزیت را در دماهای بالا و پایین تعیین می کنند. هر دو تغییر ناگهانی در منحنی ویسکوزیته سیستم ترکیبی و اوج دلتا برنزه در منحنی ضریب از دست دادن در 45 درجه سانتیگراد ظاهر می شوند ، که پژوهش فاز همیشگی مشاهده شده در میکروگراف های رنگ آمیزی ید را در 45 درجه سانتیگراد تکرار می کند.

تأثیر اصلاح شیمیایی HPS بر ساختار کریستالی و ساختار ریز تقسیمی فیلم کامپوزیت با استفاده از فناوری پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک تابش سنکروترون مورد مطالعه قرار گرفت و خواص مکانیکی، خواص مانع اکسیژن و پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت بررسی شد. به طور سیستماتیک تأثیر تغییرات ساختار شیمیایی اجزای ترکیب را بر روی ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم های ترکیبی مورد مطالعه قرار داد. نتایج تابش سنکروترون نشان داد که هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و بهبود سازگاری دو جزء می تواند به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته در غشاء جلوگیری کرده و باعث تشکیل ساختار خود مشابه در غشای کامپوزیت شود. خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS ارتباط نزدیکی با ساختار کریستالی داخلی و ساختار ناحیه آمورف آن دارد. اثر ترکیبی دو اثر.

فصل اول مقدمه

به عنوان یک مؤلفه مهم کالاهای غذایی ، مواد بسته بندی مواد غذایی می توانند از مواد غذایی در برابر آسیب های جسمی ، شیمیایی و بیولوژیکی و آلودگی در هنگام گردش و ذخیره محافظت کنند ، کیفیت خود را حفظ کنند ، مصرف مواد غذایی را تسهیل کرده و از غذا اطمینان حاصل کنند. ذخیره سازی و نگهداری طولانی مدت و ظاهری به غذا برای جذب مصرف و به دست آوردن ارزشی فراتر از هزینه مواد [1-4]. فیلم خوراکی به عنوان نوع جدیدی از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، چشم انداز کاربرد گسترده ای در بسته بندی و نگهداری مواد غذایی، فست فود و کپسول های دارویی دارد و به کانون تحقیقاتی در مواد غذایی فعلی تبدیل شده است. زمینه های مرتبط با بسته بندی

فیلم های خوراکی فیلم هایی با ساختار شبکه ای متخلخل هستند که معمولاً از پردازش پلیمرهای خوراکی طبیعی به دست می آیند. بسیاری از پلیمرهای طبیعی موجود در طبیعت دارای خواص ژل هستند و محلول های آبی آنها می تواند تحت شرایط خاصی مانند برخی از پلی ساکاریدهای طبیعی، پروتئین ها، لیپیدها و غیره هیدروژل تشکیل دهد. پلی ساکاریدهای ساختاری طبیعی مانند نشاسته و سلولز، به دلیل ساختار مولکولی ویژه مارپیچ با زنجیره بلند و خواص شیمیایی پایدار، می توانند برای محیط های نگهداری طولانی مدت و مختلف مناسب باشند و به عنوان مواد تشکیل دهنده فیلم خوراکی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. فیلم های خوراکی ساخته شده از یک پلی ساکارید منفرد اغلب دارای محدودیت های خاصی در عملکرد هستند. بنابراین، به منظور از بین بردن محدودیت‌های فیلم‌های خوراکی پلی‌ساکاریدی، کسب خواص ویژه یا توسعه عملکردهای جدید، کاهش قیمت محصول و گسترش کاربرد آن‌ها، معمولاً از دو نوع پلی‌ساکارید استفاده می‌شود. یا پلی ساکاریدهای طبیعی فوق برای دستیابی به اثر خواص مکمل ترکیب می شوند. با این حال، به دلیل تفاوت در ساختار مولکولی بین پلیمرهای مختلف، آنتروپی ساختاری خاصی وجود دارد و اکثر کمپلکس‌های پلیمری تا حدی سازگار یا ناسازگار هستند. مورفولوژی فاز و سازگاری کمپلکس پلیمری خواص مواد کامپوزیت را تعیین می کند. تاریخچه تغییر شکل و جریان در طول پردازش تأثیر قابل توجهی بر سازه دارد. بنابراین، خواص ماکروسکوپی مانند خواص رئولوژیکی سیستم پیچیده پلیمری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. ارتباط بین ساختارهای مورفولوژیکی میکروسکوپی مانند مورفولوژی فاز و سازگاری برای تنظیم عملکرد ، تجزیه و تحلیل و اصلاح مواد کامپوزیت ، فناوری پردازش ، طراحی فرمول و طراحی ماشین آلات و ارزیابی تولید مهم است. عملکرد فرآوری محصول و توسعه و کاربرد مواد پلیمری جدید از اهمیت بالایی برخوردار است.

در این فصل، وضعیت تحقیق و پیشرفت کاربرد مواد فیلم خوراکی به طور مفصل بررسی می‌شود. وضعیت تحقیق هیدروژل های طبیعی؛ هدف و روش ترکیب پلیمری و پیشرفت تحقیقات ترکیب پلی ساکاریدی؛ روش تحقیق رئولوژیکی سیستم ترکیبی؛ خواص رئولوژیکی و ساخت مدل سیستم ژل معکوس سرد و گرم و همچنین اهمیت تحقیق، هدف تحقیق و تحقیق محتوای این مقاله مورد تجزیه و تحلیل و بحث قرار گرفته است.

1.1 فیلم خوراکی

فیلم خوراکی به افزودن نرم کننده ها و عوامل اتصال متقابل بر اساس مواد خوراکی طبیعی (مانند پلی ساکاریدهای ساختاری، لیپیدها، پروتئین ها)، از طریق فعل و انفعالات بین مولکولی مختلف، از طریق ترکیب، حرارت، پوشش، خشک کردن و غیره اشاره دارد. فیلم با شبکه متخلخل. ساختار تشکیل شده توسط درمان این می تواند عملکردهای مختلفی مانند خواص بازدارنده قابل انتخاب در برابر گاز، رطوبت، محتویات و مواد مضر خارجی را ارائه دهد تا کیفیت حسی و ساختار داخلی غذا را بهبود بخشد و دوره نگهداری یا ماندگاری محصولات غذایی را طولانی تر کند.

1.1.1 تاریخچه توسعه فیلم های خوراکی

توسعه فیلم خوراکی را می توان به قرن 12 و 13 ردیابی کرد. در آن زمان چینی ها از روش ساده ای برای اپیلاسیون برای پوشش مرکبات و لیمو استفاده می کردند که به طور موثری از دست دادن آب در میوه ها و سبزیجات را کاهش می داد، به طوری که میوه ها و سبزیجات درخشش اولیه خود را حفظ می کردند و در نتیجه ماندگاری میوه ها را طولانی تر می کردند. سبزیجات، اما بیش از حد تنفس هوازی میوه ها و سبزیجات را مهار می کند، که منجر به تخریب تخمیر میوه می شود. در قرن پانزدهم، آسیایی ها شروع به ساختن فیلم خوراکی از شیر سویا کرده بودند و از آن برای محافظت از غذا و افزایش ظاهر غذا استفاده می کردند [20]. در قرن شانزدهم، بریتانیایی ها از چربی برای پوشاندن سطوح غذا استفاده می کردند تا رطوبت غذا را کاهش دهند. در قرن نوزدهم، ساکارز برای اولین بار به عنوان یک پوشش خوراکی روی آجیل، بادام و فندق برای جلوگیری از اکسید شدن و ترشیدگی در طول نگهداری استفاده شد. در دهه 1830، فیلم های تجاری پارافین ذوب داغ برای میوه هایی مانند سیب و گلابی ظاهر شد. در پایان قرن نوزدهم، لایه‌های ژلاتینی روی سطح فرآورده‌های گوشتی و سایر مواد غذایی برای نگهداری مواد غذایی اسپری می‌شوند. در اوایل دهه 1950، موم کارناوبا و غیره به صورت امولسیون روغن در آب برای پوشش و نگهداری میوه ها و سبزیجات تازه ساخته شده بود. در اواخر دهه 1950، تحقیقات بر روی لایه‌های خوراکی به کار رفته در محصولات گوشتی شروع به توسعه کرد و گسترده‌ترین و موفق‌ترین نمونه آن، محصولات تنقیه است که از روده کوچک حیوانات به بدنه تبدیل شده است.

از دهه 1950 می توان گفت که مفهوم فیلم خوراکی فقط واقعاً مطرح شده است. از آن زمان ، بسیاری از محققان علاقه زیادی به فیلم های خوراکی ایجاد کرده اند. در سال 1991، Nisperes از کربوکسی متیل سلولز (CMC) برای پوشش و نگهداری موز و سایر میوه ها استفاده کرد، تنفس میوه کاهش یافت و از دست دادن کلروفیل به تاخیر افتاد. پارک و همکاران در سال 1994 خواص بازدارنده موثر فیلم پروتئین زئین در برابر O2 و CO2 را گزارش کرد که باعث بهبود از دست دادن آب، پژمردگی و تغییر رنگ گوجه فرنگی شد. در سال 1995، لوردین از محلول قلیایی رقیق برای درمان نشاسته استفاده کرد و گلیسیرین را برای طراوت به توت فرنگی ها اضافه کرد که باعث کاهش سرعت از دست دادن آب توت فرنگی و تاخیر در فساد آن شد. Baberjee improved the edible film properties in 1996 by micro-liquefaction and ultrasonic treatment of the film-forming liquid, so the particle size of the film-forming liquid was significantly reduced and the homogeneous stability of the emulsion was improved . در سال 1998، Padegett و همکاران. لیزوزیم یا نایسین را به فیلم خوراکی پروتئین سویا اضافه کرد و از آن برای بسته بندی غذا استفاده کرد و دریافت که رشد باکتری های اسید لاکتیک در غذا به طور موثری مهار می شود [30]. در سال 1999، یین چینگونگ و همکاران. از موم زنبور عسل برای ساخت ماده پوشش دهنده فیلم برای نگهداری و نگهداری سیب و سایر میوه ها استفاده کرد که می تواند تنفس را مهار کند، از چروکیدگی و کاهش وزن جلوگیری کند و از تهاجم میکروبی جلوگیری کند.

برای سال‌ها، لیوان‌های پخت ذرت برای بسته‌بندی بستنی، کاغذ برنج چسبناک برای بسته‌بندی آب نبات و پوست‌های توفو برای غذاهای گوشتی، بسته‌بندی‌های خوراکی معمولی هستند. اما کاربردهای تجاری فیلم های خوراکی در سال 1967 عملاً وجود نداشت و حتی نگهداری میوه با روکش موم کاربرد تجاری بسیار محدودی داشت. تا سال 1986، چند شرکت شروع به ارائه محصولات فیلم خوراکی کردند و تا سال 1996 تعداد شرکت های تولید فیلم خوراکی به بیش از 600 شرکت رسید. در حال حاضر، کاربرد فیلم خوراکی در نگهداری بسته بندی مواد غذایی رو به افزایش است و به نتیجه رسیده است. درآمد سالانه بیش از 100 میلیون دلار آمریکا.

1.1.2 ویژگی ها و انواع فیلم های خوراکی

طبق تحقیقات مربوطه، فیلم خوراکی دارای مزایای برجسته زیر است: فیلم خوراکی می تواند از کاهش و بدتر شدن کیفیت غذا ناشی از مهاجرت متقابل مواد غذایی مختلف جلوگیری کند. برخی از اجزای فیلم خوراکی خود دارای ارزش غذایی ویژه و عملکرد مراقبت بهداشتی هستند. فیلم خوراکی دارای خواص مانع اختیاری در برابر CO2، O2 و سایر گازها است. فیلم خوراکی را می توان برای مایکروویو، پخت، غذای سرخ شده و فیلم دارویی و پوشش استفاده کرد. فیلم خوراکی را می توان به عنوان آنتی اکسیدان و نگهدارنده و سایر حامل ها استفاده کرد و در نتیجه ماندگاری مواد غذایی را افزایش داد. edible film can be used as a carrier for colorants and nutritional fortifiers, etc., to improve food quality and improve food sensory properties; فیلم خوراکی بی خطر و خوراکی است و می تواند همراه با غذا مصرف شود. فیلم‌های بسته‌بندی خوراکی را می‌توان برای بسته‌بندی مقادیر کم یا واحدهای مواد غذایی استفاده کرد و بسته‌بندی کامپوزیت چند لایه را با مواد بسته‌بندی سنتی تشکیل داد که عملکرد کلی مانع از مواد بسته‌بندی را بهبود می‌بخشد.

دلیل اینکه فیلم‌های بسته‌بندی خوراکی دارای ویژگی‌های عملکردی فوق هستند، عمدتاً مبتنی بر تشکیل یک ساختار شبکه سه‌بعدی خاص در داخل آن‌ها است که در نتیجه خاصیت مقاومت و مانع خاصی را نشان می‌دهد. خصوصیات عملکردی فیلم بسته بندی خوراکی به طور قابل توجهی تحت تأثیر خواص اجزای آن قرار دارد و میزان اتصال متقابل پلیمری داخلی ، یکنواختی و چگالی ساختار شبکه نیز تحت تأثیر فرآیندهای مختلف تشکیل فیلم قرار می گیرد. تفاوت های آشکاری در عملکرد وجود دارد [15، 35]. فیلم های خوراکی همچنین دارای برخی از خواص دیگر مانند حلالیت ، رنگ ، شفافیت و غیره هستند. مواد بسته بندی فیلم خوراکی مناسب را می توان با توجه به محیط های مختلف استفاده و تفاوت در اشیاء محصول که باید بسته بندی شود انتخاب کرد.

با توجه به روش تشکیل فیلم خوراکی، می توان آن را به فیلم ها و پوشش ها تقسیم کرد: (1) فیلم های مستقل از قبل آماده شده معمولاً فیلم نامیده می شوند. (2) لایه نازکی که بر روی سطح غذا به وسیله پوشش دادن، غوطه وری و پاشش ایجاد می شود، پوشش نامیده می شود. فیلم‌ها عمدتاً برای غذاهایی با مواد مختلف که نیاز به بسته‌بندی جداگانه دارند (مانند بسته‌های چاشنی و بسته‌های روغن در غذاهای راحت)، غذاهایی با مواد یکسان اما باید جداگانه بسته‌بندی شوند (مانند بسته‌های کوچک قهوه، شیر خشک، و غیره) و داروها یا محصولات مراقبت بهداشتی. مواد کپسول؛ پوشش عمدتاً برای نگهداری مواد غذایی تازه مانند میوه ها و سبزیجات، محصولات گوشتی، پوشش داروها و مونتاژ میکروکپسول های با رهش کنترل شده استفاده می شود.

با توجه به مواد تشکیل دهنده فیلم فیلم بسته بندی خوراکی، می توان آن را به: فیلم خوراکی پلی ساکارید، فیلم خوراکی پروتئینی، فیلم خوراکی لیپیدی، فیلم خوراکی میکروبی و فیلم خوراکی کامپوزیت تقسیم کرد.

1.1.3 کاربرد فیلم خوراکی

به عنوان یک نوع جدید از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، فیلم خوراکی به طور گسترده در صنعت بسته بندی مواد غذایی، زمینه دارویی، نگهداری و نگهداری میوه ها و سبزیجات، پردازش و نگهداری استفاده می شود. گوشت و آبزیان، تولید فست فود و تولید روغن. چشم انداز کاربرد گسترده ای در نگهداری مواد غذایی مانند آب نبات های پخته سرخ شده دارد.

1.1.3.1 کاربرد در بسته بندی مواد غذایی

The film-forming solution is covered on the food to be packaged by spraying, brushing, dipping, etc., to prevent the penetration of moisture, oxygen and aromatic substances, which can effectively reduce the loss of packaging and reduce the number of packaging layers ; کاهش قابل توجه لایه بیرونی مواد غذایی پیچیدگی اجزای بسته بندی پلاستیکی، بازیافت و پردازش آن را تسهیل می کند و آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد. برای کاهش مهاجرت متقابل بین اجزای مختلف و در نتیجه کاهش آلودگی محیط زیست، در بسته بندی جداگانه برخی از اجزای غذاهای پیچیده چند جزئی اعمال می شود. کاهش فساد غذا یا کاهش کیفیت غذا. فیلم خوراکی به طور مستقیم به بسته بندی کاغذ یا کیسه های بسته بندی برای بسته بندی مواد غذایی پردازش می شود که نه تنها به ایمنی ، پاکیزگی و راحتی دست می یابد ، بلکه فشار آلودگی سفید بر محیط را نیز کاهش می دهد.

با استفاده از ذرت، سویا و گندم به عنوان مواد اولیه اصلی، می توان فیلم های غلات کاغذ مانند را تهیه کرد و برای بسته بندی سوسیس و کالباس و سایر مواد غذایی استفاده کرد. پس از استفاده، حتی اگر در محیط طبیعی دور ریخته شوند، زیست تخریب پذیر هستند و می توان آنها را به کود خاک برای بهبود خاک تبدیل کرد. . با استفاده از نشاسته، کیتوزان و ته ته لوبیا به عنوان مواد اصلی، می توان کاغذ بسته بندی خوراکی را برای بسته بندی فست فود مانند نودل فست فود و سیب زمینی سرخ کرده تهیه کرد که راحت، ایمن و بسیار پرطرفدار است. برای بسته بندی چاشنی، سوپ جامد استفاده می شود بسته بندی غذاهای راحت مانند مواد خام، که در صورت استفاده می توان مستقیماً در قابلمه پخت، می تواند از آلودگی مواد غذایی جلوگیری کند، تغذیه غذا را افزایش دهد و نظافت را تسهیل کند. آووکادوی خشک، سیب زمینی و برنج شکسته تخمیر شده و به پلی ساکارید تبدیل می شوند که می توان از آنها برای تهیه مواد خوراکی جدید بسته بندی داخلی استفاده کرد که بی رنگ و شفاف هستند، دارای خواص بازدارندگی اکسیژن و خواص مکانیکی خوب هستند و برای بسته بندی شیر خشک استفاده می شوند. ، روغن سالاد و سایر محصولات [19]. برای غذای نظامی، پس از استفاده از محصول، مواد بسته بندی پلاستیکی سنتی در محیط دور ریخته می شود و به نشانگری برای ردیابی دشمن تبدیل می شود که به راحتی محل اختفا را آشکار می کند. در غذاهای خاص چند جزئی مانند پیتزا، شیرینی، سس کچاپ، بستنی، ماست، کیک و دسر، مواد بسته بندی پلاستیکی را نمی توان مستقیماً برای استفاده اضافه کرد و فیلم بسته بندی خوراکی مزایای منحصر به فرد خود را نشان می دهد که می تواند تعداد گروه های کسری را کاهش دهد. مهاجرت مواد طعم دهنده کیفیت و زیبایی محصول را بهبود می بخشد [21]. فیلم بسته بندی خوراکی را می توان در پردازش مواد غذایی مایکروویو سیستم خمیر استفاده کرد. محصولات گوشتی ، سبزیجات ، پنیر و میوه ها با پاشیدن ، فرو بردن یا مسواک زدن و غیره ، یخ زده و ذخیره شده از قبل بسته بندی می شوند و فقط برای مصرف نیاز به مایکروویو دارند.

اگرچه کاغذها و کیسه‌های بسته‌بندی خوراکی تجاری کمی در دسترس هستند، اما پتنت‌های زیادی در مورد فرمولاسیون و کاربرد مواد بسته‌بندی خوراکی بالقوه به ثبت رسیده است. مقامات نظارتی مواد غذایی فرانسه یک کیسه بسته بندی خوراکی صنعتی به نام "SOLUPAN" را تایید کرده اند که از هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، نشاسته و سدیم سوربات تشکیل شده است و به صورت تجاری در دسترس است.

1.1.3.2 کاربرد در پزشکی

ژلاتین، مشتقات سلولز، نشاسته و صمغ خوراکی را می توان برای تهیه پوسته های کپسول نرم و سخت داروها و محصولات بهداشتی استفاده کرد که می تواند به طور موثری از کارایی داروها و محصولات بهداشتی اطمینان حاصل کند و ایمن و خوراکی باشد. برخی از داروها طعم تلخ ذاتی دارند که استفاده از آن برای بیماران دشوار است. فیلم های خوراکی پذیرفته شده را می توان به عنوان پوشش های پوشاننده طعم برای چنین داروهایی استفاده کرد. برخی از پلیمرهای پلیمری روده ای در محیط معده (pH 1.2) حل نمی شوند، اما در محیط روده (pH 6.8) محلول هستند و می توانند در پوشش دارویی با رهش پایدار روده استفاده شوند. همچنین می تواند به عنوان یک حامل برای داروهای هدفمند استفاده شود.

بلانکو فرناندز و همکاران یک فیلم کامپوزیت مونوگلیسرید استیله کیتوزان تهیه کرد و از آن برای آزادسازی پایدار فعالیت آنتی اکسیدانی ویتامین E استفاده کرد و تأثیر آن قابل توجه بود. مواد بسته بندی آنتی اکسیدانی طولانی مدت. ژانگ و همکاران نشاسته را با ژلاتین مخلوط کرده، نرم کننده پلی اتیلن گلیکول را اضافه کرده و به صورت سنتی استفاده می شود. کپسول های سخت توخالی با فرآیند غوطه وری فیلم کامپوزیت تهیه شدند و شفافیت، خواص مکانیکی، خواص آب دوست و مورفولوژی فاز فیلم کامپوزیت مورد مطالعه قرار گرفتند. مواد کپسول خوب [52]. لال و همکاران کافرین را به یک پوشش خوراکی برای پوشش روده کپسول های پاراستامول تبدیل کرد و خواص مکانیکی، خواص حرارتی، خواص مانع و خواص رهاسازی داروی فیلم خوراکی را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که پوشش سورگوم کپسول های سخت مختلف فیلم گلیادین در معده شکسته نشده است، اما دارو را با pH 6.8 در روده آزاد می کند. پیک و همکاران ذرات فتالات HPMC را که با ایندومتاسین پوشانده شده است ، آماده کرده و مایع تشکیل دهنده فیلم خوراکی HPMC را بر روی سطح ذرات دارو اسپری کرده و میزان گرفتاری دارو ، اندازه ذرات متوسط ​​ذرات دارویی را مورد مطالعه قرار داد ، فیلم های خوراکی نتایج نشان داد که پوشش HPMCN روکش شده داروی خوراکی ایندومتاسین می تواند به هدف پوشاندن طعم تلخ دارو و هدف قرار دادن دارورسانی دست یابد. اولادزادعباس آبادی و همکاران. مخلوط نشاسته ساگو اصلاح شده با کاراگینان برای تهیه یک فیلم کامپوزیتی خوراکی به عنوان جایگزین کپسول های ژلاتین سنتی و بررسی سینتیک خشک شدن، خواص ترمومکانیکی، خواص فیزیکوشیمیایی و خواص بازدارنده آن، نتایج نشان می دهد که فیلم خوراکی کامپوزیت دارای خواص مشابه با ژلاتین است و می تواند در تولید کپسول های دارویی استفاده شود.

1.1.3.3 کاربرد در نگهداری میوه و سبزیجات

در میوه‌ها و سبزیجات تازه پس از چیدن، واکنش‌های بیوشیمیایی و تنفس همچنان به شدت ادامه دارد که باعث تسریع آسیب بافتی میوه‌ها و سبزیجات می‌شود و به راحتی می‌توان رطوبت میوه‌ها و سبزیجات را در دمای اتاق از دست داد و در نتیجه کیفیت بافت های داخلی و ویژگی های حسی میوه ها و سبزیجات. کاهش می یابد. بنابراین، حفظ و نگهداری به مهم ترین موضوع در نگهداری و حمل و نقل میوه ها و سبزیجات تبدیل شده است. روشهای سنتی نگهداری اثر نگهداری ضعیف و هزینه بالایی دارند. حفظ پوششی میوه ها و سبزیجات در حال حاضر موثرترین روش در نگهداری در دمای اتاق است. مایع تشکیل دهنده فیلم خوراکی بر روی سطح میوه ها و سبزیجات پوشانده شده است که می تواند به طور موثری از تهاجم میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، تنفس، از دست دادن آب و از دست دادن مواد مغذی بافت میوه و سبزیجات را کاهش دهد، پیری فیزیولوژیکی بافت میوه و سبزیجات را به تاخیر بیندازد. و بافت میوه و سبزیجات را چاق و صاف نگه دارید. ظاهری براق، به گونه ای که به هدف حفظ تازگی و طولانی شدن دوره نگهداری دست می یابد. آمریکایی ها از استیل مونوگلیسرید و پنیر استخراج شده از روغن نباتی به عنوان مواد خام اصلی برای تهیه فیلم خوراکی استفاده می کنند و از آن برای برش میوه ها و سبزیجات برای تازه نگه داشتن، جلوگیری از کم آبی، قهوه ای شدن و هجوم میکروارگانیسم ها استفاده می کنند تا بتوان آن را برای مدت طولانی نگهداری کرد. مدت طولانی حالت تازه. ژاپن از ابریشم ضایعاتی به عنوان ماده خام برای تهیه فیلم تازه نگه داری سیب زمینی استفاده می کند که می تواند اثر تازه داری مشابه با ذخیره سازی سرد داشته باشد. آمریکایی ها از روغن نباتی و میوه به عنوان مواد خام اصلی برای ساخت مایع پوششی استفاده می کنند و میوه های بریده شده را تازه نگه می دارند و دریافتند که اثر نگهداری خوب است.

مارکز و همکاران از پروتئین آب پنیر و پکتین به عنوان مواد خام و افزودن گلوتامیناز برای اتصال متقابل برای تهیه یک فیلم خوراکی کامپوزیتی استفاده شد که برای پوشش دادن سیب، گوجه‌فرنگی و هویج تازه بریده شده استفاده شد که می‌تواند به میزان قابل توجهی میزان کاهش وزن را کاهش دهد. از رشد میکروارگانیسم ها در سطح میوه ها و سبزیجات تازه برش زده شده جلوگیری می کند و با فرض حفظ طعم و طعم میوه ها و سبزیجات تازه برش داده شده، ماندگاری را افزایش می دهد. شی لی و همکاران انگورهای گلوب قرمز پوشیده شده با لایه خوراکی کیتوزان، که می تواند کاهش وزن و سرعت پوسیدگی انگور را کاهش دهد، رنگ و درخشندگی انگور را حفظ کرده و تجزیه مواد جامد محلول را به تاخیر می اندازد. لیو و همکاران با استفاده از کیتوزان، سدیم آلژینات، سدیم کربوکسی متیل سلولز و پلی آکریلات به عنوان مواد خام. فیلم های خوراکی با پوشش چندلایه برای تازه نگه داری میوه ها و سبزیجات تهیه و مورفولوژی، حلالیت در آب و غیره آنها را مورد مطالعه قرار داد. سان چینگشن و همکاران فیلم کامپوزیت ایزوله پروتئین سویا را مورد مطالعه قرار داد که برای نگهداری توت فرنگی استفاده می شود که می تواند تعرق توت فرنگی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، تنفس آنها را مهار کند و میزان میوه های فاسد را کاهش دهد. فریرا و همکاران از پودر باقیمانده میوه و سبزیجات و پودر پوست سیب زمینی برای تهیه فیلم خوراکی کامپوزیتی استفاده کرد، حلالیت آب و خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت را مطالعه کرد و از روش پوشش دهی برای حفظ زالزالک استفاده کرد. نتایج نشان داد که ماندگاری زالزالک طولانی‌تر است. 50 درصد، میزان کاهش وزن 30 تا 57 درصد کاهش یافت و اسید آلی و رطوبت تغییر معنی داری نداشتند. فو شیاووی و همکاران نگهداری فلفل تازه توسط فیلم خوراکی کیتوزان را بررسی کرد و نتایج نشان داد که می تواند شدت تنفس فلفل تازه را در زمان نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش داده و پیری فلفل را به تاخیر بیندازد. ناوارو تارازاگا و همکاران. از فیلم خوراکی HPMC اصلاح شده با موم زنبور عسل برای نگهداری آلو استفاده کرد. نتایج نشان داد که موم زنبور عسل می تواند خواص مانع اکسیژن و رطوبت و خواص مکانیکی فیلم های HPMC را بهبود بخشد. سرعت کاهش وزن آلو به میزان قابل توجهی کاهش یافت، نرم شدن و خونریزی میوه در حین نگهداری بهبود یافت و دوره نگهداری آلو طولانی شد. تانگ لیینگ و همکاران از محلول قلیایی شلاک در اصلاح نشاسته استفاده کرد، فیلم بسته بندی خوراکی تهیه کرد و خواص فیلم آن را مطالعه کرد. در عین حال، استفاده از مایع تشکیل دهنده فیلم آن برای پوشاندن انبه برای طراوت می تواند به طور موثر تنفس را کاهش دهد و می تواند از پدیده قهوه ای شدن در حین نگهداری جلوگیری کند، سرعت کاهش وزن را کاهش دهد و دوره نگهداری را طولانی کند.

1.1.3.4 کاربرد در فرآوری و نگهداری فرآورده های گوشتی

فرآورده های گوشتی با مواد مغذی غنی و فعالیت آب بالا به راحتی توسط میکروارگانیسم ها در فرآیند پردازش، حمل و نقل، ذخیره سازی و مصرف مورد هجوم قرار می گیرند و در نتیجه باعث تیره شدن رنگ و اکسیداسیون چربی و سایر فسادها می شوند. برای طولانی‌تر شدن مدت نگهداری و ماندگاری فرآورده‌های گوشتی، باید سعی شود از فعالیت آنزیم‌های موجود در فرآورده‌های گوشتی و هجوم میکروارگانیسم‌ها به سطح آن جلوگیری شود و از بدتر شدن رنگ و بوی ناشی از اکسیداسیون چربی جلوگیری شود. در حال حاضر نگهداری فیلم خوراکی یکی از روش‌های رایج در نگهداری گوشت در داخل و خارج از کشور است. با مقایسه آن با روش سنتی، مشخص شد که هجوم میکروارگانیسم‌های خارجی، ترشیدگی اکسیداتیو چربی و از دست دادن آب میوه در محصولات گوشتی بسته‌بندی شده در فیلم خوراکی به طور قابل توجهی بهبود یافته است و کیفیت محصولات گوشتی به طور قابل توجهی بهبود یافته است. زمان ماندگاری افزایش یافته است.

تحقیقات بر روی فیلم خوراکی محصولات گوشتی در اواخر دهه 1950 آغاز شد و موفق ترین مورد کاربرد فیلم خوراکی کلاژن بود که به طور گسترده در تولید و فرآوری سوسیس استفاده می شد. امیراوغلو و همکاران روغن کنجد را به فیلم خوراکی پروتئین سویا اضافه کرد تا فیلم ضد باکتریایی بسازد و اثر ضد باکتریایی آن را روی گوشت گاو منجمد مطالعه کرد. نتایج نشان داد که فیلم ضد باکتری می تواند به طور قابل توجهی از تولید مثل و رشد استافیلوکوکوس اورئوس جلوگیری کند. ووک و همکاران یک فیلم خوراکی پروآنتوسیانیدین تهیه کرد و از آن برای پوشاندن گوشت خوک در یخچال برای تازگی استفاده کرد. رنگ، pH، مقدار TVB-N، اسید تیوباربیتوریک و تعداد میکروبی گوشت خوک پس از نگهداری به مدت 14 روز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی پروآنتوسیانیدین ها می تواند به طور موثری تشکیل اسید تیوباربیتوریک را کاهش دهد، از فساد اسیدهای چرب جلوگیری کند، تهاجم و تکثیر میکروارگانیسم ها را بر روی سطح فرآورده های گوشتی کاهش دهد، کیفیت فرآورده های گوشتی را بهبود بخشد و دوره نگهداری را طولانی تر کند. ماندگاری . جیانگ شائوتونگ و همکاران پلی فنول های چای و آلیسین را به محلول غشایی کامپوزیت نشاسته- آلژینات سدیم اضافه کرد و از آنها برای حفظ تازگی گوشت خوک سرد شده استفاده کرد که می توان آن را در دمای 0-4 درجه سانتیگراد برای بیش از 19 روز نگهداری کرد. کارتاژنا و همکاران گزارش اثر ضد باکتریایی فیلم خوراکی کلاژن اضافه شده با عامل ضد میکروبی نایسین بر حفظ برش‌های گوشت خوک، نشان می‌دهد که فیلم خوراکی کلاژن می‌تواند مهاجرت رطوبت برش‌های گوشت خوک در یخچال را کاهش دهد، ترشی بودن فرآورده‌های گوشتی را به تأخیر اندازد و فیلم کلاژن را با % اضافه کند. نیسین بهترین اثر نگهداری را داشت. وانگ روی و همکاران تغییرات آلژینات سدیم، کیتوزان و فیبر کربوکسی متیل را با تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای pH، نیتروژن پایه فرار، قرمزی و تعداد کل کلنی‌های گوشت گاو در 16 روز پس از نگهداری بررسی کرد. از سه نوع فیلم خوراکی ویتامین سدیم برای حفظ طراوت گوشت گاو سرد شده استفاده شد. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی آلژینات سدیم اثری ایده آل در حفظ تازگی دارد. کاپریولی و همکاران سینه بوقلمون پخته شده را با یک فیلم خوراکی کازئینات سدیم بپیچید و سپس در یخچال در دمای 4 درجه سانتیگراد قرار دهید. مطالعات نشان داده‌اند که فیلم خوراکی کازئینات سدیم می‌تواند سرعت گوشت بوقلمون را در طول یخچال کند کند. از تباهی .

1.1.3.5 کاربرد در نگهداری محصولات آبزی

کاهش کیفیت محصولات آبزی عمدتاً در کاهش رطوبت آزاد، بدتر شدن طعم و بدتر شدن بافت محصول آبی آشکار می شود. تجزیه محصولات آبزی، اکسیداسیون، دناتوره شدن و مصرف خشک ناشی از تهاجم میکروبی، همگی عوامل مهمی هستند که بر ماندگاری محصولات آبزی تأثیر می گذارند. ذخیره سازی منجمد روشی متداول برای نگهداری محصولات آبزی است، اما درجه خاصی از تخریب کیفیت نیز در این فرآیند وجود خواهد داشت که به ویژه برای ماهیان آب شیرین بسیار جدی است.

حفظ فیلم خوراکی محصولات آبزی در اواخر دهه 1970 آغاز شد و اکنون به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. فیلم خوراکی می تواند به طور موثری محصولات آبزی منجمد را حفظ کند، از دست دادن آب را کاهش دهد، و همچنین می تواند با آنتی اکسیدان ها برای جلوگیری از اکسیداسیون چربی ترکیب شود، در نتیجه به هدف افزایش عمر مفید و ماندگاری دست می یابد. میناچیسوندارام و همکاران. یک فیلم خوراکی کامپوزیتی مبتنی بر نشاسته با استفاده از نشاسته به عنوان ماتریکس و اضافه کردن ادویه هایی مانند میخک و دارچین تهیه کرد و از آن برای نگهداری میگوی سفید استفاده کرد. نتایج نشان داد که فیلم نشاسته خوراکی می تواند به طور موثری از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، اکسیداسیون چربی را کاهش دهد، ماندگاری میگوی سفید یخچالی در دمای 10 درجه سانتی گراد و 4 درجه سانتی گراد را به ترتیب 14 و 12 روز افزایش دهد. Cheng Yuanyuan و دیگران مواد نگهدارنده محلول پولولان را مطالعه کردند و ماهی آب شیرین را انجام دادند. نگهداری می تواند به طور موثری از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، اکسیداسیون پروتئین و چربی ماهی را کاهش دهد و اثر نگهداری عالی داشته باشد. یونس و همکاران ماهی قزل آلای رنگین کمان را با یک فیلم خوراکی ژلاتینی که اسانس برگ بو به آن اضافه شد پوشش داد و اثر نگهداری در یخچال را در دمای 4 درجه سانتی گراد بررسی کرد. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی ژلاتینی در حفظ کیفیت ماهی قزل آلای رنگین کمان تا 22 روز موثر است. برای مدت طولانی . وانگ سیوی و همکاران از آلژینات سدیم، کیتوزان و CMC به عنوان مواد اصلی استفاده کرد، اسید استئاریک را برای تهیه مایع فیلم خوراکی اضافه کرد و از آن برای پوشش پنائوس وانامی برای تازگی استفاده کرد. این مطالعه نشان داد که فیلم کامپوزیت CMC و کیتوزان مایع دارای اثر حفظ خوبی است و می تواند ماندگاری را حدود 2 روز افزایش دهد. یانگ شنگپینگ و دیگران از فیلم خوراکی پلی فنول کیتوزان-چای برای سرد کردن و نگهداری دم موی تازه استفاده کردند که می تواند به طور موثری از تولید مثل باکتری ها در سطح دم مو جلوگیری کند، تشکیل اسید هیدروکلریک فرار را به تاخیر بیندازد و عمر ماندگاری دم مو را افزایش دهد. حدود 12 روز

1.1.3.6 کاربرد در غذاهای سرخ شده

غذای سرخ شده یک غذای آماده و پرطرفدار با خروجی زیاد است. روی آن با پلی ساکارید و فیلم خوراکی پروتئینی پیچیده شده است که می تواند از تغییر رنگ غذا در طی فرآیند سرخ کردن جلوگیری کرده و مصرف روغن را کاهش دهد. ورود اکسیژن و رطوبت [80]. پوشاندن غذای سرخ شده با صمغ ژلان می تواند مصرف روغن را تا 35 تا 63 درصد کاهش دهد، مثلاً هنگام سرخ کردن ساشیمی، مصرف روغن را تا 63 درصد کاهش می دهد. هنگام سرخ کردن چیپس سیب زمینی می تواند مصرف روغن را 35 تا 63 درصد کاهش دهد. کاهش مصرف سوخت تا 60 درصد و غیره [81].

سینگتونگ و همکاران فیلم های خوراکی از پلی ساکاریدهایی مانند آلژینات سدیم، کربوکسی متیل سلولز و پکتین ساخته شد که برای پوشش نوارهای موز سرخ شده استفاده می شد و میزان جذب روغن را پس از سرخ کردن مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که پکتین و کربوکسیل نوارهای موز سرخ شده که با متیل سلولز پوشیده شده اند ، کیفیت حسی بهتری را نشان می دهند ، در میان آنها فیلم خوراکی پکتین بهترین تأثیر را در کاهش جذب روغن داشت [82]. هولونیا و همکاران لایه‌های HPMC و MC روی سطح فیله‌های مرغ سرخ‌شده برای بررسی تغییرات در مصرف روغن، محتوای اسیدهای چرب آزاد و ارزش رنگ در روغن سرخ کردنی پوشش داده شده است. پیش پوشش دهی می تواند جذب روغن را کاهش داده و عمر روغن را بهبود بخشد [83]. شنگ میکسیانگ و همکاران فیلم‌های خوراکی از CMC، کیتوزان و ایزوله پروتئین سویا، روکش چیپس سیب‌زمینی و سرخ کردن آن‌ها در دمای بالا برای بررسی جذب روغن، محتوای آب، رنگ، محتوای آکریل آمید و کیفیت حسی چیپس سیب‌زمینی ساخته شد. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی ایزوله پروتئین سویا تأثیر بسزایی در کاهش مصرف روغن چیپس سیب زمینی سرخ شده دارد و فیلم خوراکی کیتوزان تأثیر بهتری در کاهش محتوای آکریل آمید دارد [84]. سالوادور و همکاران سطح حلقه های ماهی مرکب سرخ شده را با نشاسته گندم، نشاسته ذرت اصلاح شده، دکسترین و گلوتن پوشانده است که می تواند تردی حلقه های ماهی مرکب را بهبود بخشد و سرعت جذب روغن را کاهش دهد [85].

1.1.3.7 کاربرد در محصولات نانوایی

فیلم خوراکی را می توان به عنوان یک پوشش صاف برای بهبود ظاهر محصولات پخته استفاده کرد. می تواند به عنوان مانعی در برابر رطوبت، اکسیژن، گریس و غیره برای بهبود ماندگاری محصولات پخته شده استفاده شود، به عنوان مثال، از فیلم خوراکی کیتوزان برای پوشش سطحی نان استفاده می شود و همچنین می تواند به عنوان چسب برای تنقلات ترد و تنقلات استفاده شود. به عنوان مثال، بادام زمینی برشته شده اغلب با چسب هایی برای پوشاندن نمک و چاشنی ها پوشانده می شود [87].

کریستوس و همکاران فیلم های خوراکی از آلژینات سدیم و پروتئین آب پنیر ساخته و روی سطح نان پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس پوشانده شد. این مطالعه نشان داد که میزان بقای پروبیوتیک ها به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما دو نوع نان نشان دادند مکانیسم های گوارشی بسیار مشابه هستند، بنابراین پوشش لایه خوراکی بافت، طعم و خواص ترموفیزیکی نان را تغییر نمی دهد [88]. پانوات و همکاران عصاره انگور فرنگی هندی را به ماتریکس متیل سلولز برای تهیه یک فیلم کامپوزیت خوراکی اضافه کرد و از آن برای حفظ تازگی بادام هندی بوداده استفاده کرد. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی کامپوزیتی می تواند به طور موثری بادام هندی بوداده را در طول نگهداری مهار کند. کیفیت بدتر شد و عمر ماندگاری بادام هندی بوداده تا 90 روز افزایش یافت [89]. شو و همکاران یک فیلم خوراکی شفاف و قابل انعطاف با کازئینات سدیم و گلیسیرین ساخته و خواص مکانیکی، نفوذپذیری آب و اثر بسته‌بندی آن را روی برش‌های نان پخته شده مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که فیلم خوراکی کازئینات سدیم نان پخته شده را پیچیده می کند. پس از پخت، سختی آن را می توان در عرض 6 ساعت پس از نگهداری در دمای اتاق کاهش داد [90]. دو و همکاران از فیلم خوراکی مبتنی بر سیب و فیلم خوراکی مبتنی بر گوجه فرنگی اضافه شده با اسانس های گیاهی برای بسته بندی مرغ کباب استفاده کرد که نه تنها از رشد میکروارگانیسم ها قبل از برشته کردن مرغ جلوگیری کرد، بلکه طعم مرغ را پس از برشته کردن نیز افزایش داد [91]. جوانمرد و همکاران. یک فیلم خوراکی از نشاسته گندم تهیه کرد و از آن برای پیچیدن مغز پسته پخته استفاده کرد. نتایج نشان داد که فیلم نشاسته خوراکی می تواند از ترشیدگی اکسیداتیو آجیل جلوگیری کند، کیفیت آجیل را بهبود بخشد و ماندگاری آنها را افزایش دهد [92]. مجید و همکاران از فیلم خوراکی پروتئین آب پنیر برای پوشاندن بادام زمینی بوداده استفاده کرد که می تواند مانع اکسیژن را افزایش دهد، ترشی بادام زمینی را کاهش دهد، شکنندگی بادام زمینی برشته شده را بهبود بخشد و دوره نگهداری آن را طولانی تر کند [93].

صنعت آب نبات نیازهای بالایی برای انتشار اجزای فرار دارد، بنابراین برای شکلات و آب نبات با سطوح صیقلی، لازم است از فیلم های خوراکی محلول در آب برای جایگزینی مایع پوشش حاوی اجزای فرار استفاده شود. فیلم بسته بندی خوراکی می تواند یک لایه محافظ صاف روی سطح آب نبات ایجاد کند تا مهاجرت اکسیژن و رطوبت را کاهش دهد [19]. استفاده از فیلم های خوراکی پروتئین آب پنیر در شیرینی پزی می تواند به طور قابل توجهی انتشار اجزای فرار آن را کاهش دهد. هنگامی که از شکلات برای کپسوله کردن غذاهای روغنی مانند کلوچه ها و کره بادام زمینی استفاده می شود، روغن به لایه بیرونی شکلات مهاجرت می کند و شکلات را چسبناک می کند و باعث ایجاد پدیده "یخ زدگی معکوس" می شود، اما مواد داخلی خشک می شود و در نتیجه یک تغییر در طعم آن افزودن یک لایه از مواد بسته بندی فیلم خوراکی با عملکرد مانع چربی می تواند این مشکل را حل کند [94].

نلسون و همکاران از فیلم خوراکی متیل سلولز برای پوشاندن آب نبات های حاوی چندین لیپید استفاده کرد و نفوذپذیری چربی بسیار پایینی را نشان داد و در نتیجه از پدیده یخ زدگی در شکلات جلوگیری کرد [95]. میرز از یک فیلم خوراکی دولایه هیدروژل-موم روی آدامس استفاده کرد که می‌تواند چسبندگی آن را بهبود بخشد، تبخیر آب را کاهش دهد و عمر ماندگاری آن را افزایش دهد [21]. آب تهیه شده توسط فادینی و همکاران. فیلم کامپوزیت خوراکی دکلاژن-کره کاکائو به دلیل خواص مکانیکی و نفوذپذیری آب مورد مطالعه قرار گرفت و به عنوان پوششی برای محصولات شکلاتی با نتایج خوبی استفاده شد [96].

1.1.4 فیلم های خوراکی مبتنی بر سلولز

فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز نوعی فیلم خوراکی است که از فراوان ترین سلولز و مشتقات آن در طبیعت به عنوان مواد اولیه اصلی تهیه می شود. فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز بی بو و بی مزه است و دارای استحکام مکانیکی خوب، خواص مانع روغن، شفافیت، انعطاف پذیری و خواص مانع گاز خوب است. با این حال، به دلیل ماهیت آبدوست سلولز، مقاومت فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز است عملکرد آب به طور کلی نسبتا ضعیف است [82، 97-99].

فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز ساخته شده از مواد زائد در تولید صنایع غذایی می تواند فیلم های بسته بندی خوراکی را با عملکرد عالی به دست آورد و می تواند از مواد زاید برای افزایش ارزش افزوده محصولات مجددا استفاده کند. فریرا و همکاران پودر باقیمانده میوه و سبزیجات را با پودر پوست سیب زمینی برای تهیه یک فیلم کامپوزیت خوراکی مبتنی بر سلولز مخلوط کرده و برای حفظ طراوت آن را روی پوشش زالزالک بمالید و به نتایج خوبی دست یافت [62]. تان هویزی و همکاران. از فیبر غذایی استخراج شده از ته ته لوبیا به عنوان ماده پایه استفاده کرد و مقدار مشخصی غلیظ کننده را برای تهیه یک فیلم خوراکی از فیبر سویا اضافه کرد که دارای خواص مکانیکی خوب و خواص بازدارنده است [100]، که عمدتاً برای بسته بندی چاشنی نودل فست فود استفاده می شود. ، حل کردن بسته مواد به طور مستقیم در آب گرم راحت و مغذی است.

مشتقات سلولز محلول در آب، مانند متیل سلولز (MC)، کربوکسی متیل سلولز (CMC) و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)، می توانند یک ماتریکس پیوسته تشکیل دهند و معمولاً در ساخت و تحقیق فیلم های خوراکی استفاده می شوند. شیائو نایو و همکاران از MC به عنوان بستر اصلی تشکیل فیلم استفاده کرد، پلی اتیلن گلیکول و کلسیم کلرید و سایر مواد کمکی را اضافه کرد، فیلم خوراکی MC را با روش ریخته‌گری تهیه کرد و از آن برای حفظ اولکرانون استفاده کرد که می‌تواند دهان اولکرانون را طولانی کند. ماندگاری هلو 4.5 روز است [101]. اسماعیلی و همکاران فیلم خوراکی MC را با ریخته‌گری تهیه کرد و روی پوشش میکروکپسول‌های اسانس گیاهی اعمال کرد. نتایج نشان داد که فیلم MC دارای اثر مسدود کننده روغن خوبی است و می تواند برای جلوگیری از فساد اسیدهای چرب روی بسته بندی مواد غذایی اعمال شود [102]. تیان و همکاران فیلم‌های خوراکی MC با اسید استئاریک و اسیدهای چرب غیراشباع اصلاح شده، که می‌تواند ویژگی‌های مسدودکننده آب فیلم‌های خوراکی MC را بهبود بخشد [103]. لای فنگینگ و همکاران اثر نوع حلال را بر فرآیند تشکیل فیلم فیلم خوراکی MC و خواص مانع و خواص مکانیکی فیلم خوراکی مورد مطالعه قرار داد [104].

غشاهای CMC دارای خواص بازدارنده خوبی در برابر O2، CO2 و روغن ها هستند و به طور گسترده در زمینه غذا و دارو استفاده می شوند [99]. بیفانی و همکاران غشاهای CMC تهیه و اثر عصاره برگ بر روی خواص سد آب و خواص سد گاز غشاها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزودن عصاره‌های برگ می‌تواند به طور قابل‌توجهی باعث بهبود رطوبت و ویژگی‌های بازدارنده اکسیژن غشاها شود، اما برای CO2 نه. خواص سد کننده به غلظت عصاره مربوط می شود [105]. د مورا و همکاران نانوذرات کیتوزان تهیه شده فیلم های CMC را تقویت کرده و پایداری حرارتی ، خواص مکانیکی و حلالیت آب فیلم های کامپوزیت را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان می‌دهد که نانوذرات کیتوزان می‌توانند به طور موثر خواص مکانیکی و پایداری حرارتی فیلم‌های CMC را بهبود بخشند. جنسیت [98]. قنبرزاده و همکاران فیلم‌های خوراکی CMC تهیه و اثرات گلیسرول و اسید اولئیک بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم‌های CMC را بررسی کردند. نتایج نشان داد که خواص بازدارنده فیلم ها به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما خواص مکانیکی و شفافیت کاهش یافته است [99]. چنگ و همکاران یک فیلم کامپوزیت خوراکی کربوکسی متیل سلولز-کنژاک گلوکومانان تهیه کرد و تأثیر روغن پالم را بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم کامپوزیت مطالعه کرد. نتایج نشان داد که میکروسفرهای لیپیدی کوچکتر می توانند به طور قابل توجهی فیلم کامپوزیت را افزایش دهند. آبگریزی سطح و انحنای کانال نفوذ مولکول آب می تواند عملکرد سد رطوبتی غشا را بهبود بخشد [106].

HPMC خاصیت تشکیل فیلم خوبی دارد و فیلم آن انعطاف پذیر، شفاف، بی رنگ و بی بو است و خاصیت مانع روغن خوبی دارد، اما خواص مکانیکی و خاصیت مسدود کننده آب آن نیاز به بهبود دارد. The study by Zuniga et al. نشان داد که ریزساختار اولیه و پایداری محلول تشکیل فیلم HPMC می تواند به طور قابل توجهی بر سطح و ساختار داخلی فیلم تأثیر بگذارد و نحوه ورود قطرات روغن در طول تشکیل ساختار فیلم می تواند به طور قابل توجهی بر عبور نور و فعالیت سطحی فیلم تأثیر بگذارد. فیلم افزودن عامل می تواند پایداری محلول تشکیل دهنده فیلم را بهبود بخشد، که به نوبه خود بر ساختار سطح و خواص نوری فیلم تأثیر می گذارد، اما خواص مکانیکی و نفوذپذیری هوا کاهش نمی یابد [107]. کلانگ موانگ و همکاران used organically modified clay and beeswax to enhance and modify HPMC edible film to improve the mechanical properties and barrier properties of HPMC film. این مطالعه نشان داد که پس از اصلاح موم و خاک رس ، خصوصیات مکانیکی فیلم خوراکی HPMC با فیلم های خوراکی قابل مقایسه است. عملکرد اجزای رطوبت بهبود یافت [108]. دوگان و همکاران فیلم خوراکی HPMC را تهیه کرد و از سلولز میکروکریستالی برای تقویت و اصلاح فیلم HPMC استفاده کرد و نفوذپذیری آب و خواص مکانیکی فیلم را مطالعه کرد. نتایج نشان داد که ویژگی های مانع رطوبتی فیلم اصلاح شده تغییر معنی داری نداشت. ، اما خواص مکانیکی آن به طور قابل توجهی بهبود یافته است [109]. چوی و همکاران برگ پونه کوهی و اسانس ترنج را به ماتریکس HPMC برای تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی اضافه کرد و آن را روی پوشش نگهداری آلو تازه اعمال کرد. این مطالعه نشان داد که فیلم کامپوزیت خوراکی می تواند به طور موثری از تنفس آلو، کاهش تولید اتیلن، کاهش سرعت کاهش وزن و بهبود کیفیت آلو جلوگیری کند [110]. استقلال و همکاران HPMC را با ژلاتین برای تهیه فیلم های کامپوزیت خوراکی مخلوط کرد و فیلم های کامپوزیت خوراکی را مطالعه کرد. خواص فیزیکوشیمیایی، خواص مکانیکی و سازگاری ژلاتین HPMC نشان داد که خواص کششی لایه های کامپوزیت ژلاتین HPMC به طور قابل توجهی تغییر نکرده است که می تواند در تهیه کپسول های دارویی استفاده شود [111]. ویلاکرس و همکاران خواص مکانیکی، خواص مانع گاز و خواص ضد باکتریایی فیلم های کامپوزیتی خوراکی نشاسته HPMC-cassava را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که لایه‌های کامپوزیتی دارای خواص مانع اکسیژن و اثرات ضد باکتریایی خوبی هستند [112]. بیون و همکاران غشاهای کامپوزیت shellac-HPMC را تهیه و اثرات انواع امولسیفایرها و غلظت شلاک را بر روی غشاهای کامپوزیت مورد مطالعه قرار داد. امولسیفایر خاصیت مسدود کنندگی غشاء کامپوزیت را کاهش داد، اما خواص مکانیکی آن به طور قابل توجهی کاهش پیدا نکرد. علاوه بر این از پوسته ، پایداری حرارتی غشای HPMC را به شدت بهبود بخشید و با افزایش غلظت گلوله اثر آن افزایش یافته است [113].

1.1.5 فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته

نشاسته یک پلیمر طبیعی برای تهیه فیلم های خوراکی است. دارای مزایای منبع گسترده، قیمت پایین، زیست سازگاری و ارزش غذایی است و به طور گسترده در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود [114-117]. اخیراً تحقیقات بر روی فیلم‌های خوراکی نشاسته خالص و فیلم‌های کامپوزیت خوراکی مبتنی بر نشاسته برای نگهداری و نگهداری مواد غذایی یکی پس از دیگری پدیدار شده است [118]. نشاسته آمیلوز بالا و نشاسته اصلاح شده هیدروکسی پروپیله آن مواد اصلی برای تهیه فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته هستند [119]. پسرفت نشاسته دلیل اصلی توانایی آن در تشکیل فیلم است. هر چه محتوای آمیلوز بیشتر باشد، پیوند بین مولکولی محکم‌تر، تولید رتروگراسیون آسان‌تر است و خاصیت تشکیل فیلم و استحکام کششی نهایی فیلم بهتر است. بزرگتر آمیلوز می‌تواند فیلم‌های محلول در آب با نفوذپذیری اکسیژن کم بسازد، و خواص بازدارنده فیلم‌های پر آمیلوز در محیط‌های با دمای بالا کاهش نمی‌یابد، که می‌تواند به طور موثر از مواد غذایی بسته‌بندی شده محافظت کند [120].

فیلم خوراکی نشاسته ، بی رنگ و بی بو ، دارای شفافیت خوبی ، حلالیت در آب و خاصیت سد گاز است ، اما این آبگریز بودن نسبتاً قوی و خاصیت سد رطوبت ضعیف را نشان می دهد ، بنابراین عمدتاً در اکسیژن غذایی و بسته بندی سد روغن استفاده می شود [121-123]. In addition, starch-based membranes are prone to aging and retrogradation, and their mechanical properties are relatively poor [124]. به منظور غلبه بر کاستی های فوق، می توان نشاسته را با روش های فیزیکی، شیمیایی، آنزیمی، ژنتیکی و افزایشی اصلاح کرد تا خواص فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته را بهبود بخشد [114].

ژانگ ژنگمائو و همکاران از فیلم خوراکی نشاسته ای بسیار ریز برای پوشاندن توت فرنگی استفاده کرد و دریافت که می تواند به طور موثری از دست دادن آب را کاهش دهد، کاهش محتوای قند محلول را به تاخیر بیندازد و به طور موثر دوره نگهداری توت فرنگی را طولانی کند [125]. گارسیا و همکاران نشاسته اصلاح شده با نسبت های زنجیره ای مختلف برای به دست آوردن مایع تشکیل دهنده فیلم نشاسته اصلاح شده، که برای حفظ فیلم پوشش توت فرنگی تازه استفاده می شود. سرعت و سرعت پوسیدگی بهتر از گروه بدون پوشش بود [126]. قنبرزاده و همکاران نشاسته اصلاح شده با پیوند متقابل اسید سیتریک و فیلم نشاسته اصلاح شده با پیوندهای شیمیایی به دست آمد. مطالعات نشان داده اند که پس از اصلاح پیوند متقابل، خواص سد رطوبتی و خواص مکانیکی لایه های نشاسته بهبود یافته است [127]. گائو کونیو و همکاران عملیات هیدرولیز آنزیمی نشاسته انجام شد و فیلم خوراکی نشاسته به دست آمد و خواص مکانیکی آن مانند استحکام کششی، ازدیاد طول و مقاومت تاشو افزایش یافت و عملکرد سد رطوبتی با افزایش زمان عمل آنزیم افزایش یافت. به طور قابل توجهی بهبود یافته است [128]. پارا و همکاران برای تهیه یک فیلم خوراکی با خواص مکانیکی خوب و سرعت انتقال بخار آب کم، یک عامل اتصال متقابل به نشاسته تاپیوکا اضافه کرد [129]. فونسکا و همکاران از هیپوکلریت سدیم برای اکسید کردن نشاسته سیب زمینی استفاده کرد و یک فیلم خوراکی از نشاسته اکسید شده تهیه کرد. این مطالعه نشان داد که سرعت انتقال بخار آب و حلالیت آب آن به طور قابل توجهی کاهش یافته است، که می تواند در بسته بندی مواد غذایی با فعالیت آب بالا اعمال شود [130].

ترکیب نشاسته با سایر پلیمرها و نرم کننده های خوراکی یک روش مهم برای بهبود خواص فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته است. در حال حاضر، پلیمرهای پیچیده رایج اغلب کلوئیدهای آبدوست مانند پکتین، سلولز، پلی ساکارید جلبک دریایی، کیتوزان، کاراگینان و صمغ زانتان هستند [131].

ماریا رودریگز و همکاران از نشاسته سیب زمینی و نرم کننده ها یا سورفکتانت ها به عنوان مواد اصلی برای تهیه فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته استفاده کرد که نشان می دهد نرم کننده ها می توانند انعطاف پذیری فیلم را افزایش دهند و سورفکتانت ها می توانند کشش فیلم را کاهش دهند [132]. سانتانا و همکاران از نانوالیاف برای تقویت و اصلاح لایه‌های خوراکی نشاسته کاساوا استفاده کرد و فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی مبتنی بر نشاسته را با خواص مکانیکی بهبود یافته، خواص مانع و پایداری حرارتی بدست آورد [133]. آزودو و همکاران پروتئین آب پنیر ترکیبی با نشاسته ترموپلاستیک برای تهیه یک ماده فیلم یکنواخت، نشان می دهد که پروتئین آب پنیر و نشاسته ترموپلاستیک دارای چسبندگی سطحی قوی هستند و پروتئین آب پنیر می تواند به طور قابل توجهی در دسترس بودن نشاسته را بهبود بخشد. خواص مکانیکی و مسدود کننده آب فیلم های خوراکی [134]. ادیرج و همکاران یک فیلم خوراکی مبتنی بر نشاسته تاپیوکا تهیه کرد و اثر نرم کننده را بر ساختار فیزیکی و شیمیایی، خواص مکانیکی و خواص حرارتی فیلم مطالعه کرد. نتایج نشان می دهد که نوع و غلظت نرم کننده می تواند به طور قابل توجهی بر فیلم نشاسته تاپیوکا تأثیر بگذارد. در مقایسه با سایر نرم‌کننده‌ها مانند اوره و تری اتیلن گلیکول، پکتین بهترین اثر روان‌کننده را دارد و فیلم نشاسته پلاستیک‌شده با پکتین خاصیت مسدودکننده آب خوبی دارد [135]. صابری و همکاران از نشاسته نخود، صمغ گوار و گلیسیرین برای تهیه فیلم های کامپوزیتی خوراکی استفاده می شود. نتایج نشان داد که نشاسته نخود نقش عمده‌ای در ضخامت، چگالی، چسبندگی، نفوذپذیری آب و استحکام کششی دارد. صمغ گوار می تواند بر استحکام کششی و مدول الاستیک غشا تأثیر بگذارد و گلیسرول می تواند انعطاف پذیری غشا را بهبود بخشد [136]. جی و همکاران ترکیب کیتوزان و نشاسته ذرت و افزودن نانوذرات کربنات کلسیم برای تهیه یک فیلم ضد باکتری مبتنی بر نشاسته. این مطالعه نشان داد که پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بین نشاسته و کیتوزان تشکیل شد و خواص مکانیکی فیلم افزایش یافت و خواص ضد باکتریایی آن افزایش یافت [137]. میرا و همکاران فیلم ضد باکتری خوراکی نشاسته ذرت با نانوذرات کائولین بهبود یافته و اصلاح شده و خواص مکانیکی و حرارتی فیلم کامپوزیت بهبود یافته و اثر ضد باکتریایی تحت تاثیر قرار نگرفت [138]. اورتگا تورو و همکاران HPMC را به نشاسته اضافه کرد و اسید سیتریک را برای تهیه فیلم خوراکی اضافه کرد. این مطالعه نشان داد که افزودن HPMC و اسید سیتریک می تواند به طور موثری از پیری نشاسته جلوگیری کند و نفوذپذیری آب فیلم خوراکی را کاهش دهد، اما خواص مانع اکسیژن کاهش می یابد [139].

1.2 هیدروژل های پلیمری

هیدروژل ها دسته ای از پلیمرهای آبدوست با ساختار شبکه ای سه بعدی هستند که در آب نامحلول هستند اما می توانند توسط آب متورم شوند. از نظر ماکروسکوپی، یک هیدروژل شکل مشخصی دارد، نمی تواند جریان داشته باشد و یک ماده جامد است. از نظر میکروسکوپی، مولکول‌های محلول در آب می‌توانند در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف در هیدروژل توزیع شوند و با سرعت‌های انتشار متفاوتی منتشر شوند، بنابراین هیدروژل خواص یک محلول را نشان می‌دهد. ساختار داخلی هیدروژل ها استحکام محدودی دارد و به راحتی از بین می رود. در حالتی بین جامد و مایع قرار دارد. خاصیت ارتجاعی مشابهی با جامد دارد و به وضوح با جامد واقعی متفاوت است.

1.2.1 مروری بر هیدروژل های پلیمری

1.2.1.1 طبقه بندی هیدروژل های پلیمری

هیدروژل پلیمری یک ساختار شبکه سه بعدی است که از اتصال متقاطع فیزیکی یا شیمیایی بین مولکول های پلیمری تشکیل می شود [143-146]. مقدار زیادی آب را در آب جذب می کند تا متورم شود و در عین حال می تواند ساختار سه بعدی خود را حفظ کرده و در آب نامحلول باشد. آب

راه های زیادی برای طبقه بندی هیدروژل ها وجود دارد. بر اساس تفاوت در خواص اتصال عرضی، آنها را می توان به ژل های فیزیکی و ژل های شیمیایی تقسیم کرد. ژل های فیزیکی توسط پیوندهای هیدروژنی نسبتا ضعیف، پیوندهای یونی، برهمکنش های آبگریز، نیروهای واندروالس و درهم تنیدگی فیزیکی بین زنجیره های مولکولی پلیمری و سایر نیروهای فیزیکی تشکیل می شوند و می توانند در محیط های خارجی مختلف به محلول تبدیل شوند. ژل برگشت پذیر نامیده می شود. ژل شیمیایی معمولاً یک ساختار شبکه سه بعدی دائمی است که از اتصال عرضی پیوندهای شیمیایی مانند پیوندهای کووالانسی در مجاورت گرما، نور، آغازگر و غیره تشکیل می شود و پس از تشکیل ژل غیر قابل برگشت و دائمی است که به نام های دیگر نیز شناخته می شود. برای میعان واقعی [147-149]. ژل های فیزیکی به طور کلی نیازی به اصلاح شیمیایی ندارند و سمیت کمی دارند، اما خواص مکانیکی آنها نسبتا ضعیف است و تحمل فشارهای خارجی زیاد دشوار است. ژل های شیمیایی به طور کلی پایداری و خواص مکانیکی بهتری دارند.

بر اساس منابع مختلف، هیدروژل ها را می توان به هیدروژل های پلیمری مصنوعی و هیدروژل های پلیمری طبیعی تقسیم کرد. هیدروژل های پلیمری مصنوعی هیدروژل هایی هستند که از پلیمریزاسیون شیمیایی پلیمرهای مصنوعی، عمدتاً شامل پلی اکریلیک اسید، پلی وینیل استات، پلی آکریل آمید، پلی اتیلن اکسید و غیره تشکیل می شوند. هیدروژل‌های پلیمری طبیعی هستند هیدروژل‌های پلیمری از اتصال عرضی پلیمرهای طبیعی مانند پلی ساکاریدها و پروتئین‌ها در طبیعت، از جمله سلولز، آلژینات، نشاسته، آگارز، اسید هیالورونیک، ژلاتین و کلاژن تشکیل می‌شوند [6، 7، 150]، 151. هیدروژل‌های پلیمری طبیعی معمولاً دارای ویژگی‌های منبع گسترده، قیمت پایین و سمیت کم هستند و هیدروژل‌های پلیمری مصنوعی عموماً پردازش آسان و بازده بالایی دارند.

بر اساس واکنش های مختلف به محیط خارجی، هیدروژل ها را می توان به هیدروژل های سنتی و هیدروژل های هوشمند نیز تقسیم کرد. هیدروژل های سنتی نسبتاً نسبت به تغییرات محیط خارجی حساس نیستند. هیدروژل های هوشمند می توانند تغییرات کوچک در محیط خارجی را حس کنند و تغییرات مربوطه را در ساختار فیزیکی و خواص شیمیایی ایجاد کنند [152-156]. برای هیدروژل های حساس به دما، حجم با دمای محیط تغییر می کند. معمولاً چنین هیدروژل های پلیمری حاوی گروه های آبدوست مانند هیدروکسیل، اتر و آمید یا گروه های آبگریز مانند متیل، اتیل و پروپیل هستند. دمای محیط خارجی می‌تواند بر تعامل آبدوست یا آبگریز بین مولکول‌های ژل، پیوند هیدروژنی و برهمکنش بین مولکول‌های آب و زنجیره‌های پلیمری تأثیر بگذارد و در نتیجه بر تعادل سیستم ژل تأثیر بگذارد. برای هیدروژل‌های حساس به pH، سیستم معمولاً شامل گروه‌های اصلاح‌کننده اسید-باز مانند گروه‌های کربوکسیل، گروه‌های اسید سولفونیک یا گروه‌های آمینه است. در یک محیط متغیر pH، این گروه‌ها می‌توانند پروتون‌ها را جذب یا آزاد کنند، پیوند هیدروژنی در ژل و تفاوت بین غلظت‌های داخلی و خارجی یون را تغییر داده و در نتیجه حجم ژل تغییر می‌کند. برای هیدروژل های میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و حساس به نور، به ترتیب حاوی گروه های عاملی مانند پلی الکترولیت ها، اکسیدهای فلزی و گروه های حساس به نور هستند. تحت محرک های خارجی مختلف، دمای سیستم یا درجه یونیزاسیون تغییر می کند و سپس حجم ژل با اصل مشابه دما یا هیدروژل حساس به pH تغییر می کند.

بر اساس رفتارهای مختلف ژل، هیدروژل ها را می توان به ژل های ناشی از سرما و ژل های ناشی از حرارت تقسیم کرد [157]. ژل سرد که به اختصار ژل سرد نامیده می شود، یک ماکرومولکول است که به شکل سیم پیچ های تصادفی در دمای بالا وجود دارد. در طی فرآیند خنک سازی، به دلیل عمل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی، قطعات مارپیچ به تدریج تشکیل می شوند و در نتیجه فرآیند از محلول کامل می شود. انتقال به ژل [158]; ژل القای حرارتی که به آن ژل حرارتی گفته می شود، یک ماکرومولکول در حالت محلول در دمای پایین است. در طول فرآیند گرمایش، یک ساختار شبکه سه بعدی از طریق برهمکنش آبگریز و غیره شکل می گیرد، بنابراین انتقال ژل شدن کامل می شود [159]، 160].

هیدروژل‌ها را می‌توان به هیدروژل‌های هموپلیمر، هیدروژل‌های کوپلیمر شده و هیدروژل‌های شبکه متقابل بر اساس ویژگی‌های شبکه مختلف، هیدروژل‌های میکروسکوپی و هیدروژل‌های ماکروسکوپی بر اساس اندازه‌های مختلف ژل و خواص زیست تخریب‌پذیر تقسیم کرد. به هیدروژل های تجزیه پذیر و هیدروژل های تجزیه ناپذیر تقسیم می شود.

1.2.1.2 کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی

هیدروژل های پلیمری طبیعی دارای ویژگی های زیست سازگاری خوب، انعطاف پذیری بالا، منابع فراوان، حساسیت به محیط زیست، احتباس آب بالا و سمیت کم هستند و به طور گسترده در زیست پزشکی، فرآوری مواد غذایی، حفاظت از محیط زیست، تولید کشاورزی و جنگلداری استفاده می شوند و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مورد استفاده در صنعت و سایر زمینه ها [142، 161-165].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در زمینه های مرتبط با زیست پزشکی هیدروژل های پلیمری طبیعی سازگاری زیستی خوب، زیست تخریب پذیری و بدون عوارض جانبی سمی دارند، بنابراین می توان از آنها به عنوان پانسمان زخم و تماس مستقیم با بافت های انسانی استفاده کرد که می تواند به طور موثری تهاجم میکروارگانیسم ها را در شرایط آزمایشگاهی کاهش دهد، از از دست دادن مایعات بدن جلوگیری کند و اکسیژن را امکان پذیر کند. عبور کردن بهبود زخم را تقویت می کند؛ می توان برای تهیه لنزهای تماسی با مزایای استفاده راحت، نفوذپذیری خوب اکسیژن و درمان کمکی بیماری های چشمی استفاده کرد [166، 167]. پلیمرهای طبیعی شبیه ساختار بافت‌های زنده هستند و می‌توانند در متابولیسم طبیعی بدن انسان شرکت کنند، بنابراین می‌توان از این هیدروژل‌ها به عنوان مواد داربست مهندسی بافت، ترمیم غضروف مهندسی بافت و غیره استفاده کرد. داربست های شکل دار و تزریقی. استنت‌های از پیش ساخته شده از آب استفاده می‌کنند، ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی ویژه ژل، آن را قادر می‌سازد تا نقش حمایتی خاصی را در بافت‌های بیولوژیکی ایفا کند و در عین حال فضای رشد خاص و کافی برای سلول‌ها را فراهم می‌کند و همچنین می‌تواند باعث رشد، تمایز و تخریب سلول‌ها شود. جذب توسط بدن انسان [168]. استنت‌های تزریقی از رفتار انتقال فاز هیدروژل‌ها برای تشکیل سریع ژل‌ها پس از تزریق در حالت محلول روان استفاده می‌کنند که می‌تواند درد بیماران را به حداقل برساند [169]. برخی از هیدروژل های پلیمری طبیعی به محیط زیست حساس هستند، بنابراین به طور گسترده ای به عنوان مواد رهاسازی کنترل شده با دارو استفاده می شوند، به طوری که داروهای محصور شده در آنها می توانند به صورت زمان بندی شده و کمی به قسمت های مورد نیاز بدن انسان رها شوند و سموم و جانبی را کاهش دهند. اثرات داروها بر بدن انسان [170].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در زمینه های مرتبط با مواد غذایی هیدروژل های پلیمری طبیعی بخش مهمی از سه وعده غذایی افراد در روز هستند، مانند برخی دسرها، آب نبات ها، جایگزین های گوشت، ماست و بستنی. اغلب به عنوان یک افزودنی غذایی در محصولات غذایی استفاده می شود که می تواند خواص فیزیکی آن را بهبود بخشد و طعمی نرم به آن بدهد. به عنوان مثال، به عنوان غلیظ کننده در سوپ و سس، به عنوان امولسیفایر در آب میوه و به عنوان یک عامل تعلیق استفاده می شود. در نوشیدنی‌های شیری، به‌عنوان عامل ژل‌کننده در پودینگ‌ها و آسپیک‌ها، به‌عنوان شفاف‌کننده و تثبیت‌کننده کف در آبجو، به‌عنوان مهارکننده سینرزیس در پنیر، به‌عنوان چسبنده در سوسیس‌ها، به‌عنوان بازدارنده‌های پس‌رویدگی نشاسته در نان و کره استفاده می‌شود [171-174] ]. از کتاب افزودنی های غذایی می توان دریافت که تعداد زیادی از هیدروژل های پلیمری طبیعی به عنوان افزودنی های غذایی برای فرآوری مواد غذایی تایید شده اند [175]. هیدروژل‌های پلیمری طبیعی به عنوان تقویت‌کننده‌های تغذیه‌ای در توسعه محصولات بهداشتی و غذاهای کاربردی، مانند فیبرهای رژیمی، مورد استفاده در محصولات کاهش وزن و محصولات ضد یبوست استفاده می‌شوند [176، 177]. به عنوان پری بیوتیک، آنها در محصولات مراقبت بهداشتی روده بزرگ و محصولات برای پیشگیری از سرطان روده بزرگ استفاده می شوند [178]. هیدروژل‌های پلیمری طبیعی را می‌توان به پوشش‌ها یا فیلم‌های خوراکی یا تجزیه‌پذیر تبدیل کرد که می‌توان از آن‌ها در زمینه مواد بسته‌بندی مواد غذایی مانند نگهداری میوه‌ها و سبزیجات استفاده کرد و با پوشاندن آن‌ها بر روی میوه‌ها و سبزیجات روی سطح، ماندگاری را افزایش داد. میوه ها و سبزیجات و میوه ها و سبزیجات را تازه و لطیف نگه دارید. همچنین می تواند به عنوان مواد بسته بندی برای غذاهای راحت مانند سوسیس و چاشنی ها برای تسهیل تمیز کردن استفاده شود [179، 180].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در سایر زمینه ها از نظر نیازهای روزانه، می توان آن را به مراقبت از پوست کرمی یا لوازم آرایشی اضافه کرد که نه تنها می تواند از خشک شدن محصول در انبار جلوگیری کند، بلکه باعث مرطوب شدن و آبرسانی ماندگار پوست نیز می شود. می توان از آن برای یک ظاهر طراحی شده، مرطوب کننده و انتشار آهسته عطرها در آرایش زیبایی استفاده کرد. می توان از آن در نیازهای روزمره مانند دستمال کاغذی و پوشک استفاده کرد [181]. در کشاورزی، می توان از آن برای مقاومت در برابر خشکسالی و محافظت از نهال ها و کاهش شدت کار استفاده کرد. به عنوان یک پوشش دهنده برای بذرهای گیاهی، می تواند سرعت جوانه زنی بذر را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. هنگامی که در پیوند نهال استفاده می شود، می تواند میزان بقای نهال ها را افزایش دهد. آفت کش ها، بهبود استفاده و کاهش آلودگی [182، 183]. از نظر محیطی، به عنوان یک لخته ساز و جاذب برای تصفیه فاضلاب که اغلب حاوی یون های فلزات سنگین، ترکیبات معطر و رنگ ها برای حفاظت از منابع آب و بهبود محیط زیست است، استفاده می شود [184]. در صنعت به عنوان عامل آبگیری، روان کننده حفاری، مواد بسته بندی کابل، مواد آب بندی و عامل ذخیره سازی سرد و غیره استفاده می شود [185].

1.2.2 ترموژل هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

سلولز یک ترکیب درشت مولکولی طبیعی است که قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است، نزدیک ترین رابطه را با انسان دارد و در طبیعت فراوان ترین است. این به طور گسترده در گیاهان عالی، جلبک ها و میکروارگانیسم ها وجود دارد [186، 187]. سلولز به دلیل منبع گسترده، قیمت پایین، تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر، ایمن، غیر سمی و زیست سازگاری خوب به تدریج توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است [188].

1.2.2.1 سلولز و مشتقات اتر آن

سلولز یک پلیمر زنجیره ای خطی است که با اتصال واحدهای ساختاری D-anhydroglucose از طریق پیوندهای گلیکوزیدی β-1،4 تشکیل می شود [189-191]. نامحلول به جز یک گروه انتهایی در هر انتهای زنجیره مولکولی، سه گروه هیدروکسیل قطبی در هر واحد گلوکز وجود دارد که می توانند تعداد زیادی پیوند هیدروژنی درون مولکولی و بین مولکولی را تحت شرایط خاص تشکیل دهند. و سلولز یک ساختار چند حلقه ای است و زنجیره مولکولی نیمه سفت است. زنجیره، بلورینگی بالا و ساختار بسیار منظم، بنابراین دارای ویژگی های درجه پلیمریزاسیون بالا، جهت گیری مولکولی خوب و پایداری شیمیایی است [83، 187]. از آنجایی که زنجیره سلولزی حاوی تعداد زیادی گروه هیدروکسیل است، می توان آن را از نظر شیمیایی با روش های مختلفی مانند استریفیکاسیون، اکسیداسیون و اتریفیکاسیون برای به دست آوردن مشتقات سلولزی با خواص کاربردی عالی اصلاح کرد [192، 193].

مشتقات سلولزی یکی از اولین محصولات تحقیقاتی و تولید شده در زمینه شیمی پلیمر است. آنها مواد شیمیایی ریز پلیمری با طیف وسیعی از کاربردها هستند که از نظر شیمیایی از سلولز پلیمری طبیعی اصلاح شده اند. در میان آنها، اترهای سلولزی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مهمترین مواد خام شیمیایی در کاربردهای صنعتی است [194].

انواع زیادی از اترهای سلولزی وجود دارد که همه آنها عموماً خواص منحصر به فرد و عالی خود را دارند و به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مانند غذا و دارو مورد استفاده قرار گرفته اند [195]. MC ساده ترین نوع اتر سلولزی با گروه متیل است. با افزایش درجه جایگزینی، می توان آن را در محلول قلیایی رقیق، آب، الکل و حلال هیدروکربن معطر حل کرد و خواص ژل حرارتی منحصر به فردی را از خود نشان داد. [196]. CMC یک اتر سلولز آنیونی است که از سلولز طبیعی با قلیایی شدن و اسیدی شدن به دست می آید.

پرکاربردترین و پرکاربردترین اتر سلولزی است که در آب محلول است [197]. HPC، یک اتر هیدروکسی آلکیل سلولز به دست آمده از قلیایی کردن و اتریف کردن سلولز، دارای ترموپلاستیسیته خوبی است و همچنین خواص ژل حرارتی را نشان می دهد و دمای ژل آن به طور قابل توجهی تحت تأثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل است [198]. HPMC، یک اتر مخلوط مهم، همچنین دارای خواص ژل حرارتی است و خواص ژل آن به دو جایگزین و نسبت آنها مربوط می شود [199].

1.2.2.2 ساختار هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) ، ساختار مولکولی در شکل 1-3 نشان داده شده است ، یک اتر مخلوط سلول محلول در آب غیر یولیک ​​است. واکنش اتریکاسیون متیل کلرید و پروپیلن اکسید برای به دست آوردن [200،201] انجام شده است ، و معادله واکنش شیمیایی در شکل 1-4 نشان داده شده است.

بر روی واحد ساختاری HPMC به طور همزمان گروه های هیدروکسی پروپوکسی (-[OCH2CH(CH3)] n OH)، متوکسی (-OCH3) و هیدروکسی واکنش نداده وجود دارد و عملکرد آن بازتاب عمل مشترک گروه های مختلف است. [202]. نسبت بین دو جایگزین با نسبت جرمی دو عامل اتریف کننده، غلظت و جرم هیدروکسید سدیم، و نسبت جرمی عوامل اتریف کننده به واحد جرم سلولز تعیین می شود [203]. هیدروکسی پروپوکسی یک گروه فعال است که می تواند بیشتر آلکیله شود و هیدروکسی آلکیله شود. این گروه یک گروه آبدوست با یک زنجیره بلند شاخه است که نقش خاصی در پلاستیک سازی داخل زنجیره ایفا می کند. متوکسی یک گروه درپوش انتهایی است که منجر به غیرفعال شدن این محل واکنش پس از واکنش می شود. این گروه یک گروه آبگریز است و ساختار نسبتاً کوتاهی دارد [204، 205]. گروه های هیدروکسیل واکنش نداده و تازه معرفی شده را می توان جایگزین کرد و در نتیجه یک ساختار شیمیایی نهایی نسبتاً پیچیده ایجاد می شود و خواص HPMC در محدوده خاصی متفاوت است. برای HPMC، مقدار کمی جایگزینی می تواند خواص فیزیکوشیمیایی آن را کاملاً متفاوت کند [206]، برای مثال، خواص فیزیکوشیمیایی HPMC با متوکسی بالا و هیدروکسی پروپیل کم نزدیک به MC است. عملکرد HPMC نزدیک به HPC است.

1.2.2.3 خواص هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

(1) ترموژل پذیری HPMC

زنجیره HPMC به دلیل معرفی گروه های آبگریز-متیل و آبدوست-هیدروکسی پروپیل ویژگی های هیدراتاسیون-دهیدراتاسیون منحصر به فردی دارد. به تدریج در هنگام گرم شدن تحت تبدیل ژل قرار می گیرد و پس از خنک شدن به حالت محلول باز می گردد. یعنی دارای خواص ژل ناشی از حرارتی است و پدیده ژل یک فرآیند برگشت پذیر اما یکسان نیست.

با توجه به مکانیسم ژل شدن HPMC، به طور گسترده پذیرفته شده است که در دماهای پایین تر (زیر دمای ژل)، HPMC در محلول و مولکول های آب قطبی توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می شوند تا ساختار فوق مولکولی به اصطلاح قفس پرنده را تشکیل دهند. درهم تنیدگی های ساده ای بین زنجیره های مولکولی HPMC هیدراته وجود دارد، به غیر از آن، برهمکنش های کمی دیگر وجود دارد. هنگامی که دما افزایش می یابد، HPMC ابتدا انرژی را برای شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بین مولکول های آب و مولکول های HPMC جذب می کند، ساختار مولکولی قفس مانند را از بین می برد، به تدریج آب محدود شده در زنجیره مولکولی را از دست می دهد و گروه های هیدروکسی پروپیل و متوکسی را در معرض دید قرار می دهد. As the temperature continues to increase (to reach the gel temperature), HPMC molecules gradually form a three-dimensional network structure through hydrophobic association, HPMC gels eventually form [160, 207, 208].

افزودن نمک های معدنی تا حدی بر دمای ژل HPMC تأثیر می گذارد، برخی به دلیل پدیده نمک زدایی دمای ژل را کاهش می دهند و برخی دیگر به دلیل پدیده انحلال نمک دمای ژل را افزایش می دهند [209]. با افزودن نمک هایی مانند NaCl، پدیده نمک زدایی رخ می دهد و دمای ژل HPMC کاهش می یابد [210، 211]. پس از اضافه شدن نمک به HPMC، مولکول های آب تمایل بیشتری به ترکیب با یون های نمک دارند، به طوری که پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب و HPMC از بین می رود، لایه آب اطراف مولکول های HPMC مصرف می شود و مولکول های HPMC می توانند به سرعت آزاد شوند. آب گریزی در ارتباط، دمای تشکیل ژل به تدریج کاهش می یابد. در مقابل، هنگامی که نمک هایی مانند NaSCN اضافه می شود، پدیده انحلال نمک رخ می دهد و دمای ژل HPMC افزایش می یابد [212]. ترتیب کاهش اثر آنیونها در دمای ژل عبارتند از: SO42−> S2O32−> H2PO4−> f−> cl−> br−> no3−> i−> clo4−> scn− ، ترتیب کاتیونها بر روی افزایش دمای ژل عبارت است از: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

هنگامی که برخی از مولکول‌های کوچک آلی مانند الکل‌های مونوهیدریک حاوی گروه‌های هیدروکسیل اضافه می‌شوند، دمای ژل با افزایش مقدار افزوده افزایش می‌یابد، حداکثر مقدار را نشان می‌دهد و سپس کاهش می‌یابد تا زمانی که جداسازی فاز رخ دهد [214، 215]. این عمدتاً به دلیل وزن مولکولی کوچک آن است که به ترتیب قدر با مولکول های آب قابل مقایسه است و می تواند پس از ترکیب به امتزاج پذیری در سطح مولکولی برسد.

(2) حلالیت HPMC

HPMC دارای خواص نامحلول در آب گرم و محلول در آب سرد مشابه MC است، اما می توان آن را با توجه به حلالیت های مختلف در آب به نوع پراکندگی سرد و نوع پراکندگی گرم تقسیم کرد [203]. HPMC پراکنده سرد می تواند به سرعت در آب در آب سرد پراکنده شود و ویسکوزیته آن پس از مدتی افزایش می یابد و واقعاً در آب حل می شود. برعکس، HPMC پراکنده شده با حرارت، در هنگام اضافه کردن آب در دمای پایین تر، تجمع نشان می دهد، اما اضافه کردن آن دشوارتر است. در آب با دمای بالا، HPMC را می توان به سرعت پراکنده کرد و پس از کاهش دما، ویسکوزیته افزایش می یابد و به یک محلول آبی HPMC واقعی تبدیل می شود. حلالیت HPMC در آب به محتوای گروه های متوکسی مربوط می شود که در آب گرم بالای 85 درجه سانتی گراد، 65 درجه سانتی گراد و 60 درجه سانتی گراد از زیاد به پایین نامحلول هستند. به طور کلی، HPMC در حلال های آلی مانند استون و کلروفرم نامحلول است، اما در محلول های آبی اتانول و محلول های آلی مخلوط قابل حل است.

(3) تحمل نمک HPMC

ماهیت غیر یونی HPMC باعث می شود نتواند در آب یونیزه شود، بنابراین با یون های فلزی واکنش نشان نمی دهد تا رسوب کند. با این حال، افزودن نمک بر دمای تشکیل ژل HPMC تأثیر می گذارد. هنگامی که غلظت نمک افزایش می یابد، دمای ژل HPMC کاهش می یابد. هنگامی که غلظت نمک کمتر از نقطه لخته سازی باشد، ویسکوزیته محلول HPMC را می توان افزایش داد، بنابراین در کاربرد، با افزودن مقدار مناسب نمک می توان به هدف غلیظ شدن دست یافت [210، 216].

(4) مقاومت اسید و قلیایی HPMC

به طور کلی، HPMC دارای پایداری اسید-باز قوی است و تحت تأثیر pH در pH 2-12 قرار نمی گیرد. HPMC نسبت به درجه خاصی از اسید رقیق مقاومت نشان می دهد، اما تمایل به کاهش ویسکوزیته برای اسید غلیظ را نشان می دهد. قلیاها تأثیر کمی روی آن دارند، اما می توانند کمی افزایش و سپس به آرامی ویسکوزیته محلول را کاهش دهند [217، 218].

(5) تأثیر ویسکوزیته HPMC

HPMC شبه پلاستیک است، محلول آن در دمای اتاق پایدار است و ویسکوزیته آن تحت تأثیر وزن مولکولی، غلظت و دما است. در همان غلظت، وزن مولکولی HPMC بالاتر، ویسکوزیته بالاتر است. برای محصول با وزن مولکولی یکسان، هر چه غلظت HPMC بیشتر باشد، ویسکوزیته بالاتر است. ویسکوزیته محصول HPMC با افزایش دما کاهش می یابد و با افزایش ناگهانی ویسکوزیته به دلیل ژل شدن، به دمای تشکیل ژل می رسد [9، 219، 220].

(6) سایر خواص HPMC

HPMC مقاومت بالایی در برابر آنزیم ها دارد و مقاومت آن در برابر آنزیم ها با درجه جانشینی افزایش می یابد. بنابراین، محصول از کیفیت پایدارتری در طول نگهداری نسبت به سایر محصولات قندی برخوردار است [189، ​​212]. HPMC خاصیت امولسیون کنندگی خاصی دارد. گروه های متوکسی آبگریز را می توان بر روی سطح فاز روغن در امولسیون جذب کرد تا یک لایه جذب ضخیم ایجاد کند که می تواند به عنوان یک لایه محافظ عمل کند. گروه های هیدروکسیل محلول در آب را می توان با آب ترکیب کرد تا فاز پیوسته را بهبود بخشد. ویسکوزیته، ادغام فاز پراکنده را مهار می کند، کشش سطحی را کاهش می دهد و امولسیون را تثبیت می کند [221]. HPMC را می توان با پلیمرهای محلول در آب مانند ژلاتین، متیل سلولز، صمغ لوبیا ملخ، کاراگینان و صمغ عربی مخلوط کرد تا یک محلول یکنواخت و شفاف ایجاد کند و همچنین می تواند با نرم کننده هایی مانند گلیسیرین و پلی اتیلن گلیکول مخلوط شود. [200، 201، 214].

1.2.2.4 مشکلات موجود در کاربرد هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

اول، قیمت بالا کاربرد گسترده HPMC را محدود می کند. اگرچه فیلم HPMC دارای شفافیت خوب، خواص مانع گریس و خواص مکانیکی است. با این حال، قیمت بالای آن (حدود 100000/تن) کاربرد گسترده آن را حتی در کاربردهای دارویی با ارزش بالاتر مانند کپسول ها محدود می کند. دلیل گرانی HPMC اولاً به این دلیل است که ماده خام سلولز مورد استفاده برای تهیه HPMC نسبتاً گران است. علاوه بر این، دو گروه جایگزین، گروه هیدروکسی پروپیل و گروه متوکسی، به طور همزمان روی HPMC پیوند می زنند که فرآیند تهیه آن را بسیار دشوار می کند. پیچیده است، بنابراین محصولات HPMC گران تر هستند.

دوم، ویسکوزیته کم و خواص استحکام ژل پایین HPMC در دماهای پایین، فرآیند پذیری آن را در کاربردهای مختلف کاهش می دهد. HPMC یک ژل حرارتی است که در حالت محلول با ویسکوزیته بسیار کم در دمای پایین وجود دارد و در دمای بالا می تواند یک ژل جامد چسبناک تشکیل دهد، بنابراین فرآیندهای پردازش مانند پوشش، اسپری و غوطه وری باید در دمای بالا انجام شود. . در غیر این صورت محلول به راحتی به سمت پایین جریان می یابد و در نتیجه مواد فیلم غیر یکنواخت تشکیل می شود که بر کیفیت و عملکرد محصول تأثیر می گذارد. Such high temperature operation increases the difficulty coefficient of operation, resulting in high production energy consumption and high production cost.

1.2.3 ژل سرد نشاسته هیدروکسی پروپیل

نشاسته یک ترکیب پلیمری طبیعی است که توسط فتوسنتز گیاهان در محیط طبیعی سنتز می شود. پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن معمولاً در دانه ها و غده های گیاهان به صورت گرانول همراه با پروتئین ها، الیاف، روغن ها، قندها و مواد معدنی ذخیره می شوند. یا در ریشه [222]. نشاسته نه تنها منبع اصلی انرژی دریافتی برای مردم است، بلکه یک ماده خام صنعتی مهم است. به دلیل منبع گسترده، قیمت پایین، سبز، طبیعی و تجدیدپذیر، به طور گسترده ای در صنایع غذایی و دارویی، تخمیر، کاغذسازی، نساجی و صنایع نفت استفاده شده است [223].

1.2.3.1 نشاسته و مشتقات آن

نشاسته یک پلیمر طبیعی طبیعی است که واحد ساختاری آن واحد α-D-آنهیدروگلوکز است. واحدهای مختلف توسط پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل می شوند و فرمول مولکولی آن (C6H10O5) n است. بخشی از زنجیره مولکولی در دانه های نشاسته با پیوندهای گلیکوزیدی α-1،4 که آمیلوز خطی است به هم متصل می شود. بخش دیگری از زنجیره مولکولی با پیوندهای گلیکوزیدی α-1،6 بر این اساس به هم متصل می شود که آمیلوپکتین شاخه ای است [224]. در گرانول های نشاسته، نواحی کریستالی وجود دارد که مولکول ها در یک آرایش منظم قرار گرفته اند و نواحی بی شکل که مولکول ها در آنها به طور نامنظم قرار گرفته اند. ترکیب بخشی هیچ مرز مشخصی بین ناحیه کریستالی و ناحیه آمورف وجود ندارد و مولکول های آمیلوپکتین می توانند از چندین ناحیه کریستالی و نواحی بی شکل عبور کنند. بر اساس ماهیت طبیعی سنتز نشاسته، ساختار پلی ساکارید در نشاسته با گونه‌های گیاهی و محل‌های منبع متفاوت است [225].

اگرچه نشاسته به دلیل داشتن منبع گسترده و خواص تجدید پذیر ، به یکی از مواد اولیه مهم برای تولید صنعتی تبدیل شده است ، اما نشاسته بومی به طور کلی دارای مضراتی مانند حلالیت آب ضعیف و خاصیت فیلم سازی ، توانایی های امولسیون و ژل کم و ثبات کافی نیست. برای گسترش دامنه کاربرد آن، نشاسته معمولاً از نظر فیزیکوشیمیایی اصلاح می شود تا آن را با نیازهای مختلف کاربرد تطبیق دهد [38، 114]. سه گروه هیدروکسیل آزاد روی هر واحد ساختاری گلوکز در مولکول های نشاسته وجود دارد. این گروه های هیدروکسیل بسیار فعال هستند و به نشاسته خواصی شبیه پلی ال ها می دهند که امکان واکنش دناتوره شدن نشاسته را فراهم می کند.

پس از اصلاح، برخی از خواص نشاسته بومی تا حد زیادی بهبود یافته است و بر عیوب استفاده از نشاسته بومی غلبه می کند، بنابراین نشاسته اصلاح شده نقش محوری در صنعت فعلی ایفا می کند [226]. نشاسته اکسید شده یکی از پرمصرف ترین نشاسته های اصلاح شده با فناوری نسبتا بالغ است. در مقایسه با نشاسته بومی، نشاسته اکسید شده راحت تر ژلاتینه می شود. مزایای چسبندگی بالا نشاسته استری شده یک مشتق نشاسته ای است که از استری شدن گروه های هیدروکسیل در مولکول های نشاسته تشکیل می شود. درجه بسیار کم جایگزینی می تواند به طور قابل توجهی خواص نشاسته بومی را تغییر دهد. شفافیت و خواص تشکیل فیلم خمیر نشاسته به وضوح بهبود یافته است. نشاسته اتری شده واکنش اتریفیکاسیون گروه های هیدروکسیل در مولکول های نشاسته برای تولید اتر پلی نشاسته است و رتروگریداسیون آن ضعیف می شود. تحت شرایط قلیایی قوی که نمی توان از نشاسته اکسید شده و نشاسته استری استفاده کرد، پیوند اتری نیز می تواند نسبتاً پایدار بماند. مستعد هیدرولیز نشاسته اصلاح شده با اسید، نشاسته با اسید درمان می شود تا محتوای آمیلوز را افزایش دهد و در نتیجه باعث افزایش پسرفت و خمیر نشاسته می شود. نسبتاً شفاف است و با سرد شدن ژل جامد را تشکیل می دهد [114].

1.2.3.2 ساختار نشاسته هیدروکسی پروپیل

نشاسته هیدروکسی پروپیل (HPS)، که ساختار مولکولی آن در شکل های 1-4 نشان داده شده است، یک اتر نشاسته غیر یونی است که توسط واکنش اتریفیکاسیون پروپیلن اکسید با نشاسته در شرایط قلیایی [223، 227، 228] و آن تهیه می شود. معادله واکنش شیمیایی در شکل 1-6 نشان داده شده است.

در طول سنتز HPS، علاوه بر واکنش با نشاسته برای تولید نشاسته هیدروکسی پروپیل، اکسید پروپیلن همچنین می تواند با نشاسته هیدروکسی پروپیل تولید شده برای تولید زنجیره های جانبی پلی اکسی پروپیل واکنش نشان دهد. درجه جایگزینی درجه جایگزینی (DS) به میانگین تعداد گروه های هیدروکسیل جایگزین شده در هر گروه گلوکوزیل اشاره دارد. اکثر گروه های گلوکوزیل نشاسته حاوی 3 گروه هیدروکسیل هستند که می توانند جایگزین شوند، بنابراین حداکثر DS 3 است. درجه مولی جایگزینی (MS) به میانگین جرم جانشین ها در هر مول از گروه گلوکوزیل اشاره دارد [223، 229]. The process conditions of the hydroxypropylation reaction, the starch granule morphology, and the ratio of amylose to amylopectin in the native starch all affect the size of the MS.

1.2.3.3 خواص نشاسته هیدروکسی پروپیل

(1) ژل شدن سرد HPS

برای خمیر نشاسته HPS داغ، به ویژه سیستم با محتوای آمیلوز بالا، در طول فرآیند خنک‌سازی، زنجیره‌های مولکولی آمیلوز در خمیر نشاسته با یکدیگر در هم پیچیده می‌شوند تا یک ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی تشکیل دهند و رفتار جامد مانند آشکاری از خود نشان دهند. تبدیل به الاستومر می شود، ژل می سازد و پس از گرم شدن مجدد می تواند به حالت محلول برگردد، یعنی خاصیت ژل سرد دارد و این پدیده ژل دارای خواص برگشت پذیر است [228].

آمیلوز ژلاتینه شده به طور پیوسته مارپیچ می شود تا یک ساختار تک مارپیچ هم محور تشکیل شود. بیرون این ساختارهای منفرد مارپیچ یک گروه آبدوست و داخل یک حفره آبگریز است. در دمای بالا، HPS در محلول های آبی به صورت سیم پیچ های تصادفی وجود دارد که برخی از بخش های مارپیچ منفرد از آن کشیده می شوند. هنگامی که دما کاهش می یابد، پیوندهای هیدروژنی بین HPS و آب شکسته می شود، آب ساختاری از بین می رود و پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره های مولکولی به طور مداوم تشکیل می شود و در نهایت یک ساختار ژل شبکه سه بعدی را تشکیل می دهد. فاز پر شدن در شبکه ژل نشاسته، گرانول ها یا قطعات نشاسته باقیمانده پس از ژلاتینه شدن است و در هم تنیدگی مقداری آمیلوپکتین نیز به تشکیل ژل کمک می کند [230-232].

(2) آب دوستی HPS

معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل هیدروفیل ، قدرت پیوندهای هیدروژن بین مولکول های نشاسته را تضعیف می کند ، باعث حرکت مولکول ها یا بخش های نشاسته می شود و دمای ذوب ریزگردهای نشاسته را کاهش می دهد. ساختار دانه‌های نشاسته تغییر می‌کند و سطح دانه‌های نشاسته ناهموار است با افزایش دما، شکاف‌ها یا سوراخ‌هایی ظاهر می‌شوند، به طوری که مولکول‌های آب به راحتی می‌توانند به داخل دانه‌های نشاسته وارد شوند و نشاسته را راحت‌تر متورم و ژلاتینه کند. بنابراین دمای ژلاتینه شدن نشاسته کاهش می یابد. با افزایش درجه جانشینی، دمای ژلاتینه شدن نشاسته هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد و در نهایت می تواند در آب سرد متورم شود. پس از هیدروکسی پروپیلاسیون ، جریان پذیری ، پایداری دمای پایین ، شفافیت ، حلالیت و خصوصیات فیلم سازنده خمیر نشاسته بهبود یافته است [233-235].

(3) پایداری HPS

HPS یک اتر نشاسته غیر یونی با پایداری بالا است. در طی واکنش های شیمیایی مانند هیدرولیز، اکسیداسیون و اتصال عرضی، پیوند اتری شکسته نمی شود و جانشین ها نمی ریزند. بنابراین، خواص HPS نسبتاً کمتر تحت تأثیر الکترولیت‌ها و pH قرار می‌گیرد و این اطمینان را می‌دهد که می‌توان از آن در طیف وسیعی از pH اسید-باز استفاده کرد [236-238].

1.2.3.4 کاربرد HPS در زمینه غذا و دارو

HPS غیر سمی و بی مزه، با عملکرد هضم خوب و ویسکوزیته هیدرولیز نسبتا کم است. به عنوان یک نشاسته اصلاح شده خوراکی ایمن در داخل و خارج از کشور شناخته می شود. در اوایل دهه 1950، ایالات متحده نشاسته هیدروکسی پروپیل را برای استفاده مستقیم در مواد غذایی تأیید کرد [223، 229، 238]. HPS یک نشاسته اصلاح شده است که به طور گسترده در زمینه مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد و عمدتاً به عنوان یک عامل غلیظ کننده، عامل تعلیق و تثبیت کننده استفاده می شود.

می توان از آن در غذاهای راحت و غذاهای منجمد مانند نوشیدنی ها، بستنی و مربا استفاده کرد. می تواند تا حدی جایگزین آدامس های خوراکی با قیمت بالا مانند ژلاتین شود. می توان آن را به فیلم های خوراکی تبدیل کرد و به عنوان پوشش و بسته بندی مواد غذایی استفاده کرد [229، 236].

HPS معمولا در زمینه پزشکی به عنوان پرکننده، چسب برای محصولات دارویی، تجزیه کننده برای قرص ها، مواد برای کپسول های نرم و سخت دارویی، پوشش های دارویی، عوامل ضد متراکم برای گلبول های قرمز مصنوعی و ضخیم کننده های پلاسما و غیره استفاده می شود. [239] .

1.3 ترکیب پلیمری

مواد پلیمری به طور گسترده در تمام جنبه های زندگی مورد استفاده قرار می گیرند و از مواد ضروری و مهم هستند. توسعه مستمر علم و فناوری باعث می شود نیازهای مردم بیشتر و بیشتر متنوع شود و به طور کلی برای مواد پلیمری تک جزئی برای برآوردن نیازهای کاربردی متنوع انسان ها دشوار است. ترکیب دو یا چند پلیمر اقتصادی ترین و موثرترین روش برای به دست آوردن مواد پلیمری با قیمت پایین، عملکرد عالی، پردازش راحت و کاربرد وسیع است که توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده و بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است [240-242] .

1.3.1 هدف و روش ترکیب پلیمری

The main purpose of polymer compounding: (l) To optimize the comprehensive properties of materials. پلیمرهای مختلف ترکیب می شوند، به طوری که ترکیب نهایی خواص عالی یک ماکرومولکول واحد را حفظ می کند، از نقاط قوت یکدیگر درس می گیرد و نقاط ضعف آن را تکمیل می کند و خواص جامع مواد پلیمری را بهینه می کند. (2) کاهش هزینه مواد. برخی از مواد پلیمری دارای خواص عالی هستند، اما گران هستند. بنابراین، می توان آنها را با سایر پلیمرهای ارزان قیمت ترکیب کرد تا هزینه ها را بدون تأثیر بر استفاده کاهش دهد. (3) بهبود خواص پردازش مواد. برخی از مواد دارای خواص عالی هستند اما پردازش آنها دشوار است و می توان پلیمرهای مناسب دیگری را برای بهبود خواص پردازش آنها اضافه کرد. (4) برای تقویت خاصیت خاصی از مواد. به منظور بهبود عملکرد ماده در یک جنبه خاص، از پلیمر دیگری برای اصلاح آن استفاده می شود. (5) توابع جدید مواد را توسعه دهید.

روشهای رایج ترکیب پلیمری: (ل) ترکیب ذوب. تحت عمل برشی تجهیزات ترکیبی، پلیمرهای مختلف برای ترکیب شدن تا بالاتر از دمای جریان ویسکوز حرارت داده می شوند و پس از ترکیب سرد و دانه بندی می شوند. (2) بازسازی راه حل. The two components are stirred and blended by using a common solvent, or the dissolved different polymer solutions are stirred evenly, and then the solvent is removed to obtain a polymer compound. (3) ترکیب امولسیونی. پس از هم زدن و مخلوط کردن امولسیون های مختلف پلیمری از همان نوع امولسیفایر ، یک انعقاد دهنده برای به دست آوردن یک ترکیب پلیمری به همبستگی پلیمر اضافه می شود. (4) کوپلیمریزاسیون و ترکیب. از جمله کوپلیمریزاسیون پیوند، کوپلیمریزاسیون بلوکی و کوپلیمریزاسیون واکنشی، فرآیند ترکیب با واکنش شیمیایی همراه است. (5) شبکه متقابل [10].

1.3.2 ترکیب پلی ساکاریدهای طبیعی

پلی ساکاریدهای طبیعی یک کلاس مشترک از مواد پلیمری در طبیعت است که معمولاً از نظر شیمیایی اصلاح شده و انواع مختلفی از خواص عالی را نشان می دهند. با این حال، مواد پلی ساکارید منفرد اغلب دارای محدودیت های عملکردی خاصی هستند، بنابراین پلی ساکاریدهای مختلف اغلب برای دستیابی به هدف تکمیل مزایای عملکرد هر جزء و گسترش دامنه کاربرد، ترکیب می شوند. در اوایل دهه 1980، تحقیقات در مورد ترکیب پلی ساکاریدهای طبیعی مختلف به طور قابل توجهی افزایش یافته است [243]. تحقیقات بر روی سیستم ترکیبی طبیعی پلی ساکارید در داخل و خارج از کشور بیشتر بر روی سیستم ترکیبی کوردلان و غیر کوردلان و سیستم ترکیبی دو نوع پلی ساکارید غیر کشکی متمرکز است.

1.3.2.1 طبقه بندی هیدروژل های پلی ساکارید طبیعی

پلی ساکاریدهای طبیعی را می توان با توجه به توانایی آنها در تشکیل ژل به دو دسته کوردلان و غیر کوردلان تقسیم کرد. برخی از پلی ساکاریدها می توانند به خودی خود ژل ایجاد کنند، بنابراین آنها را کوردلان می نامند، مانند کاراگینان و غیره. برخی دیگر خود خاصیت ژل کنندگی ندارند و پلی ساکاریدهای غیر کشکی مانند صمغ زانتان نامیده می شوند.

هیدروژل ها را می توان با حل کردن کوردلان طبیعی در محلول آبی به دست آورد. بر اساس برگشت پذیری حرارتی ژل به دست آمده و وابستگی به دما مدول آن، می توان آن را به چهار نوع مختلف زیر تقسیم کرد [244]:

(1) محلول کرایوژل، پلی ساکارید فقط می تواند ژل را در دمای پایین مانند کاراگینان بدست آورد.

(2) ژل القا شده با حرارت، محلول پلی ساکارید فقط می تواند ژل را در دمای بالا مانند گلوکومانان بدست آورد.

(3) محلول پلی ساکارید نه تنها می تواند ژل را در دمای پایین تر به دست آورد، بلکه می تواند ژل را در دمای بالاتر نیز بدست آورد، اما یک حالت محلول در دمای متوسط ​​ارائه می دهد.

(4) محلول فقط می تواند ژل را در دمای معینی در وسط بدست آورد. کوردلان طبیعی مختلف غلظت بحرانی (حداقل) خاص خود را دارد که بالاتر از آن می توان ژل به دست آورد. غلظت بحرانی ژل به طول پیوسته زنجیره مولکولی پلی ساکارید مربوط می شود. قدرت ژل تا حد زیادی تحت تأثیر غلظت و وزن مولکولی محلول است و به طور کلی با افزایش غلظت، قدرت ژل افزایش می‌یابد [245].

1.3.2.2 سیستم ترکیبی کوردلان و غیر کوردلان

ترکیب غیر کوردلان با کوردلان به طور کلی استحکام ژل پلی ساکاریدها را بهبود می بخشد [246]. ترکیب صمغ کنجاک و کاراگینان باعث افزایش پایداری و الاستیسیته ژل ساختار شبکه ژل کامپوزیت شده و به طور قابل توجهی استحکام ژل آن را بهبود می بخشد. وی یو و همکاران کاراگینان و صمغ کونیاک را ترکیب کرد و ساختار ژل را پس از ترکیب مورد بحث قرار داد. این مطالعه نشان داد که پس از ترکیب کاراگینان و صمغ کنجاک، یک اثر هم افزایی ایجاد شد، و ساختار شبکه ای تحت سلطه کاراگینان تشکیل شد، صمغ کنژاک در آن پراکنده شد و شبکه ژل آن متراکم تر از کاراگینان خالص است [247]. کوهیاما و همکاران سیستم ترکیبی صمغ کاراگینان/کنژاک را مورد مطالعه قرار داد و نتایج نشان داد که با افزایش مداوم وزن مولکولی صمغ کنجاک، تنش پارگی ژل کامپوزیت همچنان افزایش می‌یابد. صمغ konjac با وزن‌های مولکولی متفاوت تشکیل ژل مشابهی را نشان داد. دما در این سیستم ترکیبی، تشکیل شبکه ژل توسط کاراگینان انجام می شود و برهمکنش بین دو مولکول کوردلان منجر به تشکیل مناطق ضعیف متقابل می شود [248]. نیشیناری و همکاران سیستم ترکیب صمغ ژلان/ صمغ کنجاک را مطالعه کرد و نتایج نشان داد که اثر کاتیون‌های تک ظرفیتی بر روی ژل ترکیب بارزتر بود. می تواند مدول سیستم و دمای تشکیل ژل را افزایش دهد. کاتیون‌های دو ظرفیتی می‌توانند تشکیل ژل‌های کامپوزیت را تا حدی افزایش دهند، اما مقادیر بیش از حد باعث جدا شدن فاز و کاهش مدول سیستم می‌شود [246]. برنیر و همکاران ترکیب کاراگینان، صمغ ملخ و صمغ کنجاک را مطالعه کرد و دریافت که کاراگینان، صمغ لوبیا و صمغ کنجاک می‌توانند اثرات هم افزایی ایجاد کنند و نسبت بهینه آن صمغ ملخ/کاراگینان 1:5.5، صمغ کنجاک/کاراگینان 1:7 است. و هنگامی که این سه با هم ترکیب می شوند، اثر هم افزایی مانند صمغ کاراگینان/کنژاک است که نشان می دهد ترکیب خاصی از این سه وجود ندارد. تعامل [249].

1.3.2.2 دو سیستم ترکیبی غیر کوردلان

دو پلی ساکارید طبیعی که خاصیت ژل ندارند، می توانند از طریق ترکیب، خواص ژل را نشان دهند و در نتیجه محصولات ژل تولید شوند [250]. ترکیب صمغ لوبیا ملخ با صمغ زانتان اثر هم افزایی ایجاد می کند که باعث ایجاد ژل های جدید می شود [251]. یک محصول ژل جدید را نیز می توان با افزودن صمغ زانتان به گلوکومانان کونیاک برای ترکیب به دست آورد [252]. وی یانکسیا و همکاران خواص رئولوژیکی مجموعه صمغ لوبیا ملخ و صمغ زانتان را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان می دهد که ترکیب صمغ لوبیا و صمغ زانتان اثر هم افزایی ایجاد می کند. وقتی نسبت حجمی ترکیب 4:6 باشد، قوی ترین اثر هم افزایی [253] است. فیتسسیمون و همکاران ترکیب کونیاک گلوکومانان با صمغ زانتان در دمای اتاق و تحت حرارت. نتایج نشان داد که همه ترکیبات دارای خواص ژل هستند که منعکس کننده اثر هم افزایی بین این دو است. دمای ترکیب و وضعیت ساختاری صمغ زانتان تأثیری بر تعامل بین این دو نداشت [254]. Guo Shoujun و دیگران ترکیب اصلی صمغ لوبیا مدفوع خوک و صمغ زانتان را مطالعه کردند و نتایج نشان داد که صمغ لوبیا مدفوع خوک و صمغ زانتان اثر هم افزایی قوی دارند. نسبت ترکیب بهینه صمغ لوبیا مدفوع خوک و چسب ترکیبی صمغ زانتان 6/4 (وزنی/وزنی) است. 102 برابر محلول منفرد صمغ سویا است و ژل زمانی تشکیل می شود که غلظت صمغ مرکب به 0.4 درصد برسد. چسب مرکب دارای ویسکوزیته بالا، پایداری و خواص رئولوژیکی خوب است و یک صمغ غذایی عالی است [255].

1.3.3 سازگاری کامپوزیت های پلیمری

سازگاری، از نقطه نظر ترمودینامیکی، به دستیابی به سازگاری در سطح مولکولی اشاره دارد که به عنوان حلالیت متقابل نیز شناخته می شود. طبق نظریه مدل فلوری-هاگینز، تغییر انرژی آزاد سیستم ترکیب پلیمری در طول فرآیند ترکیب با فرمول انرژی آزاد گیبس مطابقت دارد:

△���=△���-T△ S (1-1)

از جمله، △���انرژی آزاد پیچیده است، △���گرمای مختلط است، آنتروپی مختلط است. دمای مطلق است؛ سیستم پیچیده تنها زمانی یک سیستم سازگار است که انرژی آزاد تغییر کند △���در طول فرآیند پیچیده [256].

مفهوم امتزاج پذیری از این واقعیت ناشی می شود که تعداد بسیار کمی از سیستم ها می توانند به سازگاری ترمودینامیکی دست یابند. امتزاج پذیری به توانایی اجزای مختلف برای تشکیل کمپلکس های همگن اشاره دارد و معیار رایج مورد استفاده این است که کمپلکس ها یک نقطه انتقال شیشه ای واحد را نشان می دهند.

متفاوت از سازگاری ترمودینامیکی ، سازگاری عمومی به توانایی هر مؤلفه در سیستم مرکب برای اسکان یکدیگر اشاره دارد ، که از یک دیدگاه عملی پیشنهاد شده است [257].

بر اساس سازگاری تعمیم یافته، سیستم های ترکیب پلیمری را می توان به سیستم های کاملاً سازگار، تا حدی سازگار و کاملاً ناسازگار تقسیم کرد. یک سیستم کاملاً سازگار به این معنی است که ترکیب از نظر ترمودینامیکی در سطح مولکولی قابل اختلاط است. یک سیستم تا حدی سازگار به این معنی است که ترکیب در محدوده دما یا ترکیب خاصی سازگار است. یک سیستم کاملاً ناسازگار به این معنی است که ترکیب در سطح مولکولی قابل امتزاج در هیچ دما یا ترکیبی نیست.

به دلیل تفاوت‌های ساختاری خاص و آنتروپی ساختاری بین پلیمرهای مختلف، اکثر سیستم‌های پیچیده پلیمری تا حدی سازگار یا ناسازگار هستند [11، 12]. بسته به جداسازی فاز سیستم ترکیبی و سطح اختلاط، سازگاری سیستم تا حدی سازگار نیز بسیار متفاوت خواهد بود [11]. خصوصیات ماکروسکوپی کامپوزیت های پلیمری از نزدیک با مورفولوژی میکروسکوپی داخلی آنها و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی هر مؤلفه مرتبط است. 240]، بنابراین مطالعه مورفولوژی میکروسکوپی و سازگاری سیستم ترکیب از اهمیت بالایی برخوردار است.

روشهای تحقیق و شناسایی برای سازگاری ترکیبات دوتایی:

(1) دمای انتقال شیشه ای T���روش مقایسه مقایسه تی���از ترکیب با T���از اجزای آن، اگر فقط یک T���در ترکیب ظاهر می شود، سیستم ترکیبی یک سیستم سازگار است. اگر دو T وجود داشته باشد���، و دو T���موقعیت های ترکیب در دو گروه وسط نقاط T قرار دارند���نشان می دهد که سیستم ترکیبی یک سیستم تا حدی سازگار است. اگر دو T وجود داشته باشد���، و در موقعیت های دو جزء T قرار دارند���، نشان می دهد که سیستم مرکب یک سیستم ناسازگار است.

T���ابزارهای آزمایشی که اغلب در روش مقایسه مورد استفاده قرار می گیرند ، آنالایزر ترمومکانیکی پویا (DMA) و کالری سنج اسکن دیفرانسیل (DSC) هستند. این روش می تواند به سرعت درباره سازگاری سیستم ترکیبی قضاوت کند، اما اگر T���از دو جزء مشابه است، یک T واحد���پس از ترکیب نیز ظاهر می شود، بنابراین این روش دارای کاستی های خاصی است [10].

(2) روش مشاهده مورفولوژیکی. ابتدا مورفولوژی ماکروسکوپی ترکیب را مشاهده کنید. اگر ترکیب دارای جداسازی فاز آشکار باشد، می توان در ابتدا قضاوت کرد که سیستم ترکیبی یک سیستم ناسازگار است. در مرحله دوم، مورفولوژی میکروسکوپی و ساختار فازی ترکیب با میکروسکوپ مشاهده می شود. دو مؤلفه که کاملاً سازگار هستند ، یک حالت همگن تشکیل می دهند. بنابراین ، ترکیب با سازگاری خوب می تواند توزیع فاز یکنواخت و اندازه ذرات پراکنده کوچک را مشاهده کند. و رابط تار

ابزارهای آزمایشی که اغلب در روش مشاهده توپوگرافی استفاده می شوند، میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) هستند. روش مشاهده توپوگرافی می تواند به عنوان یک روش کمکی در ترکیب با سایر روش های مشخصه استفاده شود.

(3) روش شفافیت. In a partially compatible compound system, the two components can be compatible within a certain temperature and composition range, and phase separation will occur beyond this range. در فرآیند تبدیل سیستم مرکب از یک سیستم همگن به یک سیستم دو فاز، ضریب عبور نور آن تغییر خواهد کرد، بنابراین می توان با مطالعه شفافیت ترکیب، سازگاری آن را بررسی کرد.

این روش تنها به عنوان یک روش کمکی قابل استفاده است، زیرا زمانی که ضریب شکست دو پلیمر یکسان باشد، ترکیبی که از ترکیب دو پلیمر ناسازگار به دست می آید نیز شفاف است.

(4) روش رئولوژیکی. در این روش از تغییر ناگهانی پارامترهای ویسکوالاستیک ترکیب به عنوان علامت جداسازی فاز استفاده می شود، به عنوان مثال از تغییر ناگهانی منحنی ویسکوزیته – دما برای علامت گذاری جدایی فاز و تغییر ناگهانی ظاهری استفاده می شود. منحنی تنش برشی - دما به عنوان علامت جداسازی فاز استفاده می شود. سیستم ترکیب بدون جداسازی فاز پس از ترکیب، سازگاری خوبی دارد و آنهایی که جداسازی فاز دارند، سیستم ناسازگار یا تا حدی سازگار هستند [258].

(5) روش منحنی هان. منحنی هان lg است���'(���) lg G، اگر منحنی هان سیستم ترکیبی وابستگی به دما نداشته باشد و منحنی هان در دماهای مختلف یک منحنی اصلی را تشکیل دهد، سیستم ترکیبی سازگار است. اگر سیستم ترکیبی سازگار باشد، منحنی هان به دما وابسته است. اگر منحنی هان در دماهای مختلف از یکدیگر جدا شود و نمی تواند منحنی اصلی را تشکیل دهد ، سیستم مرکب ناسازگار یا تا حدی سازگار است. بنابراین، سازگاری سیستم ترکیبی را می توان با توجه به جداسازی منحنی هان قضاوت کرد.

(6) روش ویسکوزیته محلول. این روش از تغییر ویسکوزیته محلول برای مشخص کردن سازگاری سیستم ترکیب استفاده می کند. تحت غلظت های مختلف محلول، ویسکوزیته ترکیب در برابر ترکیب رسم می شود. اگر رابطه خطی باشد به این معنی است که سیستم ترکیبی کاملاً سازگار است. اگر یک رابطه غیر خطی باشد، به این معنی است که سیستم ترکیبی تا حدی سازگار است. اگر منحنی S شکل باشد، نشان می دهد که سیستم ترکیبی کاملاً ناسازگار است [10].

(7) طیف سنجی مادون قرمز. پس از ترکیب دو پلیمر، اگر سازگاری خوب باشد، برهمکنش هایی مانند پیوندهای هیدروژنی وجود خواهد داشت و موقعیت باند گروه های مشخصه در طیف مادون قرمز هر گروه روی زنجیره پلیمری تغییر می کند. افست باندهای گروه مشخصه مجتمع و هر جزء می تواند در مورد سازگاری سیستم پیچیده قضاوت کند.

علاوه بر این، سازگاری کمپلکس‌ها را می‌توان با آنالایزرهای ترموگراویمتری، پراش اشعه ایکس، پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک، پراکندگی نور، پراکندگی الکترون نوترونی، رزونانس مغناطیسی هسته‌ای و تکنیک‌های فراصوت مورد مطالعه قرار داد [10].

1.3.4 پیشرفت تحقیقات هیدروکسی پروپیل متیل سلولز / ترکیب نشاسته هیدروکسی پروپیل

1.3.4.1 ترکیب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و سایر مواد

ترکیبات HPMC و سایر مواد عمدتاً در سیستم‌های رهاسازی کنترل‌شده با دارو و مواد بسته‌بندی فیلم خوراکی یا تجزیه‌پذیر استفاده می‌شوند. در کاربرد رهاسازی کنترل شده با دارو، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند شامل پلیمرهای مصنوعی مانند پلی وینیل الکل (PVA)، کوپلیمر اسید لاکتیک-گلیکولیک اسید (PLGA) و پلی کاپرولاکتون (PCL) و همچنین پروتئین ها، پلیمرهای طبیعی مانند پلی ساکاریدها عبدالظاهر و همکاران ترکیب ساختاری، پایداری حرارتی و ارتباط آن‌ها با عملکرد کامپوزیت‌های HPMC/PVA را بررسی کرد و نتایج نشان داد که در حضور این دو پلیمر مقداری امتزاج‌پذیری وجود دارد [259]. ذبیحی و همکاران از کمپلکس HPMC/PLGA برای تهیه میکروکپسول‌ها برای آزادسازی کنترل‌شده و پایدار انسولین استفاده کرد که می‌تواند به آزادسازی پایدار در معده و روده دست یابد [260]. جاوید و همکاران HPMC هیدروفیل و PCL آبگریز را ترکیب کرد و از کمپلکس های HPMC/PCL به عنوان مواد میکروکپسولی برای رهش کنترل شده و پایدار دارو استفاده کرد که می توانست با تنظیم نسبت ترکیب در قسمت های مختلف بدن انسان آزاد شود [261]. دینگ و همکاران خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، ویسکوالاستیسیته دینامیکی، بازیابی خزش، و تیکسوتروپی کمپلکس های HPMC/کلاژن مورد استفاده در زمینه رهایش کنترل شده دارو را مورد مطالعه قرار داد و راهنمایی های نظری را برای کاربردهای صنعتی ارائه کرد [262]. آرتاناری، کای و رای و همکاران. [263-265] کمپلکس های HPMC و پلی ساکاریدها مانند کیتوزان، صمغ زانتان و آلژینات سدیم در فرآیند رهش پایدار واکسن و دارو به کار رفتند و نتایج یک اثر رهاسازی قابل کنترل دارو را نشان داد [263-265].

در توسعه مواد بسته بندی فیلم خوراکی یا تجزیه پذیر، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند عمدتاً پلیمرهای طبیعی مانند لیپیدها، پروتئین ها و پلی ساکاریدها هستند. Karaca، Fagundes و Contreras-Oliva و همکاران. غشاهای کامپوزیتی خوراکی را با کمپلکس‌های HPMC/لیپیدی تهیه کرد و به ترتیب در نگهداری آلو، گوجه‌فرنگی و مرکبات استفاده کرد. نتایج نشان داد که غشاهای کمپلکس HPMC/لیپیدی اثر ضد باکتریایی خوبی در نگهداری تازه دارند [266-268]. شتی، روبیلار و دینگ و همکاران. خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، ریزساختار و برهمکنش‌های بین اجزای فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی تهیه‌شده از HPMC، پروتئین ابریشم، ایزوله پروتئین آب پنیر و کلاژن را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد [269-271]. استقلال و همکاران فرمول HPMC با ژلاتین برای تهیه فیلم های خوراکی برای استفاده در مواد بسته بندی زیستی [111]. پریا، کونداویتی، ساکاتا و اورتگا-تورو و همکاران. prepared HPMC/chitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/ethyl cellulose and HPMC/starch edible composite films, respectively, and studied their thermal stability, mechanical properties properties, microstructure and antibacterial properties [139, 272-274]. ترکیب HPMC/PLA همچنین می‌تواند به عنوان یک ماده بسته‌بندی برای کالاهای غذایی، معمولاً با اکستروژن استفاده شود [275].

در توسعه مواد بسته بندی فیلم خوراکی یا تجزیه پذیر، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند عمدتاً پلیمرهای طبیعی مانند لیپیدها، پروتئین ها و پلی ساکاریدها هستند. Karaca، Fagundes و Contreras-Oliva و همکاران. غشاهای کامپوزیتی خوراکی را با کمپلکس‌های HPMC/لیپیدی تهیه کرد و به ترتیب در نگهداری آلو، گوجه‌فرنگی و مرکبات استفاده کرد. نتایج نشان داد که غشاهای کمپلکس HPMC/لیپیدی اثر ضد باکتریایی خوبی در نگهداری تازه دارند [266-268]. شتی، روبیلار و دینگ و همکاران. خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، ریزساختار و برهمکنش‌های بین اجزای فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی تهیه‌شده از HPMC، پروتئین ابریشم، ایزوله پروتئین آب پنیر و کلاژن را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد [269-271]. استقلال و همکاران فرمول HPMC با ژلاتین برای تهیه فیلم های خوراکی برای استفاده در مواد بسته بندی زیستی [111]. پریا، کونداویتی، ساکاتا و اورتگا-تورو و همکاران. prepared HPMC/chitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/ethyl cellulose and HPMC/starch edible composite films, respectively, and studied their thermal stability, mechanical properties properties, microstructure and antibacterial properties [139, 272-274]. ترکیب HPMC/PLA همچنین می‌تواند به عنوان یک ماده بسته‌بندی برای کالاهای غذایی، معمولاً با اکستروژن استفاده شود [275].

1.3.4.2 ترکیب نشاسته و سایر مواد

تحقیقات در مورد ترکیب نشاسته و سایر مواد در ابتدا بر روی مواد پلی استر آلیفاتیک آبگریز مختلف، از جمله پلی لاکتیک اسید (PLA)، پلی کاپرولاکتون (PCL)، پلی بوتن سوکسینیک اسید (PBSA) و غیره متمرکز شد. 276]. مولر و همکاران ساختار و خواص کامپوزیت های نشاسته/PLA و برهمکنش بین این دو را مورد مطالعه قرار داد و نتایج نشان داد که برهمکنش بین این دو ضعیف و خواص مکانیکی کامپوزیت ها ضعیف بود [277]. کوریا، کومور و دیاز گومز و همکاران. خواص مکانیکی، خواص رئولوژیکی، خواص ژل و سازگاری دو جزء کمپلکس‌های نشاسته/ PCL را که برای توسعه مواد زیست تخریب‌پذیر، مواد زیست‌پزشکی و مواد داربست مهندسی بافت استفاده می‌شوند، مورد مطالعه قرار داد [278-280]. اوکیکا و همکاران دریافتند که ترکیب نشاسته ذرت و PBSA بسیار امیدوارکننده است. هنگامی که محتوای نشاسته 5-30٪ است، افزایش محتوای دانه های نشاسته می تواند مدول را افزایش دهد و تنش کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست را کاهش دهد [281,282]. پلی استر آلیفاتیک هیدروفوب از نظر ترمودینامیکی با نشاسته هیدروفیل ناسازگار است و معمولاً سازگار کننده ها و افزودنی های مختلفی برای بهبود فصل مشترک فاز بین نشاسته و پلی استر اضافه می شود. Szadkowska، Ferri و Li et al. اثرات نرم کننده های مبتنی بر سیلانول، روغن بذر کتان انیدرید مالئیک و مشتقات روغن گیاهی عامل دار شده را به ترتیب بر ساختار و خواص کمپلکس های نشاسته/PLA مطالعه کردند [283-285]. اورتگا-تورو، یو و همکاران. از اسید سیتریک و دی ایزوسیانات دی فنیل متان برای سازگاری ترکیب نشاسته/PCL و ترکیب نشاسته/PBSA به ترتیب برای بهبود خواص و پایداری مواد استفاده کرد [286، 287].

در سال های اخیر تحقیقات بیشتری در مورد ترکیب نشاسته با پلیمرهای طبیعی مانند پروتئین ها، پلی ساکاریدها و لیپیدها انجام شده است. Teklehaimanot، Sahin-Nadeen و Zhang و همکاران به ترتیب خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته/زئین، پروتئین نشاسته/آب پنیر و کمپلکس‌های نشاسته/ژلاتین را مورد مطالعه قرار دادند و نتایج همگی به نتایج خوبی دست یافتند که می‌توان آن را در بیومواد غذایی و کپسول‌ها اعمال کرد [52, 288، 289]. لوزانو-ناوارو، تالون و رن و همکاران. انتقال نور، خواص مکانیکی، خواص ضد باکتریایی و غلظت کیتوزان فیلم های کامپوزیت نشاسته/کیتوزان را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد و عصاره های طبیعی، پلی فنول های چای و سایر عوامل ضد باکتری طبیعی را برای بهبود اثر ضد باکتریایی فیلم کامپوزیت اضافه کرد. نتایج تحقیق نشان می دهد که فیلم کامپوزیت نشاسته/کیتوسان پتانسیل بالایی در بسته بندی فعال مواد غذایی و دارو دارد [290-292]. کاوشیک، قنبرزاده، آروانیتویانیس و ژانگ و همکاران. خواص نانوبلورهای نشاسته/سلولز، نشاسته/کربوکسی متیل سلولز، نشاسته/متیل سلولز و نشاسته/هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به ترتیب و کاربردهای اصلی در مواد بسته بندی خوراکی/تخریب پذیر را مورد مطالعه قرار داد [293-295]. Dafe، Jumaidin و Lascombes و همکاران. studied starch/food gum compounds such as starch/pectin, starch/agar and starch/carrageenan, mainly used in the field of food and food packaging [296-298]. خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته تاپیوکا/روغن ذرت، کمپلکس های نشاسته/لیپیدی توسط پرز، دی و همکاران، عمدتاً برای هدایت فرآیند تولید غذاهای اکسترود شده مورد مطالعه قرار گرفت [299، 300].

1.3.4.3 ترکیب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و نشاسته

در حال حاضر، مطالعات زیادی در مورد سیستم ترکیبی HPMC و نشاسته در داخل و خارج از کشور وجود ندارد و بیشتر آنها مقدار کمی از HPMC را به ماتریکس نشاسته اضافه می کنند تا پدیده پیری نشاسته را بهبود بخشد. جیمنز و همکاران از HPMC برای کاهش پیری نشاسته بومی برای بهبود نفوذپذیری غشاهای نشاسته استفاده کرد. نتایج نشان داد که افزودن HPMC باعث کاهش پیری نشاسته و افزایش انعطاف پذیری غشای کامپوزیت شد. نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت به طور قابل توجهی افزایش یافته است، اما عملکرد ضد آب افزایش یافته است. چقدر تغییر کرده است [301]. ویلاکرس، باش و همکاران. ترکیب HPMC و نشاسته تاپیوکا برای تهیه مواد بسته‌بندی فیلم کامپوزیت HPMC/نشاسته، و اثر پلاستیک‌کننده گلیسیرین بر روی فیلم کامپوزیت و اثرات سوربات پتاسیم و نایسین بر خواص ضد باکتریایی فیلم کامپوزیت را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش محتوای HPMC، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت افزایش می‌یابد، ازدیاد طول در هنگام شکست کاهش می‌یابد و نفوذپذیری بخار آب تأثیر کمی دارد. سوربات پتاسیم و نایسین هر دو می توانند فیلم کامپوزیت را بهبود بخشند. اثر ضد باکتریایی دو عامل ضد باکتری زمانی بهتر است که با هم استفاده شوند [112، 302]. اورتگا تورو و همکاران خواص غشاهای کامپوزیت فشرده HPMC/نشاسته را بررسی کرد و اثر اسید سیتریک را بر خواص غشاهای کامپوزیت مطالعه کرد. نتایج نشان داد که HPMC در فاز پیوسته نشاسته پراکنده شد و هر دو اسید سیتریک و HPMC بر پیری نشاسته تأثیر داشتند. تا حد معینی از بازداری [139]. آیورنده و همکاران از فیلم کامپوزیت HPMC/نشاسته برای پوشش آملودیپین خوراکی استفاده کرد و نتایج نشان داد که زمان تجزیه و سرعت انتشار فیلم کامپوزیت بسیار خوب بود [303].

ژائو مینگ و همکاران تأثیر نشاسته بر میزان احتباس آب فیلم های HPMC را مورد بررسی قرار داد ، و نتایج نشان داد که نشاسته و HPMC دارای اثر هم افزایی خاصی هستند که منجر به افزایش کلی در حفظ آب می شود [304]. ژانگ و همکاران خواص فیلم ترکیب HPMC/HPS و خواص رئولوژیکی محلول را مطالعه کرد. نتایج نشان می‌دهد که سیستم ترکیبی HPMC/HPS سازگاری خاصی دارد، عملکرد غشای ترکیب خوب است و خواص رئولوژیکی HPS نسبت به HPMC دارای اثر متعادل کننده خوبی است [305، 306]. مطالعات کمی در مورد سیستم ترکیبی HPMC/نشاسته با محتوای HPMC بالا وجود دارد و بیشتر آنها در تحقیقات عملکرد کم عمق هستند و تحقیقات نظری در مورد سیستم ترکیبی نسبتاً کم است، به ویژه ژل HPMC/HPS با گرمای سرد معکوس. ژل کامپوزیت فاز Mechanistic studies are still in a blank state.

1.4 رئولوژی کمپلکس های پلیمری

در فرآیند پردازش مواد پلیمری، جریان و تغییر شکل ناگزیر رخ می دهد و رئولوژی علمی است که به مطالعه قوانین جریان و تغییر شکل مواد می پردازد [307]. جریان یک ویژگی مواد مایع است، در حالی که تغییر شکل ویژگی مواد جامد (کریستالی) است. مقایسه کلی جریان مایع و تغییر شکل جامد به شرح زیر است:

در کاربردهای صنعتی عملی مواد پلیمری، ویسکوزیته و ویسکوالاستیسیته آنها عملکرد پردازش آنها را تعیین می کند. در فرآیند پردازش و قالب‌گیری، با تغییر نرخ برش، ویسکوزیته مواد پلیمری ممکن است دارای قدر زیاد و چندین مرتبه باشد. تغییر [308]. خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته و نازک شدن برشی به طور مستقیم بر کنترل پمپاژ، پرفیوژن، پراکندگی و پاشش در حین فرآوری مواد پلیمری تأثیر می گذارد و از مهمترین خواص مواد پلیمری است.

1.4.1 ویسکوالاستیسیته پلیمرها

تحت نیروی خارجی، مایع پلیمری نه تنها می تواند جریان یابد، بلکه تغییر شکل نیز نشان می دهد و نوعی عملکرد "ویسکوالاستیسیته" را نشان می دهد و ماهیت آن همزیستی "دو فاز جامد-مایع" است [309]. با این حال، این ویسکوالاستیسیته ویسکوالاستیسیته خطی در تغییر شکل‌های کوچک نیست، بلکه ویسکوالاستیسیته غیرخطی است که در آن ماده تغییر شکل‌های بزرگ و تنش طولانی را نشان می‌دهد [310].

محلول آبی پلی ساکارید طبیعی هیدروسل نیز نامیده می شود. در محلول رقیق، ماکرومولکول های پلی ساکارید به شکل سیم پیچ هایی هستند که از یکدیگر جدا شده اند. هنگامی که غلظت به مقدار مشخصی افزایش می یابد، سیم پیچ های ماکرومولکولی به یکدیگر نفوذ کرده و روی یکدیگر همپوشانی دارند. این مقدار غلظت بحرانی [311] نامیده می شود. زیر غلظت بحرانی، ویسکوزیته محلول نسبتاً کم است و تحت تأثیر نرخ برش قرار نمی گیرد و رفتار سیال نیوتنی را نشان می دهد. هنگامی که غلظت بحرانی به دست می‌آید، ماکرومولکول‌هایی که در ابتدا به صورت مجزا حرکت می‌کنند شروع به درهم‌تنیدگی با یکدیگر می‌کنند و ویسکوزیته محلول به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. افزایش [312]; در حالی که وقتی غلظت از غلظت بحرانی فراتر رود، نازک شدن برشی مشاهده می شود و محلول رفتار سیال غیر نیوتنی را نشان می دهد [245].

برخی از هیدروسول ها می توانند تحت شرایط خاصی ژل تشکیل دهند و خواص ویسکوالاستیک آنها معمولاً با مدول ذخیره سازی G'، مدول اتلاف G" و وابستگی فرکانس آنها مشخص می شود. مدول ذخیره سازی مربوط به کشش سیستم است، در حالی که مدول تلفات مربوط به ویسکوزیته سیستم است [311]. در محلول‌های رقیق، هیچ درهم‌تنیدگی بین مولکول‌ها وجود ندارد، بنابراین در طیف وسیعی از فرکانس‌ها، G' بسیار کوچک‌تر از G″ است و وابستگی فرکانسی قوی نشان می‌دهد. از آنجایی که G′ و G″ به ترتیب با فرکانس ω و درجه دوم آن متناسب هستند، هنگامی که فرکانس بالاتر است، G′ > G″. هنگامی که غلظت بالاتر از غلظت بحرانی است، G' و G″ هنوز وابستگی فرکانسی دارند. هنگامی که فرکانس کمتر است، G' <G″، و فرکانس به تدریج افزایش می‌یابد، این دو از هم متقاطع می‌شوند و در ناحیه فرکانس بالا G به G'> بر می‌گردند.

نقطه بحرانی که در آن یک هیدروسل پلی ساکارید طبیعی به ژل تبدیل می شود، نقطه ژل نامیده می شود. تعاریف زیادی از نقطه ژل وجود دارد و رایج ترین آن تعریف ویسکوالاستیسیته دینامیکی در رئولوژی است. وقتی مدول ذخیره سازی G' سیستم با مدول تلفات G' برابر است، نقطه ژل است و G' > G' تشکیل ژل [312، 313].

برخی از مولکول های پلی ساکارید طبیعی پیوندهای ضعیفی ایجاد می کنند و ساختار ژل آنها به راحتی از بین می رود و G' کمی بزرگتر از G است که وابستگی فرکانس کمتری را نشان می دهد. در حالی که برخی از مولکول های پلی ساکارید طبیعی می توانند مناطق پیوند متقابل پایداری را تشکیل دهند که ساختار ژل قوی تر است، G' بسیار بزرگتر از G″ است و وابستگی فرکانسی ندارد [311].

1.4.2 رفتار رئولوژیکی کمپلکس های پلیمری

برای یک سیستم ترکیبی پلیمری کاملاً سازگار، ترکیب یک سیستم همگن است و ویسکوالاستیسیته آن به طور کلی مجموع خواص یک پلیمر منفرد است و ویسکوالاستیسیته آن را می توان با قوانین تجربی ساده توصیف کرد [314]. تمرین ثابت کرده است که سیستم همگن برای بهبود خواص مکانیکی آن مناسب نیست. در مقابل، برخی از سیستم‌های پیچیده با ساختارهای جداشده از فاز عملکرد عالی دارند [315].

سازگاری یک سیستم ترکیبی تا حدی سازگار تحت تأثیر عواملی مانند نسبت ترکیب سیستم، نرخ برش، دما و ساختار اجزاء، نشان دادن سازگاری یا جداسازی فاز خواهد بود و انتقال از سازگاری به جداسازی فاز اجتناب‌ناپذیر است. منجر به تغییرات قابل توجهی در ویسکوالاستیسیته سیستم می شود [316، 317]. در سال های اخیر، مطالعات متعددی در مورد رفتار ویسکوالاستیک سیستم های پیچیده پلیمری تا حدی سازگار انجام شده است. این تحقیق نشان می‌دهد که رفتار رئولوژیکی سیستم ترکیبی در ناحیه سازگاری، ویژگی‌های سیستم همگن را نشان می‌دهد. در ناحیه جداسازی فاز، رفتار رئولوژیکی کاملاً متفاوت از ناحیه همگن و بسیار پیچیده است.

درک خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب تحت غلظت‌های مختلف، نسبت‌های ترکیب، نرخ برش، دما و غیره برای انتخاب صحیح فناوری فرآوری، طراحی منطقی فرمول‌ها، کنترل دقیق کیفیت محصول و کاهش مناسب تولید از اهمیت بالایی برخوردار است. مصرف انرژی [309]. به عنوان مثال، برای مواد حساس به دما، ویسکوزیته مواد را می توان با تنظیم دما تغییر داد. و بهبود عملکرد پردازش؛ منطقه نازک شدن برشی مواد را درک کنید ، میزان برشی مناسب را برای کنترل عملکرد پردازش مواد و بهبود راندمان تولید انتخاب کنید.

1.4.3 عوامل مؤثر بر خواص رئولوژیکی ترکیب

خواص فیزیکی و شیمیایی و ساختار داخلی سیستم ترکیبی بازتابی جامع از مشارکت ترکیبی خواص هر جزء و برهمکنش بین اجزا است. بنابراین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی هر جزء خود نقش تعیین کننده ای در سیستم ترکیب دارد. درجه سازگاری بین پلیمرهای مختلف بسیار متفاوت است، برخی از آنها بسیار سازگار و برخی تقریباً کاملاً ناسازگار هستند.

1.4.3.2 نسبت سیستم مرکب

ویسکوالاستیسیته و خواص مکانیکی سیستم ترکیب پلیمری با تغییر نسبت ترکیب به طور قابل توجهی تغییر خواهد کرد. این به این دلیل است که نسبت ترکیب سهم هر جزء را در سیستم ترکیبی تعیین می کند و همچنین بر هر جزء تأثیر می گذارد. برهمکنش و توزیع فاز Xie Yajie و همکاران. کیتوزان/هیدروکسی پروپیل سلولز را مطالعه کرد و دریافت که ویسکوزیته ترکیب با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل سلولز به طور قابل توجهی افزایش می یابد [318]. ژانگ یایوان و همکاران کمپلکس صمغ زانتان و نشاسته ذرت را مطالعه کرد و دریافت که وقتی نسبت صمغ زانتان 10 درصد بود، ضریب قوام، تنش عملکرد و شاخص سیال سیستم پیچیده به طور قابل توجهی افزایش یافت. بدیهی است [319].

1.4.3.3 نرخ برش

بیشتر مایعات پلیمری سیالات شبه پلاستیک هستند که با قانون جریان نیوتن مطابقت ندارند. ویژگی اصلی این است که ویسکوزیته اساساً تحت برش کم تغییر نمی کند و ویسکوزیته با افزایش نرخ برش به شدت کاهش می یابد [308، 320]. منحنی جریان مایع پلیمری را می توان تقریباً به سه ناحیه تقسیم کرد: منطقه نیوتنی برش کم، منطقه نازک شدن برشی و منطقه پایداری برشی بالا. هنگامی که نرخ برش به صفر میل می کند، تنش و کرنش خطی می شوند و رفتار جریان مایع شبیه به سیال نیوتنی است. در این زمان ویسکوزیته به مقدار مشخصی تمایل پیدا می کند که به آن ویسکوزیته برشی صفر η0 می گویند. η0 حداکثر زمان شل شدن ماده را منعکس می کند و یکی از پارامترهای مهم مواد پلیمری است که با میانگین وزن مولکولی پلیمر و انرژی فعال سازی جریان ویسکوز مرتبط است. در ناحیه نازک شدن برشی، با افزایش سرعت برش، ویسکوزیته به تدریج کاهش می یابد و پدیده نازک شدن برشی رخ می دهد. این منطقه یک منطقه جریان معمولی در پردازش مواد پلیمری است. در ناحیه پایداری برشی بالا، با ادامه افزایش نرخ برش، ویسکوزیته به یک ثابت دیگر گرایش پیدا می کند، ویسکوزیته برشی نامحدود η∞، اما دسترسی به این ناحیه معمولاً دشوار است.

1.4.3.4 دما

دما به طور مستقیم بر شدت حرکت حرارتی تصادفی مولکول‌ها تأثیر می‌گذارد، که می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر تعاملات بین مولکولی مانند انتشار، جهت‌گیری زنجیره مولکولی و درهم‌تنیدگی تأثیر بگذارد. به طور کلی، در طول جریان مواد پلیمری، حرکت زنجیره های مولکولی به صورت قطعات انجام می شود. با افزایش دما، حجم آزاد افزایش می یابد و مقاومت جریان قطعات کاهش می یابد، بنابراین ویسکوزیته کاهش می یابد. با این حال، برای برخی از پلیمرها، با افزایش دما، ارتباط آبگریز بین زنجیره ها رخ می دهد، بنابراین ویسکوزیته در عوض افزایش می یابد.

پلیمرهای مختلف درجات مختلفی از حساسیت به دما دارند و همین پلیمر بالا تأثیرات متفاوتی بر عملکرد مکانیسم آن در محدوده‌های دمایی مختلف دارد.

1.5 اهمیت تحقیق، هدف تحقیق و محتوای تحقیق این موضوع

1.5.1 اهمیت تحقیق

اگرچه HPMC ماده ای ایمن و خوراکی است که به طور گسترده در زمینه مواد غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرد، اما دارای خواص خوب تشکیل فیلم، پخش کننده، ضخیم کننده و تثبیت کننده است. فیلم HPMC همچنین دارای شفافیت خوب، خواص مانع روغن و خواص مکانیکی است. با این حال، قیمت بالای آن (حدود 100000/تن) کاربرد گسترده آن را حتی در کاربردهای دارویی با ارزش بالاتر مانند کپسول ها محدود می کند. علاوه بر این، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که در حالت محلول با ویسکوزیته کم در دمای پایین وجود دارد و می تواند در دمای بالا یک ژل جامد چسبناک تشکیل دهد، بنابراین فرآیندهای پردازش مانند پوشش، پاشش و غوطه وری باید انجام شود. در دمای بالا، که منجر به مصرف انرژی بالا و هزینه تولید بالا می شود. خواصی مانند ویسکوزیته کمتر و استحکام ژل HPMC در دماهای پایین، فرآیند پذیری HPMC را در بسیاری از کاربردها کاهش می دهد.

در مقابل، HPS یک ماده خوراکی ارزان (حدود 20000/تن) است که به طور گسترده در زمینه غذا و دارو نیز استفاده می شود. دلیل گران بودن HPMC این است که ماده اولیه سلولز مورد استفاده برای تهیه HPMC گرانتر از نشاسته ماده اولیه مورد استفاده برای تهیه HPS است. علاوه بر این، HPMC با دو جایگزین هیدروکسی پروپیل و متوکسی پیوند زده می شود. در نتیجه، فرآیند آماده سازی بسیار پیچیده است، بنابراین قیمت HPMC بسیار بالاتر از HPS است. این پروژه امیدوار است که برخی از HPMC های گران قیمت را با HPS های ارزان قیمت جایگزین کند و قیمت محصول را بر اساس حفظ عملکردهای مشابه کاهش دهد.

علاوه بر این، HPS یک ژل سرد است که در حالت ژل ویسکوالاستیک در دمای پایین وجود دارد و یک محلول روان در دمای بالا تشکیل می دهد. بنابراین افزودن HPS به HPMC می تواند دمای ژل HPMC را کاهش داده و ویسکوزیته آن را در دمای پایین افزایش دهد. و استحکام ژل، فرآیند پذیری آن را در دماهای پایین بهبود می بخشد. علاوه بر این، فیلم خوراکی HPS دارای خواص مانع اکسیژن خوبی است، بنابراین افزودن HPS به HPMC می‌تواند خواص مانع اکسیژن فیلم خوراکی را بهبود بخشد.

به طور خلاصه، ترکیب HPMC و HPS: اولاً، اهمیت نظری مهمی دارد. HPMC یک ژل گرم است و HPS یک ژل سرد است. با ترکیب این دو، از نظر تئوری یک نقطه گذار بین ژل گرم و سرد وجود دارد. استقرار سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS و تحقیقات مکانیزم آن می‌تواند راه جدیدی را برای تحقیق در این نوع سیستم ترکیبی ژل فاز معکوس سرد و گرم ارائه دهد، راهنمایی نظری ایجاد شده است. ثانیاً، می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد و سود محصول را بهبود بخشد. از طریق ترکیب HPS و HPMC می توان هزینه تولید را از نظر مواد اولیه و مصرف انرژی تولید کاهش داد و سود محصول را تا حد زیادی بهبود بخشید. ثالثاً، می تواند عملکرد پردازش را بهبود بخشد و برنامه را گسترش دهد. افزودن HPS می تواند غلظت و استحکام ژل HPMC را در دمای پایین افزایش دهد و عملکرد پردازش آن را در دمای پایین بهبود بخشد. علاوه بر این، عملکرد محصول را می توان بهبود بخشید. با افزودن HPS برای تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS، می‌توان خواص مانع اکسیژن فیلم خوراکی را بهبود بخشید.

سازگاری سیستم ترکیب پلیمری می تواند مستقیماً مورفولوژی میکروسکوپی و خواص جامع ترکیب، به ویژه خواص مکانیکی را تعیین کند. بنابراین، مطالعه سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS بسیار مهم است. هر دو HPMC و HPS پلی ساکاریدهای آبدوست با واحد ساختاری واحد گلوکز و اصلاح شده توسط گروه عاملی یکسان هیدروکسی پروپیل هستند که سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS را تا حد زیادی بهبود می بخشد. با این حال ، HPMC یک ژل سرد است و HPS یک ژل داغ است و رفتار ژل معکوس این دو منجر به پدیده جداسازی فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS می شود. In summary, the phase morphology and phase transition of the HPMC/HPS cold-hot gel composite system are quite complex, so the compatibility and phase separation of this system will be very interesting.

ساختار مورفولوژیکی و رفتار رئولوژیکی سیستم های پیچیده پلیمری به هم مرتبط هستند. از یک طرف، رفتار رئولوژیکی در طول پردازش تأثیر زیادی بر ساختار مورفولوژیکی سیستم خواهد داشت. از سوی دیگر، رفتار رئولوژیکی سیستم می تواند به طور دقیق تغییرات در ساختار مورفولوژیکی سیستم را منعکس کند. بنابراین، مطالعه خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS برای هدایت تولید، پردازش و کنترل کیفیت از اهمیت بالایی برخوردار است.

خواص ماکروسکوپی مانند ساختار مورفولوژیکی، سازگاری و رئولوژی سیستم ترکیب ژل سرد و گرم HPMC/HPS دینامیک است و تحت تأثیر یک سری عوامل مانند غلظت محلول، نسبت ترکیب، سرعت برش و دما قرار دارد. رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت را می توان با کنترل ساختار مورفولوژیکی و سازگاری سیستم کامپوزیت تنظیم کرد.

1.5.2 هدف تحقیق

سیستم ترکیب ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS ساخته شد، خواص رئولوژیکی آن مورد مطالعه قرار گرفت و اثرات ساختار فیزیکی و شیمیایی اجزاء، نسبت ترکیب و شرایط پردازش بر روی خواص رئولوژیکی سیستم مورد بررسی قرار گرفت. فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، نفوذپذیری هوا و خواص نوری فیلم مورد مطالعه قرار گرفت و عوامل و قوانین تأثیرگذار بررسی شدند. به طور سیستماتیک انتقال فاز، سازگاری و جداسازی فاز سیستم پیچیده ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد و گرم را مطالعه کنید، عوامل و مکانیسم‌های تأثیرگذار آن را بررسی کنید، و رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی را ایجاد کنید. ساختار مورفولوژیکی و سازگاری سیستم کامپوزیت برای کنترل خواص مواد کامپوزیت استفاده می شود.

1.5.3 محتوای تحقیق

به منظور دستیابی به هدف مورد انتظار تحقیق، این مقاله تحقیقات زیر را انجام خواهد داد:

(1) سیستم ترکیب ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS را بسازید و از یک رئومتر برای مطالعه خواص رئولوژیکی محلول ترکیب، به ویژه اثرات غلظت، نسبت ترکیب و سرعت برش بر ویسکوزیته و شاخص جریان استفاده کنید. سیستم ترکیبی تأثیر و قانون خواص رئولوژیکی مانند تیکسوتروپی و تیکسوتروپی مورد بررسی قرار گرفت و مکانیسم تشکیل ژل کامپوزیت سرد و گرم به طور مقدماتی مورد بررسی قرار گرفت.

(2) فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مطالعه تأثیر خواص ذاتی هر جزء و نسبت ترکیب بر مورفولوژی میکروسکوپی فیلم کامپوزیت استفاده شد. تستر خواص مکانیکی برای مطالعه خواص ذاتی هر جزء، ترکیب فیلم کامپوزیت، تأثیر نسبت و رطوبت نسبی محیطی بر خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت استفاده شد. the use of oxygen transmission rate tester and UV-Vis spectrophotometer to study the effects of the inherent properties of the components and the compound ratio on the oxygen and light transmission properties of the composite film The compatibility and phase separation of the HPMC/HPS cold- سیستم کامپوزیت ژل معکوس داغ با میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز ترموگراویمتری و آنالیز ترمومکانیکی دینامیکی مورد مطالعه قرار گرفت.

(3) رابطه بین مورفولوژی میکروسکوپی و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت ژل معکوس سرد-گرم HPMC/HPS ایجاد شد. فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و تأثیر غلظت ترکیب و نسبت ترکیب بر توزیع فاز و انتقال فاز نمونه با استفاده از میکروسکوپ نوری و روش رنگرزی ید مورد بررسی قرار گرفت. قانون تأثیر غلظت ترکیب و نسبت ترکیب بر خصوصیات مکانیکی و خصوصیات انتقال نور نمونه ها ایجاد شد. رابطه بین ریزساختار و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت ژل معکوس سرد-گرم HPMC/HPS مورد بررسی قرار گرفت.

(4) اثرات درجه جایگزینی HPS بر خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم کامپوزیت ژل فاز معکوس سرد-گرم HPMC/HPS. اثرات درجه جایگزینی HPS، سرعت برش و دما بر ویسکوزیته و سایر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب، همچنین نقطه گذار ژل، وابستگی فرکانس مدول و سایر خواص ژل و قوانین آنها با استفاده از رئومتر مورد بررسی قرار گرفت. توزیع فاز وابسته به دما و انتقال فاز نمونه‌ها با رنگ‌آمیزی ید مورد مطالعه قرار گرفت و مکانیسم ژل‌سازی سیستم پیچیده ژل فاز معکوس سرد-گرم HPMC/HPS توصیف شد.

(5) اثرات اصلاح ساختار شیمیایی HPS بر خواص ماکروسکوپی و سازگاری سیستم کامپوزیت ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد-گرم. فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و اثر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر ساختار کریستالی و ساختار ریز دامنه فیلم کامپوزیت با استفاده از فناوری پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک تشعشع سنکروترون مورد مطالعه قرار گرفت. قانون تاثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر روی خواص مکانیکی غشای کامپوزیت توسط تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. قانون تأثیر درجه جایگزینی HPS بر نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت توسط تستر نفوذپذیری اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت. اثر هیدروکسی پروپیل HPS درجه جایگزینی گروه بر پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS.

فصل 2 مطالعه رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

فیلم های خوراکی مبتنی بر پلیمر طبیعی را می توان با روش مرطوب نسبتا ساده تهیه کرد [321]. ابتدا پلیمر در فاز مایع حل یا پراکنده می شود تا یک مایع خوراکی تشکیل دهنده فیلم یا سوسپانسیون سازنده فیلم تهیه شود و سپس با حذف حلال تغلیظ می شود. در اینجا معمولاً عملیات با خشک کردن در دمای کمی بالاتر انجام می شود. این فرآیند به طور معمول برای تولید فیلم های خوراکی پیش ساخته یا پوشیدن محصول به طور مستقیم با یک محلول تشکیل دهنده فیلم با فرو بردن ، مسواک زدن یا پاشش استفاده می شود. طراحی پردازش فیلم خوراکی نیازمند به دست آوردن داده های رئولوژیکی دقیق مایع تشکیل دهنده فیلم است که برای کنترل کیفیت محصول فیلم ها و پوشش های بسته بندی خوراکی اهمیت زیادی دارد [322].

HPMC یک چسب حرارتی است که در دمای بالا به شکل ژل در می آید و در دمای پایین در حالت محلول قرار می گیرد. این خاصیت ژل حرارتی باعث می شود ویسکوزیته آن در دمای پایین بسیار پایین باشد که برای فرآیندهای تولید خاص مانند غوطه وری، برس زدن و غوطه وری مناسب نیست. عملکرد، که منجر به پردازش پذیری ضعیف در دماهای پایین می شود. در مقابل، HPS یک ژل سرد، یک حالت ژل چسبناک در دمای پایین و در دمای بالا است. حالت محلول با ویسکوزیته پایین بنابراین، از طریق ترکیب این دو، خواص رئولوژیکی HPMC مانند ویسکوزیته در دمای پایین را می توان تا حد معینی متعادل کرد.

در این فصل به تأثیر غلظت محلول ، نسبت ترکیب و دما بر خصوصیات رئولوژیکی مانند ویسکوزیته برشی صفر ، شاخص جریان و تیکسوتروپی سیستم ترکیب ژل معکوس HPMC/HPS سرد می پردازد. قانون جمع برای بحث مقدماتی در مورد سازگاری سیستم ترکیبی استفاده می شود.

2.2 روش تجربی

2.2.1 تهیه محلول ترکیبی HPMC/HPS

ابتدا HPMC و پودر خشک HPS را وزن کرده و با توجه به غلظت 15% (وزنی/وزنی) و نسبت های مختلف 10:0، 7:3، 5:5، 3:7، 0:10 مخلوط کنید. سپس 70 درجه سانتیگراد در آب C اضافه کنید، به سرعت به مدت 30 دقیقه با سرعت 120 دور در دقیقه هم بزنید تا HPMC کاملاً پراکنده شود. سپس محلول را تا دمای بالای 95 درجه سانتیگراد گرم کنید، به سرعت به مدت 1 ساعت با همان سرعت هم بزنید تا HPS کاملاً ژلاتینه شود. ژلاتینه شدن کامل شد پس از آن، دمای محلول به سرعت به 70 درجه سانتیگراد کاهش یافت و HPMC با هم زدن با سرعت آهسته 80 دور در دقیقه به مدت 40 دقیقه کاملاً حل شد. (همه w/w در این مقاله عبارتند از: جرم پایه خشک نمونه/ جرم کل محلول).

2.2.2 خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

2.2.2.1 اصل آنالیز رئولوژیکی

رئومتر چرخشی مجهز به یک جفت گیره موازی بالا و پایین است و جریان برشی ساده از طریق حرکت نسبی بین گیره ها قابل تحقق است. The rheometer can be tested in step mode, flow mode and oscillation mode: in step mode, the rheometer can apply transient stress to the sample, which is mainly used to test the transient characteristic response and steady-state time of the sample. ارزیابی و پاسخ ویسکوالاستیک مانند آرامش استرس، خزش و بازیابی. in flow mode, the rheometer can apply linear stress to the sample, which is mainly used to test the dependence of the viscosity of the sample on shear rate and the dependence of viscosity on temperature and thixotropy; در حالت نوسان، رئومتر می تواند تنش نوسانی متناوب سینوسی ایجاد کند، که عمدتاً برای تعیین ناحیه ویسکوالاستیک خطی، ارزیابی پایداری حرارتی و دمای ژل شدن نمونه استفاده می شود.

2.2.2.2 روش تست حالت جریان

یک فیکسچر صفحه موازی با قطر 40 میلی متر استفاده شد و فاصله صفحه روی 0.5 میلی متر تنظیم شد.

1. ویسکوزیته با گذشت زمان تغییر می کند. دمای آزمایش 25 درجه سانتی گراد، سرعت برش 800 ثانیه بر ثانیه و زمان آزمایش 2500 ثانیه بود.

2. ویسکوزیته با نرخ برش متفاوت است. دمای آزمایش 25 درجه سانتی گراد، سرعت پیش برشی 800 ثانیه-1، زمان پیش برشی 1000 ثانیه؛ نرخ برش 10²-10³s.

تنش برشی (τ) و نرخ برشی (γ) از قانون توان Ostwald-de Waele پیروی می کند:

̇τ=K.γ n (2-1)

که در آن τ تنش برشی، Pa است.

γ نرخ برش، s-1 است.

n شاخص نقدینگی است.

K ضریب ویسکوزیته، Pa·sn است.

رابطه بین ویسکوزیته (ŋ) محلول پلیمر و نرخ برش (γ) را می توان با مدول کارن برازش کرد:

در میان آنها،ŋ0ویسکوزیته برشی، Pa s.

ŋ∞ویسکوزیته برشی بی نهایت، Pa s است.

λ زمان آرامش است، s;

n شاخص نازک شدن برشی است.

3. Three-stage thixotropy test method. The test temperature is 25 °C, a. در مرحله ساکن، نرخ برش 1 ثانیه - 1 و زمان آزمایش 50 ثانیه است. ب مرحله برش، نرخ برش 1000 ثانیه و زمان آزمایش 20 ثانیه است. ج فرآیند بازیابی سازه، نرخ برش 1 ثانیه - 1 و زمان آزمایش 250 ثانیه است.

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

در میان آنها،ŋt ویسکوزیته در زمان بازیابی سازه ts، Pa s است.

hŋویسکوزیته در پایان مرحله اول، Pa s است.

2.3 نتایج و بحث

2.3.1 تأثیر زمان برشی بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی

در یک نرخ برش ثابت، ویسکوزیته ظاهری ممکن است روندهای متفاوتی را با افزایش زمان برش نشان دهد. شکل 2-1 یک منحنی معمولی ویسکوزیته در مقابل زمان را در یک سیستم ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد. از شکل می توان دریافت که با افزایش زمان برش، ویسکوزیته ظاهری به طور مداوم کاهش می یابد. هنگامی که زمان برش به حدود 500 ثانیه می رسد، ویسکوزیته به حالت پایدار می رسد، که نشان می دهد ویسکوزیته سیستم ترکیبی تحت برش با سرعت بالا مقدار مشخصی دارد. وابستگی زمانی، یعنی تیکسوتروپی در محدوده زمانی مشخصی نشان داده می شود.

بنابراین، هنگام مطالعه قانون تغییر ویسکوزیته سیستم مرکب با نرخ برش، قبل از آزمایش برش واقعی حالت پایدار، یک دوره معینی از پیش برش با سرعت بالا لازم است تا تأثیر تیکسوتروپی بر سیستم ترکیبی از بین برود. . بنابراین، قانون تغییرات ویسکوزیته با نرخ برش به عنوان یک عامل منفرد به دست می آید. در این آزمایش ویسکوزیته همه نمونه ها قبل از 1000 ثانیه با سرعت برش بالا 800 1/s با زمان به حالت پایدار رسید که در اینجا رسم نشده است. بنابراین، در طراحی آزمایشی آینده، پیش برشی برای 1000 ثانیه با نرخ برشی بالای 800 1/s برای حذف اثر تیکسوتروپی همه نمونه‌ها اتخاذ شد.

2.3.2 تأثیر غلظت بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب

به طور کلی، ویسکوزیته محلول های پلیمری با افزایش غلظت محلول افزایش می یابد. شکل 2-2 اثر غلظت بر وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته فرمولاسیون HPMC/HPS را نشان می دهد. از شکل می بینیم که با همان سرعت برشی، ویسکوزیته سیستم ترکیبی به تدریج با افزایش غلظت محلول افزایش می یابد. ویسکوزیته محلول های ترکیبی HPMC/HPS با غلظت های مختلف به تدریج با افزایش سرعت برش کاهش یافت و پدیده نازک شدن برشی آشکار را نشان داد که نشان داد محلول های ترکیبی با غلظت های مختلف متعلق به سیالات شبه پلاستیک هستند. با این حال، وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته روند متفاوتی را با تغییر غلظت محلول نشان داد. هنگامی که غلظت محلول کم است، پدیده نازک شدن برشی محلول کامپوزیت کوچک است. با افزایش غلظت محلول، پدیده نازک شدن برشی محلول مرکب آشکارتر می شود.

2.3.2.1 اثر غلظت بر ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی

منحنی‌های نرخ ویسکوزیته-برشی سیستم ترکیب در غلظت‌های مختلف توسط مدل کارن برازش شدند و ویسکوزیته برشی صفر محلول ترکیب برون‌یابی شد (0.9960 <R2 <0.9997). اثر غلظت بر ویسکوزیته محلول ترکیب را می توان با مطالعه رابطه بین ویسکوزیته برشی صفر و غلظت بیشتر مورد مطالعه قرار داد. از شکل 2-3 می توان دریافت که رابطه بین ویسکوزیته برشی صفر و غلظت محلول ترکیبی از قانون توان پیروی می کند:

که در آن k و m ثابت هستند.

در مختصات لگاریتمی مضاعف بسته به بزرگی شیب m می توان دید که وابستگی به غلظت دو روند متفاوت را ارائه می دهد. طبق نظریه دیو-ادواردز، در غلظت کم، شیب بیشتر است (m = 11.9، R2 = 0.9942)، که متعلق به محلول رقیق است. در حالی که در غلظت بالا، شیب نسبتا کم است (m = 2.8، R2 = 0.9822)، که متعلق به محلول زیر غلیظ است. بنابراین، غلظت بحرانی C* سیستم ترکیبی را می توان از طریق اتصال این دو ناحیه 8 درصد تعیین کرد. با توجه به رابطه مشترک بین حالت های مختلف و غلظت پلیمرها در محلول، مدل حالت مولکولی سیستم ترکیبی HPMC/HPS در محلول دمای پایین پیشنهاد شده است که در شکل 2-3 نشان داده شده است.

HPS یک ژل سرد است، در دمای پایین حالت ژل دارد و در دمای بالا حالت محلول دارد. در دمای آزمایش (25 درجه سانتیگراد)، HPS یک حالت ژل است، همانطور که در ناحیه شبکه آبی در شکل نشان داده شده است. در مقابل، HPMC یک ژل داغ است، در دمای آزمایش، همانطور که در مولکول خط قرمز نشان داده شده است، در حالت محلول است.

در محلول رقیق C <C*، زنجیره های مولکولی HPMC عمدتاً به عنوان ساختارهای زنجیره ای مستقل وجود دارند و حجم حذف شده باعث جدا شدن زنجیره ها از یکدیگر می شود. علاوه بر این، فاز ژل HPS با چند مولکول HPMC تعامل می کند تا یک کل را تشکیل دهد.

با افزایش غلظت، فاصله بین زنجیره های مولکولی مستقل و مناطق فاز به تدریج کاهش یافت. وقتی به غلظت بحرانی C* رسید، مولکول های HPMC در تعامل با فاز ژل HPS به تدریج افزایش می یابد و زنجیره های مولکولی HPMC مستقل شروع به اتصال به یکدیگر می کنند و فاز HPS را به عنوان مرکز ژل تشکیل می دهند و زنجیره های مولکولی HPMC در هم تنیده می شوند. و با یکدیگر مرتبط هستند. حالت میکروژل در شکل 2-2b نشان داده شده است.

با افزایش بیشتر غلظت، C > C*، فاصله بین فازهای ژل HPS بیشتر کاهش می‌یابد و زنجیره‌های پلیمری HPMC درهم‌تنیده و ناحیه فاز HPS پیچیده‌تر می‌شوند و برهمکنش شدیدتر می‌شود، بنابراین محلول رفتاری از خود نشان می‌دهد. مشابه مذاب های پلیمری، همانطور که در شکل 2-2c نشان داده شده است.

2.3.2.2 اثر غلظت بر رفتار سیال سیستم مرکب

قانون توان Ostwald-de Waele (نگاه کنید به فرمول (2-1)) برای برازش منحنی‌های تنش برشی و سرعت برشی (در متن نشان داده نشده است) سیستم ترکیبی با غلظت‌های مختلف و شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته استفاده می‌شود. K را می توان به دست آورد. ، نتیجه برازش مطابق جدول 2-1 است.

جدول 2-1 شاخص رفتار جریان (n) و شاخص قوام مایع (K) محلول HPS/HPMC با غلظت های مختلف در 25 درجه سانتی گراد

توان جریان سیال نیوتنی n=1، توان جریان سیال کاذب n<1 است و هر چه n دورتر از 1 منحرف شود، شبه پلاستیسیته سیال قوی تر است و توان جریان سیال گشادکننده n>1 است. از جدول 2-1 می توان دریافت که n مقدار محلول های ترکیبی با غلظت های مختلف، همگی کمتر از 1 است، که نشان می دهد محلول های ترکیبی همگی سیالات شبه پلاستیک هستند. در غلظت های پایین، مقدار n محلول بازسازی شده نزدیک به 0 است که نشان می دهد محلول ترکیبی کم غلظت نزدیک به سیال نیوتنی است، زیرا در محلول ترکیبی با غلظت پایین، زنجیره های پلیمری مستقل از یکدیگر وجود دارند. با افزایش غلظت محلول، مقدار n سیستم ترکیبی به تدریج کاهش می یابد که نشان می دهد افزایش غلظت باعث افزایش رفتار شبه پلاستیک محلول ترکیب می شود. فعل و انفعالاتی مانند درهم تنیدگی بین و با فاز HPS رخ داد و رفتار جریان آن به مذاب های پلیمری نزدیک تر بود.

در غلظت کم، ضریب ویسکوزیته K سیستم ترکیبی کوچک است (C < 8٪، K < 1 Pa·sn) و با افزایش غلظت، مقدار K سیستم ترکیبی به تدریج افزایش می یابد که نشان می دهد ویسکوزیته سیستم ترکیب کاهش یافته است که با وابستگی غلظت ویسکوزیته برشی صفر مطابقت دارد.

2.3.3 تأثیر نسبت ترکیب بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب

شکل 2-4 ویسکوزیته در مقابل نرخ برش محلول HPMC/HPS با نسبت مخلوط متفاوت در دمای 25 درجه سانتی گراد

جدول 2-2 شاخص رفتار جریان (n) و شاخص قوام مایع (K) محلول HPS/HPMC با نسبت ترکیبی مختلف در 25 درجه

شکل 2-4 اثر نسبت ترکیب را بر وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته محلول ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که ویسکوزیته سیستم ترکیبی با محتوای HPS پایین (HPS < 20٪) با افزایش نرخ برش به طور قابل ملاحظه ای تغییر نمی کند، عمدتاً به این دلیل که در سیستم ترکیبی با محتوای HPS پایین، HPMC در حالت محلول است. در دمای پایین فاز پیوسته است. ویسکوزیته سیستم ترکیبی با محتوای HPS بالا به تدریج با افزایش نرخ برش کاهش می‌یابد که پدیده نازک شدن برشی آشکار را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد محلول ترکیب سیال شبه پلاستیک است. با همان سرعت برشی، ویسکوزیته محلول ترکیب با افزایش محتوای HPS افزایش می‌یابد، که عمدتاً به این دلیل است که HPS در دمای پایین در حالت ژل چسبناک‌تری قرار دارد.

استفاده از قانون توان Ostwald-de Waele (نگاه کنید به فرمول (2-1)) برای برازش منحنی‌های تنش برشی - نرخ برشی (در متن نشان داده نشده است) سیستم‌های ترکیبی با نسبت‌های ترکیبی مختلف، توان جریان n و ضریب ویسکوزیته K، نتایج برازش در جدول 2-2 نشان داده شده است. از جدول می توان دریافت که 0.9869 < R2 < 0.9999، نتیجه برازش بهتر است. شاخص جریان n سیستم ترکیبی با افزایش محتوای HPS به تدریج کاهش می‌یابد، در حالی که ضریب ویسکوزیته K با افزایش محتوای HPS روند افزایشی تدریجی را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد افزودن HPS باعث می‌شود محلول ترکیب ویسکوزتر و جریان آن دشوار باشد. . این روند با نتایج تحقیقات ژانگ مطابقت دارد، اما برای همان نسبت ترکیبی، مقدار n محلول مرکب بالاتر از نتیجه ژانگ است [305]، که عمدتاً به این دلیل است که در این آزمایش پیش برشی برای حذف اثر تیکسوتروپی انجام شد. حذف می شود؛ نتیجه ژانگ نتیجه عمل ترکیبی تیکسوتروپی و سرعت برش است. تفکیک این دو روش به تفصیل در فصل 5 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

2.3.3.1 تأثیر نسبت ترکیب بر ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیب

رابطه بین خصوصیات رئولوژیکی سیستم ترکیب پلیمری همگن و خصوصیات رئولوژیکی اجزای موجود در سیستم با قانون جمع بندی لگاریتمی مطابقت دارد. برای یک سیستم ترکیبی دو جزئی، رابطه بین سیستم مرکب و هر جزء را می توان با معادله زیر بیان کرد:

در میان آنها، F پارامتر خاصیت رئولوژیکی سیستم پیچیده است.

F1، F2 به ترتیب پارامترهای رئولوژیکی جزء 1 و جزء 2 هستند.

∅1 و ∅2 به ترتیب کسر جرمی جزء 1 و جزء 2 و ∅1 ∅2 هستند.

بنابراین، ویسکوزیته برشی صفر سیستم مرکب پس از ترکیب با نسبت های مختلف ترکیبی را می توان بر اساس اصل جمع لگاریتمی برای محاسبه مقدار پیش بینی شده مربوطه محاسبه کرد. مقادیر تجربی محلول‌های ترکیبی با نسبت‌های ترکیبی مختلف هنوز با برازش کارن منحنی نرخ ویسکوزیته-برشی برون‌یابی شد. مقدار پیش‌بینی‌شده ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نسبت‌های ترکیبی مختلف با مقدار تجربی مقایسه می‌شود، همانطور که در شکل 2-5 نشان داده شده است.

قسمت خط نقطه در شکل ، مقدار پیش بینی شده ویسکوزیته برشی صفر محلول مرکب به دست آمده توسط قانون جمع لگاریتمی است و نمودار خط نقطه ای مقدار تجربی سیستم مرکب با نسبت های مختلف مرکب است. از این شکل می توان مشاهده کرد که مقدار تجربی محلول مرکب نسبت به قانون ترکیب ، یک تغییر مثبت منفی خاص را نشان می دهد ، نشان می دهد که سیستم ترکیبی نمی تواند به سازگاری ترمودینامیکی برسد ، و سیستم ترکیبی یک پراکندگی فاز مداوم است دمای پایین ساختار "دریا-جزیره" سیستم دو فاز. و با کاهش مداوم نسبت ترکیب HPMC/HPS، فاز پیوسته سیستم ترکیب پس از اینکه نسبت ترکیب 4:6 بود تغییر کرد. در این فصل تحقیق به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد.

از این شکل به وضوح می توان مشاهده کرد که وقتی نسبت ترکیب HPMC/HPS بزرگ است ، سیستم ترکیبی دارای انحراف منفی است ، که ممکن است به این دلیل باشد که HPS ویسکوزیته بالا در حالت فاز پراکنده در ویسکوزیته پایین HPMC فاز مداوم توزیع می شود . با افزایش محتوای HPS ، یک انحراف مثبت در سیستم مرکب وجود دارد ، نشان می دهد که انتقال فاز مداوم در این زمان در سیستم مرکب رخ می دهد. HPS با ویسکوزیته بالا به مرحله مداوم سیستم مرکب تبدیل می شود ، در حالی که HPMC در مرحله مداوم HPS در حالت یکنواخت تر پراکنده می شود.

2.3.3.2 تأثیر نسبت ترکیب بر رفتار سیال سیستم ترکیب

شکل 2-6 شاخص جریان n سیستم مرکب را به عنوان تابعی از محتوای HPS نشان می دهد. از آنجایی که شاخص جریان n از یک مختصات لگاریتمی لگاریتمی برازش می شود، n در اینجا یک مجموع خطی است. از شکل می توان دریافت که با افزایش محتوای HPS، شاخص جریان n سیستم ترکیبی به تدریج کاهش می یابد، که نشان می دهد HPS خواص سیال نیوتنی محلول ترکیب را کاهش می دهد و رفتار سیال شبه پلاستیک آن را بهبود می بخشد. قسمت پایین حالت ژل با ویسکوزیته بالاتر است. همچنین از شکل می توان دریافت که رابطه بین شاخص جریان سیستم مرکب و محتوای HPS با یک رابطه خطی مطابقت دارد (R2 برابر 0.98062 است)، این نشان می دهد که سیستم ترکیبی سازگاری خوبی دارد.

2.3.3.3 تأثیر نسبت ترکیب بر ضریب ویسکوزیته سیستم ترکیب

شکل 2-7 ضریب ویسکوزیته K محلول مرکب را به عنوان تابعی از محتوای HPS نشان می دهد. از شکل می توان دریافت که مقدار K HPMC خالص بسیار کوچک است، در حالی که مقدار K HPS خالص بزرگترین است که مربوط به خواص ژل HPMC و HPS است که به ترتیب در حالت محلول و ژل هستند. دمای پایین هنگامی که محتوای جزء کم ویسکوزیته بالا باشد، یعنی زمانی که محتوای HPS کم باشد، ضریب ویسکوزیته محلول ترکیبی به ضریب ویسکوزیته کم HPMC نزدیک است. در حالی که وقتی محتوای جزء با ویسکوزیته بالا زیاد است، مقدار K محلول ترکیب با افزایش محتوای HPS به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد HPS ویسکوزیته HPMC را در دمای پایین افزایش می‌دهد. این عمدتا نشان دهنده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیبی است. در موارد مختلف که جزء کم ویسکوزیته فاز پیوسته و جزء با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیبی به وضوح متفاوت است. هنگامی که HPMC با ویسکوزیته پایین فاز پیوسته است، ویسکوزیته سیستم ترکیبی عمدتاً منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته است. و هنگامی که HPS با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته باشد، HPMC به عنوان فاز پراکنده، ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا را کاهش می دهد. اثر

2.3.4 تیکسوتروپی

از تیکسوتروپی می توان برای ارزیابی پایداری مواد یا سیستم های متعدد استفاده کرد، زیرا تیکسوتروپی می تواند اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی و میزان آسیب تحت نیروی برشی به دست آورد [323-325]. تیکسوتروپی را می توان با اثرات زمانی و تاریخچه برشی که منجر به تغییرات ریزساختاری می شود ارتباط داد [324، 326]. روش تیکسوتروپیک سه مرحله ای برای بررسی اثر نسبت های مختلف ترکیب بر روی خواص تیکسوتروپیک سیستم ترکیبی مورد استفاده قرار گرفت. همانطور که از شکل های 2-5 مشاهده می شود، همه نمونه ها درجات مختلفی از تیکسوتروپی را نشان دادند. در نرخ های برشی کم، ویسکوزیته محلول ترکیب به طور قابل توجهی با افزایش محتوای HPS افزایش یافت که با تغییر ویسکوزیته برشی صفر با محتوای HPS سازگار بود.

درجه بازیابی ساختاری DSR نمونه‌های مرکب در زمان‌های بازیابی مختلف با فرمول (2-3)، همانطور که در جدول 2-1 نشان داده شده است، محاسبه می‌شود. اگر DSR <1 باشد، نمونه مقاومت برشی پایینی دارد و نمونه تیکسوتروپیک است. برعکس، اگر DSR > 1 باشد، نمونه دارای آنتی تیکسوتروپی است. از جدول، می بینیم که مقدار DSR HPMC خالص بسیار بالا است، تقریباً 1، این به این دلیل است که مولکول HPMC یک زنجیره سفت و سخت است و زمان شل شدن آن کوتاه است و ساختار به سرعت تحت نیروی برشی بالا بازیابی می شود. ارزش DSR HPS نسبتاً پایین است، که خاصیت تیکسوتروپیک قوی آن را تأیید می کند، عمدتاً به این دلیل که HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است و زمان استراحت آن طولانی است. ساختار در بازه زمانی آزمایش به طور کامل بهبود نیافت.

برای محلول ترکیبی، در همان زمان بازیابی، زمانی که محتوای HPMC بیشتر از 70٪ است، DSR به سرعت با افزایش محتوای HPS کاهش می یابد، زیرا زنجیره مولکولی HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است و تعداد زنجیره های مولکولی سفت و سخت در سیستم ترکیبی با افزودن HPS افزایش می یابد. اگر کاهش یابد، زمان شل شدن بخش کلی مولکولی سیستم ترکیبی طولانی می شود و تیکسوتروپی سیستم ترکیبی را نمی توان به سرعت تحت عمل برش بالا بازیابی کرد. هنگامی که محتوای HPMC کمتر از 70٪ باشد، DSR با افزایش محتوای HPS افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد برهم‌کنشی بین زنجیره‌های مولکولی HPS و HPMC در سیستم ترکیبی وجود دارد که سفتی کلی مولکولی را بهبود می‌بخشد. در سیستم مرکب بخش می شود و زمان آرامش سیستم مرکب را کوتاه می کند و تیکسوتروپی کاهش می یابد.

علاوه بر این، ارزش DSR سیستم ترکیبی به طور قابل‌توجهی کمتر از HPMC خالص بود، که نشان داد تیکسوتروپی HPMC به طور قابل‌توجهی با ترکیب بهبود یافته است. مقادیر DSR بیشتر نمونه ها در سیستم مرکب از HP های خالص بیشتر بود ، نشان می دهد که ثبات HPS تا حدی بهبود یافته است.

همچنین از جدول می توان دریافت که در زمان های مختلف بازیابی، مقادیر DSR همگی پایین ترین نقطه را نشان می دهند که محتوای HPMC 70٪ باشد و زمانی که محتوای نشاسته بیشتر از 60٪ باشد، مقدار DSR مجتمع بالاتر از از HPS خالص. مقادیر DSR در 10 ثانیه از همه نمونه‌ها بسیار نزدیک به مقادیر نهایی DSR است، که نشان می‌دهد که ساختار سیستم ترکیبی اساساً اکثر وظایف بازیابی ساختار را در 10 ثانیه انجام داده است. شایان ذکر است که نمونه های کامپوزیتی با محتوای HPS بالا در ابتدا روند افزایشی و سپس با طولانی شدن زمان بازیابی روند کاهشی را نشان دادند که نشان می دهد نمونه های کامپوزیت نیز در اثر برش کم درجه خاصی از تیکسوتروپی را نشان می دهند. ساختار آنها ناپایدارتر است.

تجزیه و تحلیل کیفی تیکسوتروپی سه مرحله ای با نتایج آزمایش حلقه تیکسوتروپیک گزارش شده مطابقت دارد، اما نتایج تجزیه و تحلیل کمی با نتایج آزمون حلقه تیکسوتروپیک مطابقت ندارد. تیکسوتروپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS به روش حلقه تیکسوتروپیک با افزایش محتوای HPS اندازه گیری شد [305]. انحطاط ابتدا کاهش یافت و سپس افزایش یافت. آزمایش حلقه تیکسوتروپیک تنها می تواند وجود پدیده تیکسوتروپیک را حدس بزند، اما نمی تواند آن را تایید کند، زیرا حلقه تیکسوتروپیک نتیجه عمل همزمان زمان برشی و سرعت برش است [325-327].

2.4 خلاصه این فصل

در این فصل، ژل حرارتی HPMC و ژل سرد HPS به عنوان مواد اولیه اصلی برای ساخت یک سیستم کامپوزیت دو فازی از ژل سرد و گرم استفاده شد. تأثیر خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، الگوی جریان و تیکسوتروپی. با توجه به رابطه مشترک بین حالت های مختلف و غلظت پلیمرها در محلول، مدل حالت مولکولی سیستم ترکیبی HPMC/HPS در محلول دمای پایین پیشنهاد شده است. با توجه به اصل جمع لگاریتمی خواص اجزای مختلف در سیستم مرکب، سازگاری سیستم مرکب مورد بررسی قرار گرفت. یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. نمونه های مرکب با غلظت های مختلف، همگی درجه نازک شدن برشی مشخصی را نشان دادند و با افزایش غلظت، درجه نازک شدن برشی افزایش یافت.
2. با افزایش غلظت، شاخص جریان سیستم مرکب کاهش یافت و ویسکوزیته و ضریب ویسکوزیته برشی صفر افزایش یافت که نشان می‌دهد رفتار جامد مانند سیستم ترکیبی افزایش یافته است.
3. غلظت بحرانی (8٪) در سیستم ترکیبی HPMC/HPS وجود دارد، زیر غلظت بحرانی، زنجیره‌های مولکولی HPMC و ناحیه فاز ژل HPS در محلول ترکیب از یکدیگر جدا شده‌اند و به طور مستقل وجود دارند. هنگامی که غلظت بحرانی به دست می آید، در محلول ترکیب، یک حالت میکروژل با فاز HPS به عنوان مرکز ژل تشکیل می شود، و زنجیره های مولکولی HPMC در هم تنیده شده و به یکدیگر متصل می شوند. بالاتر از غلظت بحرانی، زنجیره‌های ماکرومولکولی HPMC شلوغ و درهم تنیدگی آنها با ناحیه فاز HPS پیچیده‌تر است و تعامل پیچیده‌تر است. شدیدتر است، بنابراین محلول مانند مذاب پلیمری عمل می کند.
4. نسبت ترکیب تأثیر قابل توجهی بر خواص رئولوژیکی محلول ترکیب HPMC/HPS دارد. با افزایش محتوای HPS، پدیده نازک شدن برشی سیستم مرکب آشکارتر می شود، شاخص جریان به تدریج کاهش می یابد و ویسکوزیته برشی صفر و ضریب ویسکوزیته به تدریج افزایش می یابد. افزایش می یابد ، نشان می دهد که رفتار جامد مانند این مجموعه به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
5. ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی نسبت به قانون جمع لگاریتمی انحراف مثبت-منفی خاصی را نشان می دهد. سیستم ترکیبی یک سیستم دو فازی با ساختار فاز پراکنده فاز پیوسته "دریا-جزیره" در دمای پایین است، و با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS پس از 4:6، فاز پیوسته سیستم ترکیب تغییر کرد.
6. یک رابطه خطی بین شاخص جریان و نسبت ترکیب محلول های مرکب با نسبت های مختلف ترکیبی وجود دارد که نشان می دهد سیستم ترکیبی سازگاری خوبی دارد.
7. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS، زمانی که جزء کم ویسکوزیته فاز پیوسته و جزء با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیب به طور قابل توجهی متفاوت است. هنگامی که HPMC با ویسکوزیته پایین فاز پیوسته است، ویسکوزیته سیستم ترکیبی عمدتاً منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته است. در حالی که وقتی HPS با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، HPMC به عنوان فاز پراکنده، ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا را کاهش می دهد. اثر
8. از تیکسوتروپی سه مرحله ای برای بررسی اثر نسبت ترکیب بر روی تیکسوتروپی سیستم ترکیبی استفاده شد. تیکسوتروپی سیستم ترکیبی روندی از کاهش و سپس افزایش با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS را نشان داد.
9. نتایج تجربی فوق نشان می دهد که از طریق ترکیب HPMC و HPS، خواص رئولوژیکی این دو جزء مانند ویسکوزیته، پدیده نازک شدن برشی و تیکسوتروپی تا حد معینی متعادل شده است.

فصل 3 آماده سازی و خواص فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

ترکیب پلیمری موثرترین راه برای دستیابی به مکمل عملکرد چند جزئی، توسعه مواد جدید با عملکرد عالی، کاهش قیمت محصول و گسترش دامنه کاربرد مواد است [240-242، 328]. سپس، به دلیل تفاوت‌های ساختار مولکولی خاص و آنتروپی ساختاری بین پلیمرهای مختلف، اکثر سیستم‌های ترکیب پلیمری ناسازگار یا تا حدی سازگار هستند [11، 12]. خواص مکانیکی و سایر خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیب پلیمری ارتباط نزدیکی با خواص فیزیکوشیمیایی هر جزء، نسبت ترکیب هر جزء، سازگاری بین اجزا و ساختار میکروسکوپی داخلی و سایر عوامل دارد [240، 329].

از نظر ساختار شیمیایی، هر دو HPMC و HPS کوردلان آبدوست هستند، واحد ساختاری یکسانی دارند - گلوکز، و توسط گروه عملکردی یکسان - گروه هیدروکسی پروپیل اصلاح می شوند، بنابراین HPMC و HPS باید فاز خوبی داشته باشند. ظرفیت. با این حال، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که در یک حالت محلول با ویسکوزیته بسیار کم در دمای پایین است و در دمای بالا یک کلوئید تشکیل می دهد. HPS یک ژل ناشی از سرما است که یک ژل با دمای پایین است و در دمای بالا در حالت محلول قرار دارد. the gel conditions and behavior are completely opposite. The compounding of HPMC and HPS is not conducive to the formation of a homogeneous system with good compatibility. با در نظر گرفتن ساختار شیمیایی و ترمودینامیک، ترکیب HPMC با HPS برای ایجاد یک سیستم ترکیب ژل سرد-گرم از اهمیت نظری و ارزش عملی زیادی برخوردار است.

این فصل بر مطالعه خواص ذاتی اجزا در سیستم ترکیب ژل سرد و گرم HPMC/HPS، نسبت ترکیب و رطوبت نسبی محیط بر روی مورفولوژی میکروسکوپی، سازگاری و جداسازی فاز، خواص مکانیکی، خواص نوری تمرکز دارد. و خواص افت حرارتی سیستم ترکیبی. و تاثیر خواص ماکروسکوپی مانند خواص مانع اکسیژن.

3.1 مواد و تجهیزات

3.1.1 مواد آزمایشی اصلی

3.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

3.2 روش تجربی

3.2.1 تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

پودر خشک 15 درصد (وزنی/وزنی) HPMC و HPS با 3 درصد (وزنی/وزنی) مخلوط شد. نرم کننده پلی اتیلن گلیکول در آب دیونیزه ترکیب شد تا مایع تشکیل دهنده فیلم ترکیب شده و فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/ HPS به روش ریخته گری تهیه شد.

روش تهیه: ابتدا پودر خشک HPMC و HPS را وزن کرده و آنها را با توجه به نسبت های مختلف مخلوط کنید. سپس به آب 70 درجه سانتیگراد اضافه کنید و به سرعت در 120 دور در دقیقه در دقیقه به مدت 30 دقیقه هم بزنید تا به طور کامل HPMC پراکنده شود. سپس محلول را تا بالاتر از 95 درجه سانتیگراد گرم کنید ، به سرعت با همان سرعت به مدت 1 ساعت هم بزنید تا HP ها کاملاً ژلاتین شوند. پس از اتمام ژلاتینه شدن، دمای محلول به سرعت به 70 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و محلول با سرعت آهسته 80 دور در دقیقه به مدت 40 دقیقه به هم زده می شود. HPMC را کاملاً حل کنید. 20 گرم از محلول تشکیل دهنده فیلم مخلوط را در یک پتری پلی استایرن به قطر 15 سانتی متر ریخته و آن را صاف ریخته و در دمای 37 درجه سانتی گراد خشک کنید. فیلم خشک شده از دیسک جدا می شود تا یک غشای کامپوزیت خوراکی به دست آید.

فیلم‌های خوراکی همگی در رطوبت 57 درصد برای بیش از 3 روز قبل از آزمایش متعادل شدند، و بخش فیلم خوراکی مورد استفاده برای آزمایش خواص مکانیکی در رطوبت 75 درصد برای بیش از 3 روز متعادل شد.

3.2.2 میکرومورفولوژی فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.2.1 اصل تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی

تفنگ الکترونی در بالای میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) می تواند مقدار زیادی الکترون ساطع کند. پس از کاهش و تمرکز، می تواند یک پرتو الکترونی با انرژی و شدت خاصی تشکیل دهد. رانده شده توسط میدان مغناطیسی سیم پیچ اسکن، با توجه به نظم زمانی و مکانی خاص، سطح نمونه را نقطه به نقطه اسکن کنید. با توجه به تفاوت در خصوصیات سطح ریز، برهمکنش بین نمونه و پرتو الکترونی سیگنال های الکترونی ثانویه با شدت های مختلف تولید می کند که توسط آشکارساز جمع آوری شده و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شود که توسط ویدئو تقویت می شود. و ورودی به شبکه لوله تصویر، پس از تنظیم روشنایی لوله تصویر، می توان یک تصویر الکترونی ثانویه به دست آورد که می تواند مورفولوژی و ویژگی های ریز ناحیه را در سطح نمونه منعکس کند. در مقایسه با میکروسکوپ‌های نوری سنتی، وضوح SEM نسبتاً بالا است، حدود 3 نانومتر تا 6 نانومتر از لایه سطحی نمونه، که برای مشاهده ویژگی‌های ریز ساختار روی سطح مواد مناسب‌تر است.

3.2.2.2 روش تست

فیلم خوراکی برای خشک کردن در یک خشک کن قرار داده شد و یک اندازه مناسب از فیلم خوراکی انتخاب شد و با چسب رسانا روی مرحله نمونه مخصوص SEM چسبانده شد و سپس با پوشش خلاء روکش طلا شد. در طول آزمایش، نمونه در SEM قرار گرفت و مورفولوژی میکروسکوپی نمونه با بزرگنمایی 300 برابر و 1000 برابر تحت ولتاژ شتاب پرتو الکترونی 5 کیلو ولت مشاهده و عکسبرداری شد.

3.2.3 عبور نور از فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.3.1 اصل آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis

اسپکتروفتومتر UV-Vis می تواند نوری با طول موج 200 تا 800 نانومتر ساطع کند و آن را بر روی جسم تابش کند. برخی از طول موج های خاص نور در نور فرودی توسط مواد جذب می شوند و انتقال سطح انرژی ارتعاشی مولکولی و انتقال سطح انرژی الکترونیکی رخ می دهد. از آنجایی که هر ماده دارای ساختارهای فضایی مولکولی، اتمی و مولکولی متفاوتی است، هر ماده دارای طیف جذبی خاص خود است و محتوای ماده را می توان با توجه به سطح جذب در برخی از طول موج های خاص در طیف جذبی تعیین یا تعیین کرد. بنابراین، آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis یکی از ابزارهای موثر برای مطالعه ترکیب، ساختار و برهمکنش مواد است.

هنگامی که یک پرتو نور به یک جسم برخورد می کند، بخشی از نور فرودی توسط جسم جذب می شود و قسمت دیگر نور فرودی از طریق جسم منتقل می شود. نسبت شدت نور عبوری به شدت نور فرودی میزان عبور است.

فرمول رابطه بین جذب و گذر:

در میان آنها، A جذب است.

T ضریب انتقال است.

جذب نهایی به طور یکنواخت با جذب × 0.25 میلی متر / ضخامت اصلاح شد.

3.2.3.2 روش تست

محلول های 5% HPMC و HPS را تهیه کرده و بر اساس نسبت های مختلف مخلوط کرده و 10 گرم از محلول تشکیل دهنده فیلم را در پتری پلی استایرن به قطر 15 سانتی متر ریخته و در دمای 37 درجه سانتی گراد خشک کنید تا به صورت فیلم درآید. فیلم خوراکی را به شکل یک نوار مستطیل شکل 1mm×3mm برش دهید، آن را داخل کووت قرار دهید و فیلم خوراکی را به دیواره داخلی کووت نزدیک کنید. یک اسپکتروفتومتر UV-vis WFZ UV-3802 برای اسکن نمونه ها در طول موج کامل 200-800 نانومتر استفاده شد و هر نمونه 5 بار مورد آزمایش قرار گرفت.

3.2.4 خواص حرارتی دینامیکی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.4.1 اصل تحلیل ترمومکانیکی دینامیکی

تجزیه و تحلیل ترمومکانیکی پویا (DMA) ابزاری است که می تواند رابطه بین جرم و دمای نمونه را تحت یک بار شوک خاص و دمای برنامه ریزی شده اندازه گیری کند ، و می تواند خواص مکانیکی نمونه را تحت عمل استرس و زمان متناوب دوره ای آزمایش کند ، دما و دما رابطه فرکانس

پلیمرهای مولکولی بالا دارای خواص ویسکوالاستیک هستند که از یک طرف می توانند انرژی مکانیکی را مانند الاستومر ذخیره کنند و از طرف دیگر انرژی مانند مخاط را مصرف کنند. هنگامی که نیروی متناوب متناوب اعمال می شود، بخش الاستیک انرژی را به انرژی پتانسیل تبدیل کرده و آن را ذخیره می کند. در حالی که قسمت چسبناک انرژی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند و آن را از دست می دهد. مواد پلیمری به طور کلی دو حالت از حالت شیشه ای با دمای پایین و حالت لاستیکی درجه حرارت بالا را نشان می دهند و دمای انتقال بین دو حالت دمای انتقال شیشه است. دمای انتقال شیشه ای به طور مستقیم بر ساختار و خواص مواد تأثیر می گذارد و یکی از مهمترین دماهای مشخصه پلیمرها است.

با تجزیه و تحلیل خواص ترمومکانیکی دینامیکی پلیمرها، می توان ویسکوالاستیسیته پلیمرها را مشاهده کرد و پارامترهای مهمی را که عملکرد پلیمرها را تعیین می کند، به دست آورد تا بتوان آنها را بهتر در محیط استفاده واقعی اعمال کرد. علاوه بر این، آنالیز ترمومکانیکی دینامیکی به انتقال شیشه، جداسازی فاز، اتصال عرضی، تبلور و حرکت مولکولی در تمام سطوح بخش‌های مولکولی بسیار حساس است و می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد ساختار و خواص پلیمرها به دست آورد. اغلب برای مطالعه مولکول های پلیمرها استفاده می شود. رفتار حرکتی با استفاده از حالت جابجایی دمایی DMA، وقوع انتقال فاز مانند انتقال شیشه ای را می توان آزمایش کرد. در مقایسه با DSC، DMA حساسیت بالاتری دارد و برای تجزیه و تحلیل مواد شبیه سازی استفاده واقعی مناسب تر است.

3.2.4.2 روش تست

نمونه های تمیز، یکنواخت، مسطح و بدون آسیب را انتخاب کنید و آنها را به نوارهای مستطیل شکل 10mm×20mm برش دهید. نمونه ها در حالت کششی با استفاده از تحلیلگر ترمومکانیکی دینامیکی Pydris Diamond از PerkinElmer، ایالات متحده آمریکا مورد آزمایش قرار گرفتند. محدوده دمای آزمایش 25 تا 150 درجه سانتیگراد، سرعت گرمایش 2 درجه سانتیگراد در دقیقه، فرکانس 1 هرتز بود و آزمایش برای هر نمونه دو بار تکرار شد. در طول آزمایش، مدول ذخیره سازی (E') و مدول تلفات (E") نمونه ثبت شد و نسبت مدول تلفات به مدول ذخیره سازی، یعنی زاویه مماس tan δ نیز قابل محاسبه بود.

3.2.5 پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.5.1 اصل آنالیز ترموگراویمتری

آنالایزر وزنی حرارتی (TGA) می تواند تغییر جرم یک نمونه را با دما یا زمان در دمای برنامه ریزی شده اندازه گیری کند و می تواند برای مطالعه تبخیر، ذوب، تصعید، کم آبی، تجزیه و اکسیداسیون مواد در طول فرآیند گرمایش استفاده شود. . و سایر پدیده های فیزیکی و شیمیایی. منحنی رابطه بین جرم ماده و دما (یا زمان) که مستقیماً پس از آزمایش نمونه به دست می‌آید، گرما وزنی (منحنی TGA) نامیده می‌شود. کاهش وزن و سایر اطلاعات منحنی حرارتی مشتق (منحنی DTG) را می توان پس از مشتق مرتبه اول منحنی TGA به دست آورد که منعکس کننده تغییر نرخ کاهش وزن نمونه آزمایش شده با دما یا زمان است و نقطه اوج حداکثر نقطه ثابت است. نرخ

3.2.5.2 روش تست

فیلم خوراکی را با ضخامت یکنواخت انتخاب کنید ، آن را به یک دایره با همان قطر دیسک تست آنالیزور ترموگرامتری برش دهید ، و سپس آن را روی دیسک تست صاف کنید و آن را در یک جو نیتروژن با سرعت 20 میلی لیتر در دقیقه آزمایش کنید . محدوده دما 30 تا 700 درجه سانتیگراد، سرعت گرمایش 10 درجه سانتیگراد در دقیقه بود و هر نمونه دو بار آزمایش شد.

3.2.6.1 اصل تحلیل خواص کششی

3.2.6 خواص کششی فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS

تستر خواص مکانیکی می تواند بار کششی ایستا را به اسپلین در امتداد محور طولی تحت شرایط خاص دما، رطوبت و سرعت اعمال کند تا زمانی که اسپلین شکسته شود. در طول آزمایش، بار وارد شده به اسپلین و مقدار تغییر شکل آن توسط دستگاه تستر خواص مکانیکی ثبت شد و منحنی تنش-کرنش در طول تغییر شکل کششی اسپلین رسم شد. از منحنی تنش-کرنش، استحکام کششی (ζt)، ازدیاد طول در شکست (εb) و مدول الاستیک (E) را می توان برای ارزیابی خواص کششی فیلم محاسبه کرد.

رابطه تنش-کرنش مواد را به طور کلی می توان به دو بخش تقسیم کرد: ناحیه تغییر شکل الاستیک و ناحیه تغییر شکل پلاستیک. در ناحیه تغییر شکل الاستیک، تنش و کرنش ماده رابطه خطی دارند و تغییر شکل در این زمان می‌تواند به طور کامل بازیابی شود که مطابق با قانون کوک است. در ناحیه تغییر شکل پلاستیک، تنش و کرنش ماده دیگر خطی نیست و تغییر شکلی که در این زمان اتفاق می‌افتد غیرقابل برگشت است، در نهایت ماده می‌شکند.

فرمول محاسبه مقاومت کششی:

کجا: استحکام کششی، MPa است.

b عرض نمونه، میلی متر است.

d ضخامت نمونه، میلی متر است.

فرمول محاسبه ازدیاد طول در شکست:

جایی که: εb ازدیاد طول در شکست، % است.

L فاصله بین خطوط علامت گذاری هنگام شکستن نمونه، میلی متر است.

L0 طول سنج اصلی نمونه، میلی متر است.

فرمول محاسبه مدول الاستیک:

ζ تنش، MPa است.

ε کرنش است.

3.2.6.2 روش تست

نمونه های تمیز، یکنواخت، مسطح و بدون آسیب را انتخاب کنید، به استاندارد ملی GB13022-91 مراجعه کنید و آنها را به خطوط دمبلی شکل با طول کلی 120 میلی متر، فاصله اولیه بین وسایل 86 میلی متر، فاصله بین علامت ها 40 میلی متر و عرض 10 میلی متر اسپلاین ها در رطوبت 75% و 57% (در فضایی از محلول کلرید سدیم اشباع و محلول برومید سدیم) قرار گرفتند و قبل از اندازه گیری به مدت بیش از 3 روز متعادل شدند. در این آزمایش از دستگاه سنجش خواص مکانیکی ASTM D638، 5566 شرکت Instron ایالات متحده و گیره پنوماتیک 2712-003 آن برای آزمایش استفاده شده است. سرعت کشش 10 میلی متر در دقیقه بود و نمونه 7 بار تکرار شد و مقدار متوسط ​​محاسبه شد.

3.2.7 نفوذپذیری اکسیژن فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.7.1 اصل تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن

پس از نصب نمونه آزمایشی، حفره آزمایش به دو قسمت A و B تقسیم می شود. یک جریان اکسیژن با خلوص بالا با سرعت جریان معین به حفره A و یک جریان نیتروژن با سرعت جریان معین به حفره B منتقل می شود. در طی فرآیند آزمایش، حفره A اکسیژن از طریق نمونه به حفره B نفوذ می کند و اکسیژن نفوذ یافته به حفره B توسط جریان نیتروژن حمل می شود و حفره B را ترک می کند تا به حسگر اکسیژن برسد. سنسور اکسیژن میزان اکسیژن موجود در جریان نیتروژن را اندازه گیری می کند و یک سیگنال الکتریکی مربوطه را خروجی می دهد و در نتیجه اکسیژن نمونه را محاسبه می کند. انتقال

3.2.7.2 روش تست

Pick undamaged edible composite films, cut them into 10.16 x 10.16 cm diamond-shaped samples, coat the edge surfaces of the clamps with vacuum grease, and clamp the samples to the test block. تست شده بر اساس ASTM D-3985، هر نمونه دارای مساحت آزمایش 50 سانتی متر مربع است.

3.3 نتایج و بحث

3.3.1 تجزیه و تحلیل ریزساختار فیلم های کامپوزیت خوراکی

تعامل بین مؤلفه های مایع تشکیل دهنده فیلم و شرایط خشک کردن ساختار نهایی فیلم را تعیین می کند و به طور جدی بر خصوصیات مختلف فیزیکی و شیمیایی فیلم تأثیر می گذارد [330 ، 331]. خواص ذاتی ژل و نسبت ترکیب هر جزء می تواند بر مورفولوژی ترکیب تأثیر بگذارد، که بیشتر بر ساختار سطح و خواص نهایی غشا تأثیر می گذارد [301، 332]. بنابراین، تجزیه و تحلیل ریزساختاری فیلم‌ها می‌تواند اطلاعات مرتبطی در مورد بازآرایی مولکولی هر جزء ارائه دهد، که به نوبه خود می‌تواند به ما در درک بهتر خواص مانع، خواص مکانیکی و خواص نوری فیلم‌ها کمک کند.

میکروسکوپ الکترونی روبشی سطحی فیلم های خوراکی HPS/HPMC با نسبت های مختلف در شکل 3-1 نشان داده شده است. همانطور که از شکل 3-1 مشاهده می شود، برخی از نمونه ها ریز ترک هایی را روی سطح نشان دادند که ممکن است در اثر کاهش رطوبت نمونه در طول آزمایش، یا در اثر حمله پرتو الکترونی در حفره میکروسکوپ ایجاد شود [122]. ، 139]. در شکل، غشاء HPS خالص و HPMC خالص. غشاها سطوح میکروسکوپی نسبتاً صافی را نشان دادند و ریزساختار غشاهای HPS خالص نسبت به غشاهای HPMC خالص همگن تر و صاف تر بود، که ممکن است عمدتاً به دلیل ماکرومولکول های نشاسته (مولکول های آمیلوز و مولکول های آمیلوپکتین) در طول فرآیند خنک سازی باشد.) به بازآرایی مولکولی بهتری دست یافت. در محلول آبی بسیاری از مطالعات نشان داده اند که سیستم آمیلوز-آمیلوپکتین-آب در فرآیند خنک سازی

ممکن است یک مکانیسم رقابتی بین تشکیل ژل و جداسازی فاز وجود داشته باشد. اگر سرعت جداسازی فاز کمتر از سرعت تشکیل ژل باشد، جداسازی فاز در سیستم اتفاق نمی‌افتد، در غیر این صورت، جداسازی فاز در سیستم رخ می‌دهد [333، 334]. علاوه بر این، زمانی که محتوای آمیلوز از 25% فراتر رود، ژلاتینه شدن آمیلوز و ساختار شبکه آمیلوز پیوسته می تواند به طور قابل توجهی از ظاهر جداسازی فاز جلوگیری کند [334]. محتوای آمیلوز HPS مورد استفاده در این مقاله 80٪ است، بسیار بیشتر از 25٪، بنابراین این پدیده را بهتر نشان می دهد که غشاهای HPS خالص همگن تر و صاف تر از غشاهای HPMC خالص هستند.

از مقایسه شکل ها می توان دریافت که سطوح تمام لایه های کامپوزیت نسبتا ناهموار هستند و برخی برجستگی های نامنظم پراکنده هستند که نشان می دهد درجه خاصی از اختلاط ناپذیری بین HPMC و HPS وجود دارد. علاوه بر این، غشاهای کامپوزیتی با محتوای HPMC بالا ساختار همگن تری نسبت به غشاهای با محتوای HPS بالا نشان دادند. تراکم مبتنی بر HPS در دمای تشکیل فیلم 37 درجه سانتیگراد

بر اساس خواص ژل، HPS یک حالت ژل چسبناک ارائه کرد. در حالی که بر اساس خواص ژل حرارتی HPMC، HPMC یک حالت محلول آب مانند ارائه کرد. در غشای کامپوزیتی با محتوای HPS بالا (7:3 HPS/HPMC)، HPS چسبناک فاز پیوسته است، و HPMC آب مانند در فاز پیوسته HPS با ویسکوزیته بالا به عنوان فاز پراکنده، که مساعد نیست، پراکنده می شود. توزیع یکنواخت فاز پراکنده؛ در فیلم کامپوزیت با محتوای HPMC بالا (3:7 HPS/HPMC)، HPMC با ویسکوزیته کم به فاز پیوسته تبدیل می‌شود و HPS ویسکوز در فاز HPMC با ویسکوزیته پایین به عنوان فاز پراکنده پراکنده می‌شود که منجر به تشکیل یک فاز همگن سیستم مرکب

از این شکل می توان دید که اگرچه همه فیلم های کامپوزیت ساختارهای سطح خشن و ناهمگن را نشان می دهند ، هیچ رابط فاز آشکاری یافت نمی شود ، نشان می دهد که HPMC و HPS سازگاری خوبی دارند. فیلم های کامپوزیت HPMC/نشاسته بدون پلاستیک ساز مانند PEG جداسازی فاز آشکار را نشان داد [301] ، بنابراین نشان می دهد که هر دو اصلاح هیدروکسی پروپیل پلاستیک سازهای نشاسته و PEG می توانند سازگاری کامپوزیت را بهبود بخشند.

3.3.2 تجزیه و تحلیل خواص نوری فیلم های کامپوزیت خوراکی

خواص انتقال نور فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS با نسبت های مختلف توسط اسپکتروفتومتر UV-vis مورد آزمایش قرار گرفت و طیف UV در شکل 3-2 نشان داده شده است. هرچه مقدار عبور نور بزرگتر باشد، فیلم یکنواخت تر و شفاف تر است. برعکس، هرچه مقدار عبور نور کوچکتر باشد، فیلم ناهموارتر و مات تر است. از شکل 3-2 (الف) می توان دید که تمام فیلم های کامپوزیت روند مشابهی را با افزایش طول موج روبشی در محدوده اسکن طول موج کامل نشان می دهند و عبور نور به تدریج با افزایش طول موج افزایش می یابد. در 350 نانومتر، منحنی ها به سمت فلات تمایل دارند.

گذردهی را در طول موج 500 نانومتر برای مقایسه انتخاب کنید، همانطور که در شکل 3-2 (ب) نشان داده شده است، عبور فیلم HPS خالص کمتر از فیلم HPMC خالص است و با افزایش محتوای HPMC، انتقال ابتدا کاهش می یابد. و پس از رسیدن به حداقل مقدار افزایش یافت. هنگامی که محتوای HPMC به 70٪ افزایش یافت، عبور نور فیلم کامپوزیت بیشتر از HPS خالص بود. به خوبی شناخته شده است که یک سیستم همگن عبور نور بهتری را نشان می دهد و مقدار عبور اندازه گیری شده با اشعه ماوراء بنفش عموماً بالاتر است. مواد ناهمگن عموماً مات تر هستند و دارای مقادیر عبور UV کمتری هستند. مقادیر عبور فیلم های کامپوزیت (7:3، 5:5) کمتر از فیلم های HPS و HPMC خالص بود، که نشان می دهد درجه خاصی از جدایی فاز بین دو جزء HPS و HPMC وجود دارد.

شکل 3-2 طیف UV در تمام طول موج ها (a)، و در 500 نانومتر (b)، برای فیلم های ترکیبی HPS/HPMC. نوار نشان دهنده میانگین ± انحرافات استاندارد است. ac: حروف مختلف به طور قابل توجهی با نسبت ترکیبی مختلف متفاوت هستند (05/0p<)، که در پایان نامه کامل اعمال می شود.

3.3.3 آنالیز دینامیکی ترمومکانیکی فیلم های کامپوزیتی خوراکی

شکل 3-3 خواص ترمومکانیکی دینامیکی فیلم های خوراکی HPMC/HPS با فرمولاسیون های مختلف را نشان می دهد. از شکل 3-3(a) می توان دید که مدول ذخیره سازی (E') با افزایش محتوای HPMC کاهش می یابد. علاوه بر این، مدول ذخیره سازی همه نمونه ها به تدریج با افزایش دما کاهش یافت، با این تفاوت که مدول ذخیره سازی فیلم HPS خالص (10:0) پس از افزایش دما به 70 درجه سانتی گراد اندکی افزایش یافت. در دمای بالا، برای فیلم کامپوزیت با محتوای HPMC بالا، مدول ذخیره سازی فیلم کامپوزیت با افزایش دما روند نزولی آشکاری دارد. در حالی که برای نمونه با محتوای HPS بالا، مدول ذخیره سازی تنها با افزایش دما کمی کاهش می یابد.

شکل 3-3 مدول ذخیره سازی (E') (a) و مماس از دست دادن (tan δ) (b) فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

از شکل 3-3 (ب) مشاهده می شود که نمونه های با محتوای HPMC بالاتر از 30٪ (5:5، 3:7، 0:10) همگی یک پیک انتقال شیشه ای را نشان می دهند و با افزایش محتوای HPMC، انتقال شیشه ای دمای انتقال به دمای بالا منتقل شد، که نشان می دهد که انعطاف پذیری زنجیره پلیمری HPMC کاهش یافته است. از سوی دیگر، غشای HPS خالص یک پیک پوششی بزرگ در حدود 67 درجه سانتیگراد را نشان می دهد، در حالی که غشای کامپوزیت با محتوای 70 درصد HPS هیچ انتقال شیشه ای آشکاری ندارد. این ممکن است به این دلیل باشد که درجه خاصی از تعامل بین HPMC و HPS وجود دارد، بنابراین حرکت بخش‌های مولکولی HPMC و HPS را محدود می‌کند.

3.3.4 تجزیه و تحلیل پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی

شکل 3-4 منحنی های TGA (الف) و منحنی های مشتق شده آنها (DTG) (ب) فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS توسط آنالایزر ترموگراویمتری مورد آزمایش قرار گرفت. شکل 3-4 منحنی ترموگراویمتری (TGA) و منحنی نرخ کاهش وزن آن (DTG) فیلم کامپوزیت را نشان می دهد. از منحنی TGA در شکل 3-4 (a) می توان دریافت که نمونه های غشای کامپوزیت با نسبت های مختلف دو مرحله تغییر ترموگراومتری آشکار را با افزایش دما نشان می دهد. تبخیر شدن آب جذب شده توسط ماکرومولکول پلی ساکارید منجر به کاهش وزن کوچک در دمای 30 تا 180 درجه سانتیگراد قبل از تجزیه حرارتی واقعی می شود. متعاقباً، فاز بزرگ‌تری از کاهش وزن در دمای 300 تا 450 درجه سانتی‌گراد وجود دارد که در اینجا مرحله تخریب حرارتی HPMC و HPS است.

از منحنی‌های DTG در شکل 3-4 (ب)، می‌توان مشاهده کرد که دمای پیک تخریب حرارتی HPS خالص و HPMC خالص به ترتیب 338 درجه سانتی‌گراد و 400 درجه سانتی‌گراد است و دمای اوج تخریب حرارتی HPMC خالص است. بالاتر از HPS، نشان می دهد که HPMC پایداری حرارتی بهتر از HPS است. هنگامی که محتوای HPMC 30٪ بود (7:3)، یک پیک منفرد در 347 درجه سانتیگراد ظاهر شد که مربوط به اوج مشخصه HPS است، اما دما بالاتر از اوج تخریب حرارتی HPS بود. هنگامی که محتوای HPMC 70٪ بود (3:7)، تنها اوج مشخصه HPMC در 400 درجه سانتیگراد ظاهر شد. هنگامی که محتوای HPMC 50٪ بود، دو پیک تخریب حرارتی در منحنی DTG، به ترتیب 345 درجه سانتیگراد و 396 درجه سانتیگراد ظاهر شد. پیک ها به ترتیب با پیک های مشخصه HPS و HPMC مطابقت دارند، اما پیک تخریب حرارتی مربوط به HPS کوچکتر است و هر دو پیک جابجایی خاصی دارند. مشاهده می شود که اکثر غشاهای کامپوزیتی فقط یک پیک منفرد مشخصه مربوط به یک جزء خاص را نشان می دهند و در مقایسه با غشای جزئی خالص افست می شوند که نشان می دهد تفاوت خاصی بین اجزای HPMC و HPS وجود دارد. درجه سازگاری دمای اوج تخریب حرارتی غشای کامپوزیت بالاتر از HPS خالص بود، که نشان می‌دهد HPMC می‌تواند پایداری حرارتی غشاء HPS را تا حد معینی بهبود بخشد.

3.3.5 تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت خوراکی

خواص کششی لایه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با نسبت‌های مختلف توسط تحلیلگر خواص مکانیکی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی 57 و 75 درصد اندازه‌گیری شد. شکل 3-5 مدول الاستیک (a)، ازدیاد طول در شکست (b) و استحکام کششی (c) لایه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با نسبت‌های مختلف تحت رطوبت نسبی متفاوت را نشان می‌دهد. از شکل می توان دریافت که وقتی رطوبت نسبی 57٪ است، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم HPS خالص بزرگترین و HPMC خالص کوچکترین است. با افزایش محتوای HPS، مدول الاستیک و استحکام کششی لایه های کامپوزیت به طور مداوم افزایش یافت. ازدیاد طول در هنگام شکست غشای HPMC خالص بسیار بزرگتر از غشای HPS خالص است و هر دو بیشتر از غشای کامپوزیت هستند.

هنگامی که رطوبت نسبی بالاتر (75٪) در مقایسه با رطوبت نسبی 57٪ بود، مدول الاستیک و استحکام کششی همه نمونه ها کاهش یافت، در حالی که ازدیاد طول در هنگام شکست به طور قابل توجهی افزایش یافت. این عمدتا به این دلیل است که آب، به عنوان یک نرم کننده عمومی، می تواند ماتریس HPMC و HPS را رقیق کند، نیروی بین زنجیره های پلیمری را کاهش دهد و تحرک بخش های پلیمری را بهبود بخشد. در رطوبت نسبی بالا، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم‌های HPMC خالص بالاتر از فیلم‌های HPS خالص بود، اما ازدیاد طول در هنگام شکست کمتر بود، نتیجه‌ای که کاملاً با نتایج در رطوبت کم متفاوت بود. شایان ذکر است که تغییرات خواص مکانیکی لایه‌های کامپوزیت با نسبت اجزاء در رطوبت بالا 75 درصد کاملاً برعکس رطوبت کم در مقایسه با رطوبت نسبی 57 درصد است. در رطوبت بالا، رطوبت فیلم افزایش می‌یابد و آب نه تنها اثر نرم‌کننده خاصی روی ماتریس پلیمری دارد، بلکه باعث تبلور مجدد نشاسته می‌شود. در مقایسه با HPMC، HPS تمایل قوی تری به تبلور مجدد دارد، بنابراین تأثیر رطوبت نسبی بر HPS بسیار بیشتر از HPMC است.

شکل 3-5 خواص کششی لایه‌های HPS/HPMC با نسبت‌های مختلف HPS/HPMC که تحت شرایط فروتنی نسبی (RH) مختلف متعادل شده‌اند. *: حروف اعداد مختلف با RH های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت هستند که در پایان نامه کامل اعمال می شوند

3.3.6 تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن فیلمهای کامپوزیت خوراکی

فیلم کامپوزیت خوراکی به عنوان ماده بسته بندی مواد غذایی برای افزایش ماندگاری مواد غذایی استفاده می شود و عملکرد مانع اکسیژن آن یکی از شاخص های مهم است. بنابراین، نرخ انتقال اکسیژن فیلم های خوراکی با نسبت های مختلف HPMC/HPS در دمای 23 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد و نتایج در شکل 3-6 نشان داده شده است. از شکل می توان دریافت که نفوذپذیری اکسیژن غشاء HPS خالص به طور قابل توجهی کمتر از غشای HPMC خالص است، که نشان می دهد غشاء HPS دارای خواص مانع اکسیژن بهتری نسبت به غشاء HPMC است. با توجه به ویسکوزیته کم و وجود مناطق آمورف، HPMC به راحتی می‌تواند یک ساختار شبکه با چگالی کم نسبتاً شل را در فیلم تشکیل دهد. در مقایسه با HPS، تمایل بیشتری به تبلور مجدد دارد و تشکیل ساختار متراکم در فیلم آسان است. بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که فیلم‌های نشاسته‌ای در مقایسه با سایر پلیمرها دارای خواص مانع اکسیژن خوبی هستند [139، 301، 335، 336].

شکل 3-6 نفوذپذیری اکسیژن فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

افزودن HPS می تواند به طور قابل توجهی نفوذپذیری اکسیژن غشاهای HPMC را کاهش دهد و نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت به شدت با افزایش محتوای HPS کاهش می یابد. افزودن HPS غیر قابل نفوذ به اکسیژن می تواند پیچ ​​خوردگی کانال اکسیژن در غشای کامپوزیت را افزایش دهد که به نوبه خود منجر به کاهش سرعت نفوذ اکسیژن و در نهایت کاهش نفوذپذیری اکسیژن می شود. نتایج مشابهی برای سایر نشاسته های بومی گزارش شده است [139,301].

3.4 خلاصه این فصل

در این فصل با استفاده از HPMC و HPS به عنوان مواد اولیه اصلی و افزودن پلی اتیلن گلیکول به عنوان نرم کننده، فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS با نسبت های مختلف به روش ریخته گری تهیه شد. تأثیر خواص ذاتی اجزا و نسبت ترکیب بر روی مورفولوژی میکروسکوپی غشای کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. خواص مکانیکی غشای کامپوزیت توسط تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. تاثیر خواص ذاتی اجزا و نسبت ترکیب بر روی خواص مانع اکسیژن و عبور نور فیلم کامپوزیت توسط تستر عبور اکسیژن و اسپکتروفتومتر UV-vis مورد مطالعه قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز حرارتی وزن سنجی و آنالیز حرارتی دینامیکی استفاده شد. تجزیه و تحلیل مکانیکی و سایر روش های تحلیلی برای مطالعه سازگاری و جداسازی فاز سیستم ترکیبی ژل سرد-گرم استفاده شد. یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. در مقایسه با HPMC خالص، HPS خالص برای تشکیل مورفولوژی سطح میکروسکوپی همگن و صاف آسان تر است. این عمدتاً به دلیل بازآرایی مولکولی بهتر ماکرومولکول‌های نشاسته (مولکول‌های آمیلوز و مولکول‌های آمیلوپکتین) در محلول آبی نشاسته در طول فرآیند خنک‌سازی است.
2. ترکیبات با محتوای HPMC بالا به احتمال زیاد ساختارهای غشایی همگن تشکیل می دهند. این عمدتا بر اساس خواص ژل HPMC و HPS است. در دمای تشکیل فیلم، HPMC و HPS به ترتیب حالت محلول با ویسکوزیته پایین و حالت ژل با ویسکوزیته بالا را نشان می‌دهند. فاز پراکنده با ویسکوزیته بالا در فاز پیوسته با ویسکوزیته پایین پراکنده می شود. ، تشکیل یک سیستم همگن آسان تر است.
3. رطوبت نسبی تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS دارد و درجه تأثیر آن با افزایش محتوای HPS افزایش می یابد. در رطوبت نسبی کمتر، هم مدول الاستیک و هم استحکام کششی لایه‌های کامپوزیت با افزایش محتوای HPS افزایش یافت و ازدیاد طول در هنگام شکست فیلم‌های کامپوزیت به طور قابل‌توجهی کمتر از فیلم‌های جزء خالص بود. با افزایش رطوبت نسبی، مدول الاستیک و استحکام کششی لایه کامپوزیت کاهش یافت و ازدیاد طول در هنگام شکست به طور قابل توجهی افزایش یافت و رابطه بین خواص مکانیکی لایه کامپوزیت و نسبت ترکیب، الگوی تغییر کاملاً مخالف را تحت شرایط مختلف نشان داد. رطوبت نسبی خواص مکانیکی غشاهای کامپوزیتی با نسبت‌های ترکیبی متفاوت، یک تقاطع را در شرایط رطوبت نسبی مختلف نشان می‌دهد که امکان بهینه‌سازی عملکرد محصول را با توجه به نیازهای کاربردی مختلف فراهم می‌کند.
4. افزودن HPS به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن غشای کامپوزیت را بهبود بخشید. نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت به شدت با افزایش محتوای HPS کاهش یافت.
5. در سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS، سازگاری خاصی بین دو جزء وجود دارد. هیچ رابط دو فازی آشکاری در تصاویر SEM همه فیلم‌های کامپوزیت یافت نشد، بیشتر فیلم‌های کامپوزیت تنها یک نقطه انتقال شیشه‌ای در نتایج DMA داشتند و تنها یک پیک تخریب حرارتی در منحنی‌های DTG اکثر کامپوزیت‌ها ظاهر شد. فیلم ها این نشان می دهد که توصیفی خاصی بین HPMC و HPS وجود دارد.

نتایج تجربی بالا نشان می دهد که ترکیب HPS و HPMC نه تنها می تواند هزینه تولید فیلم خوراکی HPMC را کاهش دهد، بلکه عملکرد آن را نیز بهبود می بخشد. خواص مکانیکی، خواص مانع اکسیژن و خواص نوری فیلم کامپوزیت خوراکی را می توان با تنظیم نسبت ترکیبی دو جزء و رطوبت نسبی محیط خارجی به دست آورد.

فصل 4 رابطه بین میکرومورفولوژی و خواص مکانیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

در مقایسه با آنتروپی اختلاط بالاتر در طول اختلاط آلیاژهای فلزی، آنتروپی اختلاط در طول ترکیب پلیمری معمولاً بسیار کوچک است و گرمای ترکیب در طول ترکیب معمولاً مثبت است که منجر به فرآیندهای ترکیب پلیمر می شود. تغییر انرژی آزاد گیبس در مثبت است (���بنابراین، فرمول‌های پلیمری تمایل به تشکیل سیستم‌های دو فازی از هم فاز دارند و فرمول‌های پلیمری کاملاً سازگار بسیار نادر هستند [242].

سیستم‌های ترکیبی امتزاج‌پذیر معمولاً می‌توانند در ترمودینامیک به امتزاج‌پذیری در سطح مولکولی دست یابند و ترکیب‌های همگن را تشکیل دهند، بنابراین بیشتر سیستم‌های ترکیب پلیمری غیرقابل اختلاط هستند. با این حال، بسیاری از سیستم های ترکیبی پلیمری می توانند تحت شرایط خاصی به یک حالت سازگار برسند و به سیستم های ترکیبی با سازگاری معین تبدیل شوند [257].

خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی سیستم های کامپوزیت پلیمری تا حد زیادی به برهمکنش و مورفولوژی فاز اجزای آنها بستگی دارد، به ویژه سازگاری بین اجزا و ترکیب فازهای پیوسته و پراکنده [301]. بنابراین، مطالعه مورفولوژی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت و ایجاد ارتباط بین آنها از اهمیت بالایی برخوردار است که برای کنترل خواص مواد کامپوزیت با کنترل ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت از اهمیت بالایی برخوردار است.

در فرآیند مطالعه مورفولوژی و نمودار فازی سیستم پیچیده، انتخاب ابزار مناسب برای تشخیص اجزای مختلف بسیار مهم است. با این حال، تمایز بین HPMC و HPS بسیار دشوار است، زیرا هر دو دارای شفافیت خوب و ضریب شکست مشابه هستند، بنابراین تشخیص این دو جزء با میکروسکوپ نوری دشوار است. علاوه بر این، از آنجا که هر دو مواد آلی مبتنی بر کربن هستند، بنابراین این دو دارای جذب انرژی مشابهی هستند، بنابراین تشخیص دقیق جفت اجزا برای میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز دشوار است. طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه می‌تواند تغییرات مورفولوژی و نمودار فازی سیستم پیچیده پروتئین-نشاسته را با نسبت مساحت نوار پلی‌ساکارید در 1180-953 سانتی‌متر و نوار آمید در 1750-1483 سانتی‌متر منعکس کند [52, 337] ، اما این تکنیک بسیار پیچیده است و به طور معمول نیاز به تکنیک های مادون قرمز تبدیل به تابش سینکروترون فوریه برای تولید کنتراست کافی برای سیستم های هیبریدی HPMC/HPS دارد. همچنین تکنیک هایی برای دستیابی به این جداسازی قطعات مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری و پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک وجود دارد ، اما این تکنیک ها معمولاً پیچیده هستند [338]. در این موضوع ، از روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید ساده استفاده می شود ، و این اصل که گروه انتهایی ساختار مارپیچ آمیلوز می تواند با ید واکنش نشان دهد تا مجتمع های گنجاندن برای رنگ آمیزی سیستم ترکیب HPMC/HPS توسط رنگ آمیزی ید استفاده شود ، بنابراین که HPS اجزاء از اجزای HPMC با رنگ‌های متفاوتشان در زیر میکروسکوپ نوری متمایز شدند. بنابراین ، روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید یک روش تحقیق ساده و مؤثر برای مورفولوژی و نمودار فاز سیستم های پیچیده مبتنی بر نشاسته است.

در این فصل، مورفولوژی میکروسکوپی، توزیع فاز، انتقال فاز و سایر ریزساختارهای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با استفاده از تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی ید مورد مطالعه قرار گرفت. و خواص مکانیکی و سایر خواص ماکروسکوپی؛ و از طریق تجزیه و تحلیل همبستگی مورفولوژی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی غلظت‌های محلول مختلف و نسبت‌های ترکیبی، رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS به منظور کنترل HPMC/HPS ایجاد شد. زمینه ای برای خواص مواد کامپوزیت فراهم کنید.

4.1 مواد و تجهیزات

4.1.1 مواد آزمایشی اصلی

4.2 روش تجربی

4.2.1 تهیه محلول ترکیبی HPMC/HPS

محلول HPMC و محلول HPS را در غلظت های 3%، 5%، 7% و 9% آماده کنید، برای روش آماده سازی به 2.2.1 مراجعه کنید. محلول HPMC و محلول HPS را مطابق با 100:0، 90:10، 80:20، 70:30، 60:40، 50:50، 45:55، 40:60، 30:70، 20:80، 0: 100 نسبت مختلف با سرعت 250 دور بر دقیقه در دمای 21 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه مخلوط شدند و محلول های مخلوط با غلظت های مختلف و نسبت های مختلف به دست آمد.

4.2.2 تهیه غشای کامپوزیت HPMC/HPS

3.2.1 را ببینید.

4.2.3 تهیه کپسول های کامپوزیت HPMC/HPS

به محلول تهیه شده در بند 2.2.1 مراجعه کنید، از قالب فولادی ضد زنگ برای غوطه ور کردن استفاده کنید و آن را در دمای 37 درجه سانتی گراد خشک کنید. کپسول های خشک شده را بیرون بیاورید، مقدار اضافی آن را جدا کنید و آنها را کنار هم قرار دهید تا یک جفت تشکیل شود.

4.2.4 میکروسکوپ نوری فیلم کامپوزیت HPMC/HPS

4.2.4.1 اصول آنالیز میکروسکوپ نوری

میکروسکوپ نوری از اصل نوری تصویربرداری توسط یک لنز محدب استفاده می کند و از دو لنز همگرا برای گسترش زاویه باز مواد کوچک در نزدیکی چشم استفاده می کند و اندازه مواد ریز و درشت را بزرگ می کند که توسط چشم انسان قابل تشخیص نیست تا اندازه مواد با چشم انسان قابل تشخیص باشد.

4.2.4.2 روش تست

محلول‌های ترکیب HPMC/HPS با غلظت‌ها و نسبت‌های ترکیبی مختلف در دمای 21 درجه سانتی‌گراد خارج شد، روی یک لام شیشه‌ای ریخته شد، در یک لایه نازک ریخته شد و در همان دما خشک شد. فیلم ها با محلول ید 1% رنگ آمیزی شدند (1 گرم ید و 10 گرم یدید پتاسیم در یک فلاسک حجمی 100 میلی لیتری قرار داده شد و در اتانول حل شد)، برای مشاهده در میدان میکروسکوپ نوری قرار داده شد و عکسبرداری شد.

4.2.5 عبور نور از فیلم کامپوزیت HPMC/HPS

4.2.5.1 اصل آنالیز اسپکتروفتومتری UV-vis

همانند 3.2.3.1.

4.2.5.1 روش تست

3.2.3.2 را ببینید.

4.2.6 خواص کششی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS

4.2.6.1 اصل تحلیل خواص کششی

همانند 3.2.3.1.

4.2.6.1 روش تست

نمونه ها پس از تعادل در رطوبت 73 درصد به مدت 48 ساعت مورد آزمایش قرار گرفتند. برای روش تست به 3.2.3.2 مراجعه کنید.

4.3 نتایج و بحث

4.3.1 مشاهده شفافیت محصول

شکل 4-1 فیلم ها و کپسول های خوراکی تهیه شده با ترکیب HPMC و HPS را در نسبت ترکیب 70:30 نشان می دهد. همانطور که از شکل مشخص است، محصولات شفافیت خوبی دارند که نشان می دهد HPMC و HPS دارای ضریب شکست مشابه هستند و پس از ترکیب این دو می توان یک ترکیب همگن به دست آورد.

4.3.2 تصاویر میکروسکوپ نوری از کمپلکس های HPMC/HPS قبل و بعد از رنگ آمیزی

شکل 4-2 مورفولوژی معمولی قبل و بعد از رنگرزی کمپلکس های HPMC/HPS را با نسبت های مختلف ترکیبی مشاهده شده در زیر میکروسکوپ نوری نشان می دهد. همانطور که از شکل مشاهده می شود، تشخیص فاز HPMC و فاز HPS در شکل رنگ نشده مشکل است. HPMC خالص رنگ شده و HPS خالص رنگ های منحصر به فرد خود را نشان می دهند که به این دلیل است که واکنش HPS و ید از طریق رنگ آمیزی ید رنگ آن تیره تر می شود. بنابراین، دو فاز در سیستم ترکیبی HPMC/HPS به سادگی و به وضوح از هم متمایز می شوند، که بیشتر ثابت می کند که HPMC و HPS امتزاج پذیر نیستند و نمی توانند یک ترکیب همگن تشکیل دهند. همانطور که از شکل مشخص است، با افزایش محتوای HPS، مساحت ناحیه تاریک (فاز HPS) در شکل همانطور که انتظار می‌رود افزایش می‌یابد، بنابراین تأیید می‌کند که بازآرایی دو فازی در طول این فرآیند اتفاق می‌افتد. هنگامی که محتوای HPMC بالاتر از 40٪ باشد، HPMC حالت فاز پیوسته را نشان می دهد و HPS در فاز پیوسته HPMC به عنوان فاز پراکنده پراکنده می شود. در مقابل، زمانی که محتوای HPMC کمتر از 40 درصد باشد، HPS حالت فاز پیوسته را نشان می‌دهد و HPMC در فاز پیوسته HPS به عنوان فاز پراکنده پراکنده می‌شود. بنابراین، در محلول ترکیبی 5% HPMC/HPS، با افزایش محتوای HPS، زمانی که نسبت ترکیب HPMC/HPS 40:60 بود، برعکس اتفاق افتاد. فاز پیوسته از فاز HPMC اولیه به فاز HPS بعدی تغییر می کند. با مشاهده شکل فاز، می توان دریافت که فاز HPMC در ماتریس HPS پس از پراکندگی کروی است، در حالی که شکل پراکنده فاز HPS در ماتریس HPMC نامنظم تر است.

علاوه بر این، با محاسبه نسبت مساحت ناحیه رنگ روشن (HPMC) به ناحیه تیره (HPS) در مجموعه HPMC/HPS پس از رنگرزی (بدون در نظر گرفتن وضعیت مزوفاز)، مشخص شد که مساحت HPMC (رنگ روشن)/HPS (رنگ تیره) در شکل نسبت همیشه بیشتر از نسبت ترکیبی HPMC/HPS واقعی است. به عنوان مثال، در نمودار رنگ آمیزی ترکیب HPMC/HPS با نسبت ترکیب 50:50، مساحت HPS در ناحیه اینترفاز محاسبه نشده است و نسبت ناحیه روشن به تاریکی 71/29 است. این نتیجه وجود تعداد زیادی مزوفاز در سیستم کامپوزیت HPMC/HPS را تایید می کند.

به خوبی شناخته شده است که سیستم های ترکیبی پلیمری کاملاً سازگار بسیار نادر هستند زیرا در طول فرآیند ترکیب پلیمری، گرمای ترکیب معمولاً مثبت است و آنتروپی ترکیب معمولاً تغییر کمی می کند، بنابراین انرژی آزاد در طول ترکیب به مقدار مثبت تغییر می کند. با این حال، در سیستم ترکیبی HPMC/HPS، HPMC و HPS همچنان امیدوار هستند که درجه سازگاری بیشتری را نشان دهند، زیرا HPMC و HPS هر دو پلی ساکاریدهای آبدوست هستند، واحد ساختاری یکسانی دارند - گلوکز، و گروه عملکردی یکسانی با آن اصلاح شده است. هیدروکسی پروپیل پدیده مزوفازهای متعدد در سیستم ترکیبی HPMC/HPS همچنین نشان می‌دهد که HPMC و HPS در ترکیب دارای درجه خاصی از سازگاری هستند و پدیده مشابهی در سیستم ترکیبی نشاسته-پلی‌وینیل الکل با پلاستی‌سایزر اضافه شده رخ می‌دهد. نیز ظاهر شد [339].

4.3.3 رابطه بین مورفولوژی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیبی

رابطه بین مورفولوژی، پدیده جداسازی فاز، شفافیت و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفت. شکل 4-3 اثر محتوای HPS را بر خواص ماکروسکوپی مانند شفافیت و مدول کششی سیستم ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد. از شکل می توان دریافت که شفافیت HPMC خالص بالاتر از HPS خالص است، عمدتاً به این دلیل که تبلور مجدد نشاسته باعث کاهش شفافیت HPS می شود و اصلاح هیدروکسی پروپیل نشاسته نیز دلیل مهمی برای کاهش شفافیت است. HPS [340، 341]. از شکل می توان دریافت که انتقال سیستم ترکیبی HPMC/HPS با اختلاف محتوای HPS دارای حداقل مقدار خواهد بود. انتقال سیستم ترکیبی، در محدوده محتوای HPS زیر 70٪، با افزایش می یابدit با افزایش محتوای HPS کاهش می یابد. هنگامی که محتوای HPS از 70٪ بیشتر می شود، با افزایش محتوای HPS افزایش می یابد. این پدیده به این معنی است که سیستم ترکیبی HPMC/HPS غیرقابل امتزاج است، زیرا پدیده جداسازی فاز سیستم منجر به کاهش عبور نور می شود. در مقابل، مدول یانگ سیستم مرکب نیز با نسبت های مختلف یک نقطه حداقل ظاهر شد و مدول یانگ با افزایش محتوای HPS به کاهش خود ادامه داد و زمانی که محتوای HPS 60 درصد بود به پایین ترین نقطه رسید. مدول به افزایش خود ادامه داد و مدول کمی افزایش یافت. مدول یانگ سیستم ترکیبی HPMC/HPS یک مقدار حداقل را نشان داد که همچنین نشان داد که سیستم ترکیبی یک سیستم غیرقابل امتزاج است. پایین ترین نقطه عبور نور سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نقطه انتقال فاز فاز پیوسته HPMC به فاز پراکنده و پایین ترین نقطه مقدار مدول یانگ در شکل 4-2 مطابقت دارد.

4-3-4 تأثیر غلظت محلول بر مورفولوژی میکروسکوپی سیستم ترکیب

شکل 4-4 اثر غلظت محلول را بر مورفولوژی و انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد. همانطور که از شکل مشاهده می شود، غلظت کم 3٪ سیستم ترکیبی HPMC/HPS، در نسبت ترکیب HPMC/HPS 40:60 است، ظاهر ساختار پیوسته را می توان مشاهده کرد. در حالی که در غلظت بالای محلول 7 درصد، این ساختار پیوسته در شکل با نسبت ترکیبی 50:50 مشاهده می شود. این نتیجه نشان می دهد که نقطه گذار فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS وابستگی خاصی به غلظت دارد و نسبت ترکیب HPMC/HPS انتقال فاز با افزایش غلظت محلول ترکیب افزایش می یابد و HPS تمایل به تشکیل فاز پیوسته دارد. . . علاوه بر این، حوزه‌های HPS پراکنده در فاز پیوسته HPMC، شکل‌ها و مورفولوژی‌های مشابهی را با تغییر غلظت نشان دادند. در حالی که فازهای پراکنده HPMC پراکنده در فاز پیوسته HPS اشکال و مورفولوژی های متفاوتی را در غلظت های مختلف نشان دادند. و با افزایش غلظت محلول، ناحیه پراکندگی HPMC بیش از پیش نامنظم شد. دلیل اصلی این پدیده این است که ویسکوزیته محلول HPS بسیار بالاتر از محلول HPMC در دمای اتاق است و تمایل فاز HPMC به شکل گیری یک حالت کروی منظم به دلیل کشش سطحی سرکوب می شود.

4.3.5 اثر غلظت محلول بر خواص مکانیکی سیستم ترکیب

مطابق با مورفولوژی شکل. از شکل مشاهده می شود که مدول یانگ و ازدیاد طول در هنگام شکست سیستم کامپوزیت HPMC/HPS با افزایش غلظت محلول تمایل به کاهش دارد که با تبدیل تدریجی HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده در شکل 4 مطابقت دارد. -4. مورفولوژی میکروسکوپی سازگار است. از آنجایی که مدول یانگ هموپلیمر HPMC بالاتر از HPS است، پیش‌بینی می‌شود که مدول یانگ سیستم کامپوزیت HPMC/HPS زمانی که HPMC فاز پیوسته باشد، بهبود می‌یابد.

4.4 خلاصه این فصل

در این فصل، محلول‌های ترکیبی HPMC/HPS و فیلم‌های کامپوزیت خوراکی با غلظت‌ها و نسبت‌های ترکیبی مختلف تهیه شد و مورفولوژی میکروسکوپی و انتقال فاز سیستم ترکیب HPMC/HPS با تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگ‌آمیزی ید برای تشخیص فازهای نشاسته مشاهده شد. انتقال نور و خواص مکانیکی فیلم کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS توسط اسپکتروفتومتر UV-vis و تستر خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت و اثرات غلظت‌ها و نسبت‌های ترکیبی مختلف بر خواص نوری و خواص مکانیکی سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS با ترکیب ریزساختار سیستم کامپوزیت، مانند ریزساختار، انتقال فاز و جداسازی فاز، و خواص ماکروسکوپی مانند خواص نوری و خواص مکانیکی ایجاد شد. یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری برای تشخیص فازهای نشاسته با رنگ‌آمیزی ید، ساده‌ترین، مستقیم‌ترین و مؤثرترین روش برای مطالعه مورفولوژی و انتقال فاز سیستم‌های ترکیبی مبتنی بر نشاسته است. با رنگ‌آمیزی ید، فاز نشاسته در زیر میکروسکوپ نوری تیره‌تر و تیره‌تر به نظر می‌رسد، در حالی که HPMC رنگ‌آمیزی ندارد و بنابراین رنگ روشن‌تری دارد.
2. سیستم ترکیبی HPMC/HPS قابل اختلاط نیست و یک نقطه گذار فاز در سیستم ترکیبی وجود دارد و این نقطه انتقال فاز دارای وابستگی نسبت ترکیب معین و وابستگی به غلظت محلول است.
3. سیستم ترکیبی HPMC/HPS سازگاری خوبی دارد و تعداد زیادی مزوفاز در سیستم ترکیبی وجود دارد. در فاز میانی، فاز پیوسته در فاز پراکنده در حالت ذرات پراکنده می شود.
4. فاز پراکنده HPS در ماتریس HPMC شکل کروی مشابهی را در غلظت‌های مختلف نشان داد. HPMC مورفولوژی نامنظم را در ماتریس HPS نشان داد و بی نظمی مورفولوژی با افزایش غلظت افزایش یافت.
5. رابطه بین ریزساختار، انتقال فاز، شفافیت و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شد. الف کمترین نقطه شفافیت سیستم ترکیبی با نقطه انتقال فاز HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده و حداقل نقطه کاهش مدول کششی مطابقت دارد. ب مدول یانگ و ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش غلظت محلول کاهش می یابد که به طور علّی به تغییر مورفولوژیک HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده در سیستم ترکیب مربوط می شود.

به طور خلاصه، خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ارتباط نزدیکی با ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی، انتقال فاز، جداسازی فاز و سایر پدیده ها دارد و خواص کامپوزیت ها را می توان با کنترل ساختار فاز و سازگاری کامپوزیت تنظیم کرد. سیستم

فصل 5 تأثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

به خوبی شناخته شده است که تغییرات کوچک در ساختار شیمیایی نشاسته می تواند منجر به تغییرات چشمگیر در خواص رئولوژیکی آن شود. بنابراین، اصلاح شیمیایی امکان بهبود و کنترل خواص رئولوژیکی محصولات مبتنی بر نشاسته را فراهم می کند [342]. به نوبه خود، تسلط بر تأثیر ساختار شیمیایی نشاسته بر خواص رئولوژیکی آن می‌تواند ویژگی‌های ساختاری محصولات مبتنی بر نشاسته را بهتر درک کند و مبنایی برای طراحی نشاسته‌های اصلاح‌شده با خواص عملکردی نشاسته بهبودیافته فراهم کند [235]. نشاسته هیدروکسی پروپیل یک نشاسته اصلاح شده حرفه ای است که به طور گسترده در زمینه غذا و دارو استفاده می شود. معمولاً با واکنش اتریفیکاسیون نشاسته بومی با اکسید پروپیلن در شرایط قلیایی تهیه می شود. هیدروکسی پروپیل یک گروه آب دوست است. ورود این گروه ها به زنجیره مولکولی نشاسته می تواند پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی را که ساختار گرانول نشاسته را حفظ می کند شکسته یا ضعیف کند. بنابراین، خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته هیدروکسی پروپیل با درجه جایگزینی گروه های هیدروکسی پروپیل در زنجیره مولکولی آن مرتبط است [233، 235، 343، 344].

بسیاری از مطالعات اثر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل را بر خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته هیدروکسی پروپیل بررسی کرده اند. هان و همکاران اثرات نشاسته مومی هیدروکسی پروپیل و نشاسته ذرت هیدروکسی پروپیل را بر ساختار و ویژگی‌های رتروگراسیون کیک‌های برنج کره‌ای مورد مطالعه قرار دادند. این مطالعه نشان داد که هیدروکسی پروپیلاسیون می تواند دمای ژلاتینه شدن نشاسته را کاهش دهد و ظرفیت نگهداری آب نشاسته را بهبود بخشد. عملکرد، و به طور قابل توجهی پدیده پیری نشاسته را در کیک های برنج کره ای مهار کرد [345]. Kaur و همکاران اثر جایگزینی هیدروکسی پروپیل بر خواص فیزیکوشیمیایی انواع مختلف نشاسته سیب‌زمینی را مورد مطالعه قرار داد و دریافت که درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل نشاسته سیب‌زمینی با انواع مختلف متفاوت است و تأثیر آن بر خواص نشاسته با اندازه ذرات بزرگ بیشتر است. واکنش هیدروکسی پروپیلاسیون باعث ایجاد قطعات و شیارهای زیادی روی سطح دانه های نشاسته می شود. جایگزینی هیدروکسی پروپیل می تواند به طور قابل توجهی خواص تورم، حلالیت در آب و حلالیت نشاسته در دی متیل سولفوکسید را بهبود بخشد و شفافیت خمیر نشاسته را بهبود بخشد [346]. لاوال و همکاران اثر جایگزینی هیدروکسی پروپیل بر خواص نشاسته سیب زمینی شیرین را مطالعه کرد. این مطالعه نشان داد که پس از اصلاح هیدروکسی پروپیل، ظرفیت تورم آزاد و حلالیت آب نشاسته بهبود یافته است. تبلور مجدد و رتروگراسیون نشاسته بومی مهار شد. قابلیت هضم بهبود می یابد [347]. اشمیتز و همکاران نشاسته هیدروکسی پروپیل تاپیوکا را تهیه کرد و دریافت که دارای ظرفیت تورم و ویسکوزیته بالاتر، سرعت پیری کمتر و پایداری انجماد و ذوب بالاتر است [344].

با این حال، مطالعات کمی در مورد خواص رئولوژیکی نشاسته هیدروکسی پروپیل وجود دارد و اثرات اصلاح هیدروکسی پروپیل بر روی خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم های ترکیبی مبتنی بر نشاسته تاکنون به ندرت گزارش شده است. چون و همکاران رئولوژی محلول نشاسته برنج هیدروکسی پروپیل با غلظت کم (5%) را مطالعه کرد. نتایج نشان داد که اثر اصلاح هیدروکسی پروپیل بر حالت پایدار و ویسکوالاستیسیته دینامیکی محلول نشاسته با درجه جانشینی مرتبط است و مقدار کمی از جایگزینی هیدروکسی پروپیل می تواند به طور قابل توجهی خواص رئولوژیکی محلول های نشاسته را تغییر دهد. ضریب ویسکوزیته محلول های نشاسته با افزایش درجه تعویض کاهش می یابد و وابستگی دما از خواص رئولوژیکی آن با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد. مقدار با افزایش درجه جانشینی کاهش می یابد [342]. لی و همکاران تأثیر تعویض هیدروکسی پروپیل بر خصوصیات فیزیکی و خصوصیات رئولوژیکی نشاسته سیب زمینی شیرین را مورد بررسی قرار داد ، و نتایج نشان داد که توانایی تورم و حلالیت آب نشاسته با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل افزایش یافته است. مقدار آنتالپی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد. ضریب ویسکوزیته، ویسکوزیته مختلط، تنش تسلیم، ویسکوزیته پیچیده و مدول دینامیکی محلول نشاسته همگی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، شاخص سیال و ضریب تلفات کاهش می‌یابند و با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل افزایش می‌یابد. استحکام ژل چسب نشاسته کاهش می‌یابد، پایداری انجماد و ذوب افزایش می‌یابد و اثر سینرزیس کاهش می‌یابد [235].

در این فصل، اثر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS مورد بررسی قرار گرفت. وضعیت گذار برای درک عمیق رابطه بین تشکیل ساختار و خواص رئولوژیکی اهمیت زیادی دارد. علاوه بر این، مکانیسم ژل‌سازی سیستم ترکیبی خنک‌کننده معکوس HPMC/HPS در ابتدا مورد بحث قرار گرفت تا راهنمایی‌های نظری برای سایر سیستم‌های ژل خنک‌کننده با حرارت معکوس ارائه شود.

5.1 مواد و تجهیزات

5.1.1 مواد آزمایشی اصلی

5.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

5.2 روش تجربی

5.2.1 تهیه محلولهای مرکب

محلول های ترکیبی 15% HPMC/HPS با نسبت های ترکیبی مختلف (100/0، 50/50، 0/100) و HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل (G80، A939، A1081) تهیه شد. روش های آماده سازی A1081، A939، HPMC و محلول های ترکیبی آنها در 2.2.1 نشان داده شده است. G80 و محلول های ترکیبی آن با HPMC با هم زدن در شرایط 1500psi و 110 درجه سانتی گراد در اتوکلاو ژلاتینه می شوند، زیرا نشاسته G80 Native آمیلوز بالایی دارد (80%) و دمای ژلاتینه شدن آن بالاتر از 100 درجه سانتی گراد است که نمی تواند با روش اصلی ژلاتینه کردن حمام آب [348] به دست آمد.

5.2.2 خواص رئولوژیکی محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

5.2.2.1 اصل آنالیز رئولوژیکی

همانند 2.2.2.1

5.2.2.2 روش تست حالت جریان

یک گیره صفحه موازی با قطر 60 میلی متر استفاده شد و فاصله صفحه روی 1 میلی متر تنظیم شد.

1. یک روش آزمایش جریان پیش برشی و یک تیکسوتروپی سه مرحله ای وجود دارد. همانند 2.2.2.2.
2. روش تست جریان بدون تیکسوتروپی حلقه پیش برشی و تیکسوتروپیک. دمای آزمایش 25 درجه سانتیگراد است. برش با افزایش سرعت، محدوده سرعت برش 0-1000 s-1، زمان برش 1 دقیقه. ب برش ثابت، نرخ برش 1000 s-1، زمان برش 1 دقیقه. ج برش سرعت کاهش یافته، محدوده نرخ برش 1000-0s-1 و زمان برش 1 دقیقه است.

5.2.2.3 روش تست حالت نوسان

یک فیکسچر صفحه موازی با قطر 60 میلی متر استفاده شد و فاصله صفحه روی 1 میلی متر تنظیم شد.

1. جابجایی متغیر تغییر شکل. دمای آزمایش 25 درجه سانتیگراد، فرکانس 1 هرتز، تغییر شکل 0.01-100٪.
2. اسکن دما فرکانس 1 هرتز، تغییر شکل 0.1٪، a. فرآیند گرمایش، دمای 5-85 درجه سانتیگراد، سرعت گرمایش 2 درجه سانتیگراد در دقیقه. ب فرآیند خنک سازی، دمای 85-5 درجه سانتیگراد، سرعت خنک سازی 2 درجه سانتیگراد در دقیقه. یک مهر و موم روغن سیلیکونی در اطراف نمونه برای جلوگیری از از دست دادن رطوبت در طول آزمایش استفاده می شود.
3. جارو فرکانس. تغییرات 0.1٪، فرکانس 1-100 راد در ثانیه. آزمایش ها به ترتیب در دمای 5 درجه سانتی گراد و 85 درجه سانتی گراد انجام شد و قبل از آزمایش به مدت 5 دقیقه در دمای آزمایش متعادل شد.

رابطه بین مدول ذخیره سازی G ′ و مدول از دست دادن G ″ از محلول پلیمر و فرکانس زاویه ای ω از یک قانون قدرت پیروی می کند:

که در آن n' و n' به ترتیب شیب های log G'-log ω و log G″-log ω هستند.

G0′ و G0″ به ترتیب وقفه های log G′-log ω و log G″-log ω هستند.

5.2.3 میکروسکوپ نوری

5.2.3.1 اصل ابزار

همانند 4.2.3.1

5.2.3.2 روش تست

محلول ترکیبی 3% 5:5 HPMC/HPS در دماهای مختلف 25 درجه سانتیگراد، 45 درجه سانتیگراد و 85 درجه سانتیگراد خارج شد، روی یک لام شیشه ای که در همان دما نگهداری می شد ریخته شد و در یک فیلم نازک ریخته شد. محلول لایه ای و در همان دما خشک می شود. فیلم‌ها با محلول ید 1% رنگ‌آمیزی شدند و برای مشاهده در میدان میکروسکوپ نوری قرار گرفتند و عکس‌برداری شدند.

5.3 نتایج و بحث

5.3.1 تجزیه و تحلیل الگوی ویسکوزیته و جریان

5.3.1.1 روش آزمایش جریان بدون تیکسوتروپی حلقه پیش برشی و تیکسوتروپیک

با استفاده از روش تست جریان بدون پیش برش و روش تیکسوتروپیک حلقه تیکسوتروپیک، ویسکوزیته محلول ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج در شکل 5-1 نشان داده شده است. از شکل مشاهده می شود که ویسکوزیته تمامی نمونه ها با افزایش نرخ برش تحت اثر نیروی برشی روند کاهشی را نشان می دهد و درجه خاصی از پدیده نازک شدن برشی را نشان می دهد. بیشتر محلول‌ها یا مذاب‌های پلیمری با غلظت بالا تحت گسستگی قوی و بازآرایی مولکولی تحت برش قرار می‌گیرند، بنابراین رفتار سیال کاذب را نشان می‌دهند [305، 349، 350]. با این حال، درجات نازک شدن برشی محلول های ترکیبی HPMC/HPS HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل متفاوت است.

شکل 5-1 ویسکوزیته در مقابل نرخ برشی محلول HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS (بدون پیش برش، نمادهای جامد و توخالی به ترتیب سرعت افزایش و روند کاهشی را نشان می‌دهند)

از شکل می توان دریافت که ویسکوزیته و درجه نازک شدن برشی نمونه HPS خالص بالاتر از نمونه ترکیبی HPMC/HPS است، در حالی که درجه نازک شدن برشی محلول HPMC کمترین است، عمدتاً به دلیل ویسکوزیته HPS. در دمای پایین به طور قابل توجهی بالاتر از HPMC است. علاوه بر این، برای محلول ترکیب HPMC/HPS با نسبت ترکیب مشابه، ویسکوزیته با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS افزایش می‌یابد. این ممکن است به این دلیل باشد که افزودن گروه های هیدروکسی پروپیل در مولکول های نشاسته، پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را می شکند و در نتیجه منجر به تجزیه دانه های نشاسته می شود. هیدروکسی پروپیلاسیون به طور قابل توجهی پدیده رقیق شدن برشی نشاسته را کاهش داد و پدیده رقیق شدن برشی نشاسته بومی بارزترین بود. با افزایش مداوم درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، درجه نازک شدن برشی HPS به تدریج کاهش یافت.

همه نمونه ها دارای حلقه های تیکسوتروپیک بر روی منحنی تنش برشی سرعت برشی هستند که نشان می دهد همه نمونه ها دارای درجه خاصی از تیکسوتروپی هستند. قدرت تیکسوتروپیک با اندازه ناحیه حلقه تیکسوتروپیک نشان داده می شود. هر چه نمونه تیکسوتروپیک تر باشد [351]. شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته K محلول نمونه را می توان با قانون توان Ostwald-de Waele محاسبه کرد (به معادله (2-1) مراجعه کنید).

جدول 5-1 شاخص رفتار جریان (n) و شاخص قوام سیال (K) در طول فرآیند افزایش سرعت و کاهش سرعت و ناحیه حلقه تیکسوتروپی محلول HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS در دمای 25 درجه سانتی گراد

جدول 5-1 شاخص جریان n، ضریب ویسکوزیته K و ناحیه حلقه تیکسوتروپیک محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS را در فرآیند افزایش برش و کاهش برش نشان می دهد. از جدول می توان دریافت که شاخص جریان n در همه نمونه ها کمتر از 1 است که نشان می دهد همه محلول های نمونه سیالات شبه پلاستیک هستند. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با همان درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS، شاخص جریان n با افزایش محتوای HPMC افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد افزودن HPMC باعث می‌شود محلول ترکیب ویژگی‌های سیال نیوتنی قوی‌تری را نشان دهد. با این حال، با افزایش محتوای HPMC، ضریب ویسکوزیته K به طور مداوم کاهش می یابد، که نشان می دهد افزودن HPMC باعث کاهش ویسکوزیته محلول ترکیب می شود، زیرا ضریب ویسکوزیته K با ویسکوزیته متناسب است. مقدار n و مقدار K HPS خالص با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل در مرحله برشی افزایشی هر دو با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش یافتند، که نشان می‌دهد اصلاح هیدروکسی پروپیل می‌تواند شبه پلاستیسیته نشاسته را بهبود بخشد و ویسکوزیته محلول‌های نشاسته را کاهش دهد. در مقابل، مقدار n با افزایش درجه جایگزینی در مرحله برشی کاهشی افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد هیدروکسی پروپیله‌سازی رفتار سیال نیوتنی محلول را پس از برش با سرعت بالا بهبود می‌بخشد. مقدار n و مقدار K سیستم ترکیبی HPMC/HPS تحت تأثیر هر دو هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و HPMC قرار گرفت که نتیجه عملکرد ترکیبی آنها بود. در مقایسه با مرحله برش فزاینده، n مقدار تمام نمونه‌ها در مرحله برش کاهشی بزرگ‌تر شد، در حالی که مقادیر K کوچک‌تر شد، که نشان می‌دهد ویسکوزیته محلول ترکیب پس از برش با سرعت بالا کاهش یافته است. رفتار مایع نیوتنی محلول ترکیب افزایش یافته است. .

مساحت حلقه تیکسوتروپیک با افزایش محتوای HPMC کاهش یافت، که نشان می‌دهد افزودن HPMC باعث کاهش تیکسوتروپی محلول ترکیب و بهبود پایداری آن می‌شود. برای محلول ترکیبی HPMC/HPS با نسبت ترکیبی یکسان، مساحت حلقه تیکسوتروپیک با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد هیدروکسی پروپیلاسیون پایداری HPS را بهبود می‌بخشد.

5.3.1.2 روش برشی با روش پیش برش و تیکسوتروپیک سه مرحله ای

روش برشی با پیش برشی برای بررسی تغییر ویسکوزیته محلول ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS با نرخ برش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج در شکل 5-2 نشان داده شده است. از شکل می توان دریافت که محلول HPMC تقریباً هیچ نازک شدن برشی را نشان نمی دهد، در حالی که سایر نمونه ها نازک شدن برشی را نشان می دهند. این با نتایج به دست آمده با روش برش بدون پیش برش مطابقت دارد. همچنین می توان از شکل مشاهده کرد که در نرخ های برشی کم، نمونه جایگزین شده با هیدروکسی پروپیل بالا یک منطقه فلات را نشان می دهد.

شکل 5-2 ویسکوزیته در برابر نرخ برش محلول HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS (با پیش برش)

ویسکوزیته برشی صفر (h0)، شاخص جریان (n) و ضریب ویسکوزیته (K) به دست آمده از اتصالات در جدول 5-2 نشان داده شده است. از جدول، می بینیم که برای نمونه های HPS خالص، n مقدار به دست آمده توسط هر دو روش با درجه جانشینی افزایش می یابد، که نشان می دهد رفتار جامد مانند محلول نشاسته با افزایش درجه جایگزینی کاهش می یابد. با افزایش محتوای HPMC، مقادیر n همگی روند نزولی را نشان دادند، که نشان می‌دهد HPMC رفتار جامد مانند محلول را کاهش می‌دهد. این نشان می دهد که نتایج تحلیل کیفی دو روش سازگار است.

با مقایسه داده‌های به‌دست‌آمده برای یک نمونه تحت روش‌های مختلف آزمایش، مشخص شد که مقدار n به‌دست‌آمده پس از پیش برش‌کاری همیشه بیشتر از مقدار به‌دست‌آمده با روش بدون پیش برش است، که نشان می‌دهد که سیستم ترکیبی به‌دست‌آمده با پیش برش -روش برشی یک رفتار جامد مانند است که کمتر از روش اندازه گیری شده با روش بدون پیش برش است. زیرا نتیجه نهایی به دست آمده در آزمایش بدون پیش برش در واقع نتیجه عمل ترکیبی سرعت برش و زمان برش است، در حالی که روش آزمایش با پیش برش ابتدا اثر تیکسوتروپیک را با برش زیاد برای مدت معینی از بین می‌برد. زمان بنابراین، این روش می تواند با دقت بیشتری پدیده نازک شدن برشی و ویژگی های جریان سیستم ترکیبی را تعیین کند.

از جدول، همچنین می‌توانیم ببینیم که برای همان نسبت ترکیبی (5:5)، مقدار n سیستم ترکیبی نزدیک به 1 است و n پیش‌برشی با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل افزایش می‌یابد. نشان می‌دهد که HPMC یک فاز پیوسته در سیستم ترکیب، و HPMC تأثیر قوی‌تری بر روی نمونه‌های نشاسته با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کم دارد، که با این نتیجه مطابقت دارد که مقدار n با افزایش درجه جانشینی بدون پیش‌برشی افزایش می‌یابد. مقادیر K سیستم های ترکیبی با درجات جایگزینی متفاوت در دو روش مشابه هستند و روند مشخصی وجود ندارد، در حالی که ویسکوزیته برشی صفر روند نزولی واضحی را نشان می دهد، زیرا ویسکوزیته برشی صفر مستقل از برش است. نرخ ویسکوزیته ذاتی می تواند به دقت خواص خود ماده را منعکس کند.

شکل 5-3 تیکسوتروپی سه فاصله ای محلول مخلوط HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS

روش تیکسوتروپیک سه مرحله ای برای بررسی اثر درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل نشاسته هیدروکسی پروپیل بر خواص تیکسوتروپیک سیستم ترکیب مورد استفاده قرار گرفت. از شکل 5-3 می توان دریافت که در مرحله برش کم، ویسکوزیته محلول با افزایش محتوای HPMC کاهش می یابد و با افزایش درجه جانشینی کاهش می یابد که با قانون ویسکوزیته برشی صفر مطابقت دارد.

درجه بازیابی سازه پس از زمان های مختلف در مرحله بازیابی با نرخ بازیابی ویسکوزیته DSR بیان می شود و روش محاسبه در 2.3.2 نشان داده شده است. از جدول 5-2 می توان دریافت که در همان زمان بازیابی، DSR HPS خالص به طور قابل توجهی کمتر از HPMC خالص است، که عمدتاً به این دلیل است که مولکول HPMC یک زنجیره سفت و سخت است و زمان شل شدن آن کوتاه است، و ساختار را می توان در مدت زمان کوتاهی بازیابی کرد. بهبود می یابند. در حالی که HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است، زمان استراحت آن طولانی است و بازیابی ساختار زمان زیادی می برد. با افزایش درجه تعویض ، DSR HPS خالص با افزایش درجه تعویض کاهش می یابد ، نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون انعطاف پذیری زنجیره مولکولی نشاسته را بهبود می بخشد و زمان آرامش HPS را طولانی تر می کند. DSR محلول مرکب پایین تر از HPS خالص و نمونه HPMC خالص است ، اما با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، DSR نمونه مرکب افزایش می یابد ، که نشان می دهد تیکسوتروپی سیستم ترکیب با افزایش می یابد افزایش جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS. با افزایش درجه جایگزینی رادیکال کاهش می یابد که با نتایج بدون پیش برش مطابقت دارد.

جدول 5-2 ویسکوزیته برشی صفر (h0)، شاخص رفتار جریان (n)، شاخص قوام سیال (K) در طول افزایش سرعت و درجه بازیابی ساختار (DSR) پس از یک زمان بازیابی معین برای محلول HPS/HPMC با هیدروپروپیل متفاوت درجه جایگزینی HPS در 25 درجه سانتیگراد

به طور خلاصه، آزمون حالت پایدار بدون پیش برش و آزمایش تیکسوتروپی حلقه تیکسوتروپیک می‌تواند نمونه‌هایی با تفاوت‌های عملکردی زیاد را تجزیه و تحلیل کیفی کند، اما برای ترکیبات با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS با تفاوت‌های عملکردی کوچک، نتایج تحقیق محلول بر خلاف نتایج واقعی، زیرا داده‌های اندازه‌گیری شده، نتایج جامع تأثیر نرخ برش و زمان برش هستند و نمی‌توانند تأثیر یک متغیر منفرد را منعکس کنند.

5.3.2 ناحیه ویسکوالاستیک خطی

به خوبی شناخته شده است که برای هیدروژل‌ها، مدول ذخیره‌سازی G با سختی، استحکام و تعداد زنجیره‌های مولکولی مؤثر تعیین می‌شود و مدول اتلاف G» با مهاجرت، حرکت و اصطکاک مولکول‌های کوچک و گروه‌های عاملی تعیین می‌شود. . با مصرف انرژی اصطکاکی مانند ارتعاش و چرخش تعیین می شود. علامت وجود تقاطع مدول ذخیره سازی G' و مدول از دست دادن G″ (یعنی tan δ = 1). انتقال از محلول به ژل نقطه ژل نامیده می شود. مدول ذخیره سازی G' و مدول تلفات G' اغلب برای مطالعه رفتار ژل شدن، سرعت تشکیل و خواص ساختاری ساختار شبکه ژل استفاده می شود [352]. آنها همچنین می توانند توسعه ساختار داخلی و ساختار مولکولی را در طول تشکیل ساختار شبکه ژل منعکس کنند. تعامل [353].

شکل 5-4 منحنی های کشش کرنش محلول های ترکیبی HPMC/HPS را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS در فرکانس 1 هرتز و محدوده کرنش 0.01%-100% نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که در ناحیه تغییر شکل پایین تر (0.01-1%)، تمام نمونه ها به جز HPMC G' > G″ هستند که حالت ژل را نشان می دهد. برای HPMC، G به شکل کامل است. محدوده متغیر همیشه کمتر از G است، که نشان می‌دهد HPMC در حالت محلول است. علاوه بر این، وابستگی تغییر شکل ویسکوالاستیسیته نمونه‌های مختلف متفاوت است. برای نمونه G80، وابستگی فرکانس ویسکوالاستیسیته آشکارتر است: هنگامی که تغییر شکل بیشتر از 0.3٪ باشد، می توان مشاهده کرد که G' به تدریج کاهش می یابد، همراه با افزایش قابل توجهی در G. افزایش، و همچنین افزایش قابل توجهی در tan δ. و زمانی که مقدار تغییر شکل 1.7٪ باشد، قطع می شوند که نشان می دهد ساختار شبکه ژل G80 پس از اینکه مقدار تغییر شکل از 1.7٪ بیشتر شود، به شدت آسیب دیده است و در حالت محلول قرار دارد.

شکل 5-4 مدول ذخیره سازی (G ′) و مدول از دست دادن (G ″) در مقابل کرنش برای مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS (نمادهای جامد و توخالی به ترتیب G ′ و G ″ به ترتیب))

شکل 5-5 tan δ در مقابل سویه برای محلول مخلوط HPMC/HPS با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS

از این شکل می توان دید که منطقه ویسکوالاستیک خطی HPS خالص با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل باریک است. به عبارت دیگر، با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS، تغییرات قابل توجه در منحنی tan δ تمایل دارند در محدوده مقدار تغییر شکل بالاتر ظاهر شوند. به طور خاص، ناحیه ویسکوالاستیک خطی G80 باریک‌ترین ناحیه از همه نمونه‌ها است. بنابراین از ناحیه ویسکوالاستیک خطی G80 برای تعیین استفاده می شود

معیارهای تعیین مقدار متغیر تغییر شکل در سری آزمایش های زیر. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نسبت ترکیبی یکسان، ناحیه ویسکوالاستیک خطی نیز با کاهش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS باریک می‌شود، اما اثر کوچک شدن درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل بر روی ناحیه ویسکوالاستیک خطی چندان واضح نیست.

5.3.3 خواص ویسکوالاستیک در هنگام گرمایش و سرمایش

خواص ویسکوالاستیک دینامیکی محلول های ترکیبی HPMC/HPS HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل در شکل 5-6 نشان داده شده است. همانطور که از شکل مشاهده می شود ، HPMC در طی فرآیند گرمایش چهار مرحله را نشان می دهد: یک منطقه فلات اولیه ، دو مرحله ساختار و یک منطقه فلات نهایی. در مرحله فلات اولیه، G' <G″، مقادیر G' و G″ کوچک هستند و تمایل به کاهش اندکی با افزایش دما دارند، که رفتار ویسکوالاستیک مایع رایج را نشان می دهد. ژل حرارتی HPMC دارای دو مرحله مشخص از تشکیل ساختار است که توسط تقاطع G ′ و G ″ (یعنی نقطه انتقال ژل محلول ، حدود 49 درجه سانتیگراد) محدود شده است ، که با گزارش های قبلی سازگار است. سازگار [160، 354]. در دمای بالا، به دلیل ارتباط آبگریز و ارتباط آبدوست، HPMC به تدریج ساختار شبکه ای را تشکیل می دهد [344، 355، 356]. In the plateau region of the tail, the values of G′ and G″ are high, which indicates that the HPMC gel network structure is fully formed.

با کاهش دما، این چهار مرحله HPMC به ترتیب معکوس ظاهر می شوند. تقاطع G' و G″ به منطقه دمای پایین در حدود 32 درجه سانتیگراد در طول مرحله خنک کننده تغییر می کند، که ممکن است به دلیل پسماند [208] یا اثر تراکم زنجیره در دمای پایین [355] باشد. مشابه HPMC، نمونه‌های دیگر در طول فرآیند گرمایش نیز چهار مرحله دارند و پدیده برگشت‌پذیر در طی فرآیند خنک‌سازی رخ می‌دهد. با این حال، از شکل می توان دریافت که G80 و A939 یک فرآیند ساده شده را بدون تقاطع بین G' و G نشان می دهند، و منحنی G80 حتی ظاهر نمی شود. The platform area at the rear.

برای HPS خالص، درجه بالاتری از جایگزینی هیدروکسی پروپیل می تواند دمای اولیه و نهایی تشکیل ژل را تغییر دهد، به ویژه دمای اولیه را که به ترتیب برای G80، A939 و A1081 61 درجه سانتیگراد است. ، 62 درجه سانتیگراد و 54 درجه سانتیگراد. علاوه بر این، برای نمونه‌های HPMC/HPS با نسبت ترکیبی یکسان، با افزایش درجه جایگزینی، مقادیر G' و G″ هر دو تمایل به کاهش دارند که با نتایج مطالعات قبلی مطابقت دارد [357، 358]. با افزایش درجه جایگزینی، بافت ژل نرم می شود. بنابراین، هیدروکسی پروپیلاسیون ساختار منظم نشاسته بومی را می شکند و آب دوستی آن را بهبود می بخشد [343].

برای نمونه‌های ترکیبی HPMC/HPS، هر دو G' و G″ با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافتند که با نتایج HPS خالص مطابقت داشت. علاوه بر این، با افزودن HPMC، درجه جایگزینی تأثیر قابل‌توجهی بر G' داشت، تأثیر با G کمتر مشخص می‌شود.

منحنی‌های ویسکوالاستیک تمام نمونه‌های کامپوزیت HPMC/HPS روند یکسانی را نشان دادند که با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا مطابقت داشت. به عبارت دیگر، در دمای پایین، HPS بر خواص ویسکوالاستیک سیستم مرکب غالب است، در حالی که در دمای بالا HPMC خواص ویسکوالاستیک سیستم مرکب را تعیین می کند. این نتیجه عمدتاً به HPMC نسبت داده می شود. به طور خاص، HPS یک ژل سرد است که با گرم شدن از حالت ژل به حالت محلول تغییر می کند. برعکس، HPMC یک ژل داغ است که با افزایش دما ساختار شبکه به تدریج ژل را تشکیل می دهد. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS، در دمای پایین، خواص ژل سیستم ترکیبی عمدتاً توسط ژل سرد HPS کمک می‌شود و در دمای بالا، در دمای گرم، ژل شدن HPMC در سیستم ترکیبی غالب است.

شکل 5-6 مدول ذخیره سازی (G')، مدول اتلاف (G″) و tan δ در برابر دما برای محلول ترکیبی HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدرویپروپیل متفاوت HPS

مدول سیستم ترکیبی HPMC/HPS، همانطور که انتظار می رود، بین مدول های HPMC خالص و HPS خالص است. علاوه بر این، سیستم پیچیده G' > G″ را در کل محدوده اسکن دما نشان می دهد، که نشان می دهد هر دو HPMC و HPS می توانند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را با مولکول های آب تشکیل دهند، و همچنین می توانند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را با یکدیگر تشکیل دهند. علاوه بر این، در منحنی ضریب تلفات، همه سیستم‌های پیچیده دارای پیک tan δ در حدود 45 درجه سانتیگراد هستند، که نشان می‌دهد که انتقال فاز پیوسته در سیستم پیچیده رخ داده است. این انتقال فاز در 5.3.6 بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت. ادامه بحث

5.3.4 اثر دما بر ویسکوزیته ترکیب

درک تأثیر دما بر خصوصیات رئولوژیکی مواد به دلیل طیف گسترده ای از دما که ممکن است در طول پردازش و ذخیره سازی رخ دهد مهم است [359 ، 360]. در محدوده 5 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد، تأثیر دما بر ویسکوزیته پیچیده محلولهای ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS در شکل 5-7 نشان داده شده است. از شکل 5-7 (الف)، می توان مشاهده کرد که ویسکوزیته پیچیده HPS خالص به طور قابل توجهی با افزایش دما کاهش می یابد. ویسکوزیته HPMC خالص با افزایش دما کمی از اولیه به 45 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. بهبود بخشد.

منحنی های ویسکوزیته همه نمونه های ترکیبی روندهای مشابهی را با دما نشان دادند، ابتدا با افزایش دما کاهش و سپس با افزایش دما افزایش یافت. In addition, the viscosity of the compounded samples is closer to that of HPS at low temperature and closer to that of HPMC at high temperature. این نتیجه همچنین به رفتار ژل شدن عجیب HPMC و HPS مرتبط است. منحنی ویسکوزیته نمونه مرکب انتقال سریع را در 45 درجه سانتیگراد نشان داد که احتمالاً به دلیل انتقال فاز در سیستم ترکیبی HPMC/HPS است. با این حال، شایان ذکر است که ویسکوزیته نمونه ترکیبی G80/HPMC 5:5 در دمای بالا بیشتر از HPMC خالص است، که عمدتاً به دلیل ویسکوزیته ذاتی بالاتر G80 در دمای بالا است [361]. تحت همین نسبت ترکیبی، ویسکوزیته ترکیب سیستم ترکیب با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش می یابد. بنابراین، معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته ممکن است منجر به شکستن پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی در مولکول های نشاسته شود.

شکل 5-7 ویسکوزیته پیچیده در مقابل دما برای ترکیبات HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدرویپروپیل متفاوت HPS

اثر دما بر ویسکوزیته مختلط سیستم ترکیبی HPMC/HPS با رابطه آرنیوس در محدوده دمایی معینی مطابقت دارد و ویسکوزیته پیچیده با دما رابطه نمایی دارد. معادله آرنیوس به صورت زیر است:

در میان آنها، η* ویسکوزیته پیچیده، Pa s است.

A یک ثابت است، Pa s.

T دمای مطلق، K است.

R ثابت گاز ، 8.3144 J · mol -1 · K -1 است.

مطابق با فرمول (5-3)، منحنی ویسکوزیته-دمای سیستم ترکیبی را می توان با توجه به پیک tan δ در دمای 45 درجه سانتی گراد به دو قسمت تقسیم کرد. سیستم ترکیبی در دمای 5-45 درجه سانتی گراد و 45-85 درجه سانتی گراد مقادیر انرژی فعال سازی E و ثابت A به دست آمده با برازش در محدوده C در جدول 5-3 نشان داده شده است. مقادیر محاسبه‌شده انرژی فعال‌سازی E بین 174-kJ·mol-1 و 124kJ·mol-1، و مقادیر ثابت A بین 6.24×10-11 Pa·s و 1.99×1028 Pa·s است. در محدوده برازش، ضرایب همبستگی برازش شده بالاتر بود (R2 = 0.9071-0.9892) به جز برای نمونه G80/HPMC. نمونه G80/HPMC دارای ضریب همبستگی کمتری است (R2=0.4435) در محدوده دمایی 45 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد، که ممکن است به دلیل سختی ذاتاً بالاتر G80 و وزن سریعتر آن در مقایسه با سایر نرخ تبلور HPS باشد. 362]. این خاصیت G80 باعث می شود که در صورت ترکیب با HPMC احتمال تشکیل ترکیبات غیر همگن بیشتر شود.

در محدوده دمایی 5 تا 45 درجه سانتی گراد، مقدار E نمونه کامپوزیت HPMC/HPS کمی کمتر از HPS خالص است که ممکن است به دلیل تعامل بین HPS و HPMC باشد. وابستگی ویسکوزیته به دما را کاهش دهید. مقدار E HPMC خالص بالاتر از سایر نمونه ها است. انرژی فعال سازی برای همه نمونه های حاوی نشاسته مقادیر مثبت کم بود ، نشان می دهد که در دماهای پایین تر ، کاهش ویسکوزیته با دما کمتر برجسته شده و فرمولاسیون ها یک بافت مانند نشاسته را نشان می دهند.

جدول 5-3 پارامترهای معادله آرنیوس (E: انرژی فعال‌سازی؛ A: ثابت؛ R2: ضریب تعیین) از معادله (1) برای ترکیبات HPS/HPMC با درجات مختلف هیدروکسی‌پروپیلاسیون HPS

با این حال، در محدوده دمایی بالاتر از 45 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد، مقدار E از نظر کیفی بین نمونه‌های کامپوزیت HPS خالص و HPMC/HPS تغییر کرد و مقدار E HPSهای خالص 45.6 کیلوژول · مول - 1 - در محدوده 124 kJ·mol-1، مقادیر E کمپلکس ها در محدوده -3.77 kJ·mol-1–-72.2-kJ·mol-1 هستند. این تغییر اثر قوی HPMC را بر انرژی فعال‌سازی سیستم پیچیده نشان می‌دهد، زیرا مقدار E HPMC خالص -174 کیلوژول مول-1 است. مقادیر E HPMC خالص و سیستم ترکیبی منفی است، که نشان می‌دهد در دماهای بالاتر، ویسکوزیته با افزایش دما افزایش می‌یابد و ترکیب رفتاری شبیه به HPMC را نشان می‌دهد.

اثرات HPMC و HPS بر ویسکوزیته پیچیده سیستم‌های ترکیبی HPMC/HPS در دمای بالا و دمای پایین با خواص ویسکوالاستیک مورد بحث مطابقت دارد.

شکل های 5-8 منحنی های رفت و برگشت فرکانس را در 5 درجه سانتی گراد محلول های ترکیبی HPMC/HPS HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل نشان می دهند. می توان از شکل مشاهده کرد که HPS خالص رفتار معمولی جامد مانند (G' > G″) از خود نشان می دهد، در حالی که HPMC رفتار مایع مانند است (G' <G″). همه فرمول‌های HPMC/HPS رفتار جامد مانند را نشان دادند. در بیشتر نمونه ها ، هر دو G ′ و G ″ با افزایش فرکانس افزایش می یابد ، نشان می دهد که رفتار جامد مانند مواد قوی است.

HPMC های خالص وابستگی فرکانسی واضحی را نشان می دهند که دیدن آن در نمونه های HPS خالص دشوار است. همانطور که انتظار می رفت، سیستم پیچیده HPMC/HPS درجه خاصی از وابستگی به فرکانس را نشان داد. برای تمام نمونه های حاوی HPS، n′ همیشه کمتر از n″ است و G″ وابستگی فرکانس قوی تری نسبت به G′ نشان می دهد، که نشان می دهد این نمونه ها کشسان تر از چسبناک هستند [352، 359، 363]. بنابراین، عملکرد نمونه‌های مرکب عمدتاً توسط HPS تعیین می‌شود، که عمدتاً به این دلیل است که HPMC حالت محلول ویسکوزیته پایین‌تری را در دمای پایین ارائه می‌کند.

جدول 5-4 n′، n″، G0′ و G0″ برای HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروپروپیل متفاوت HPS در دمای 5 درجه سانتی گراد همانطور که از معادله تعیین شده است. (5-1) و (5-2)

شکل 5-8 مدول ذخیره سازی (G') و مدول تلفات (G″) در مقابل فرکانس برای HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدرویپروپیل مختلف HPS در دمای 5 درجه سانتی گراد ترکیب می شود.

HPMC های خالص وابستگی فرکانسی واضحی را نشان می دهند که دیدن آن در نمونه های HPS خالص دشوار است. همانطور که برای کمپلکس HPMC/HPS انتظار می رفت، سیستم لیگاند درجه خاصی از وابستگی به فرکانس را نشان داد. برای تمام نمونه های حاوی HPS، n′ همیشه کمتر از n″ است و G″ وابستگی فرکانس قوی تری نسبت به G′ نشان می دهد، که نشان می دهد این نمونه ها کشسان تر از چسبناک هستند [352، 359، 363]. بنابراین، عملکرد نمونه‌های مرکب عمدتاً توسط HPS تعیین می‌شود، که عمدتاً به این دلیل است که HPMC حالت محلول ویسکوزیته پایین‌تری را در دمای پایین ارائه می‌کند.

شکل‌های 5-9 منحنی‌های جاروب فرکانس محلول‌های ترکیبی HPMC/HPS HPS را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل در دمای 85 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند. As can be seen from the figure, all other HPS samples except A1081 exhibited typical solid-like behavior. For A1081, the values of G' and G” are very close, and G' is slightly smaller than G”, which indicates that A1081 behaves as a fluid.

This may be because A1081 is a cold gel and undergoes a gel-to-solution transition at high temperature. از سوی دیگر، برای نمونه‌هایی با نسبت ترکیبی یکسان، مقادیر n'، n″، G0' و G0″ (جدول 5-5) همگی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش یافت، که نشان می‌دهد هیدروکسی پروپیلاسیون باعث کاهش جامد شد. like behavior of starch at high temperature (85°C). به طور خاص، n′ و n″ G80 نزدیک به 0 هستند و رفتار جامد مانند قوی را نشان می دهند. در مقابل، مقادیر n و n″ A1081 نزدیک به 1 هستند و رفتار سیال قوی را نشان می‌دهند. این مقادیر n و n” با داده های G و G مطابقت دارند. علاوه بر این، همانطور که از شکل های 5-9 مشاهده می شود، درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل می تواند به طور قابل توجهی وابستگی فرکانس HPS را در دمای بالا بهبود بخشد.

شکل 5-9 مدول ذخیره سازی (G') و مدول تلفات (G″) در مقابل فرکانس برای HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدرویپروپیل متفاوت HPS در دمای 85 درجه سانتی گراد ترکیب می شود.

شکل‌های 5-9 نشان می‌دهند که HPMC رفتار معمولی جامد مانند (G' > G″) را در دمای 85 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد، که عمدتاً به خواص ترموژل آن نسبت داده می‌شود. علاوه بر این، G′ و G″ HPMC با فرکانس متفاوت است.

برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS، مقادیر n' و n' هر دو نزدیک به 0 هستند و G0' به طور قابل توجهی بالاتر از G0 است (جدول″ 5-5)، که رفتار جامد مانند آن را تایید می کند. از سوی دیگر، جایگزینی هیدروکسی پروپیل بالاتر می تواند HPS را از رفتار جامد به مایع مانند تغییر دهد، پدیده ای که در محلول های ترکیبی رخ نمی دهد. علاوه بر این، برای سیستم ترکیبی اضافه شده با HPMC، با افزایش فرکانس، هر دو G' و G" نسبتا پایدار باقی ماندند و مقادیر n' و n" نزدیک به مقادیر HPMC بودند. همه این نتایج نشان می دهد که HPMC بر ویسکوالاستیسیته سیستم ترکیبی در دمای بالای 85 درجه سانتی گراد غالب است.

جدول 5-5 n′، n″، G0′ و G0″ برای HPS/HPMC با جایگزینی هیدروپروپیل مختلف از HPS در دمای 85 درجه سانتی گراد همانطور که از معادلات تعیین شده است. (5-1) و (5-2)

5.3.6 مورفولوژی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS

انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS توسط میکروسکوپ نوری رنگ‌آمیزی ید مورد بررسی قرار گرفت. سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نسبت ترکیب 5:5 در دمای 25 درجه سانتی گراد، 45 درجه سانتی گراد و 85 درجه سانتی گراد آزمایش شد. تصاویر میکروسکوپ نور رنگی زیر در شکل 5-10 نشان داده شده است. از شکل مشخص می شود که پس از رنگرزی با ید، فاز HPS به رنگ تیره تری رنگ می شود و فاز HPMC رنگ روشن تری نشان می دهد زیرا با ید نمی توان آن را رنگ کرد. بنابراین، دو فاز HPMC/HPS را می توان به وضوح متمایز کرد. در دماهای بالاتر، مساحت مناطق تاریک (فاز HPS) افزایش و مساحت مناطق روشن (فاز HPMC) کاهش می یابد. به طور خاص، در دمای 25 درجه سانتی گراد، HPMC (رنگ روشن) فاز پیوسته در سیستم کامپوزیت HPMC/HPS است و فاز کروی کوچک HPS (رنگ تیره) در فاز پیوسته HPMC پراکنده می شود. در مقابل، در دمای 85 درجه سانتیگراد، HPMC به یک فاز پراکنده بسیار کوچک و نامنظم تبدیل شد که در فاز پیوسته HPS پراکنده شد.

شکل 5-8 مورفولوژی مخلوط های HPMC/HPS 1:1 رنگ شده در دمای 25 درجه سانتی گراد، 45 درجه سانتی گراد و 85 درجه سانتی گراد

با افزایش دما، باید یک نقطه انتقال مورفولوژی فاز فاز پیوسته از HPMC به HPS در سیستم ترکیبی HPMC/HPS وجود داشته باشد. در تئوری، زمانی باید اتفاق بیفتد که ویسکوزیته HPMC و HPS یکسان یا بسیار مشابه باشند. همانطور که از میکروگراف های 45 درجه سانتیگراد در شکل های 5-10 مشاهده می شود، نمودار فاز معمولی "دریا-جزیره" ظاهر نمی شود، اما یک فاز پیوسته مشاهده می شود. این مشاهدات همچنین این واقعیت را تأیید می کند که یک انتقال فاز از فاز پیوسته ممکن است در اوج tan δ در منحنی اتلاف ضریب دمای مورد بحث در 5.3.3 رخ داده باشد.

همچنین می توان از شکل مشاهده کرد که در دمای پایین (25 درجه سانتی گراد)، برخی از قسمت های فاز پراکنده HPS تاریک درجه مشخصی از رنگ روشن را نشان می دهند، که ممکن است به این دلیل باشد که بخشی از فاز HPMC در فاز HPS در شکل یک فاز پراکنده وسط به طور تصادفی، در دمای بالا (85 درجه سانتیگراد)، برخی از ذرات تیره کوچک در فاز پراکنده HPMC با رنگ روشن توزیع می شوند و این ذرات تیره کوچک فاز پیوسته HPS هستند. این مشاهدات نشان می دهد که درجه خاصی از مزوفاز در سیستم ترکیب HPMC-HPS وجود دارد ، بنابراین نشان می دهد که HPMC سازگاری خاصی با HPS دارد.

5.3.7 نمودار شماتیک انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS

بر اساس رفتار رئولوژیکی کلاسیک محلول های پلیمری و نقاط ژل کامپوزیت [216، 232] و مقایسه با کمپلکس های مورد بحث در مقاله، یک مدل اصلی برای تبدیل ساختاری کمپلکس های HPMC/HPS با دما پیشنهاد شده است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 5-11.

شکل 5-11 ساختارهای شماتیک انتقال سل-ژل HPMC (a); HPS (b)؛ و HPMC/HPS (c)

رفتار ژل HPMC و مکانیسم انتقال محلول-ژل مربوط به آن بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است [159، 160، 207، 208]. یکی از مواردی که به طور گسترده پذیرفته شده است این است که زنجیره های HPMC به صورت محلول به شکل بسته های تجمعی وجود دارند. این خوشه ها با پیچاندن برخی از ساختارهای سلولزی جایگزین نشده یا کم محلول به هم متصل می شوند و با تجمع آبگریز گروه های متیل و گروه های هیدروکسیل به مناطق جایگزین متراکم متصل می شوند. در دمای پایین، مولکول‌های آب ساختارهای قفس‌مانندی را خارج از گروه‌های آبگریز متیل و ساختارهای پوسته آب خارج از گروه‌های آبدوست مانند گروه‌های هیدروکسیل تشکیل می‌دهند و مانع از تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره‌ای HPMC در دماهای پایین می‌شوند. با افزایش دما، HPMC انرژی را جذب می کند و این ساختارهای قفس آب و پوسته آب شکسته می شوند، که سینتیک انتقال محلول-ژل است. پارگی قفس آب و پوسته آب، گروه های متیل و هیدروکسی پروپیل را در معرض محیط آبی قرار می دهد و در نتیجه حجم آزاد به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در دمای بالاتر، به دلیل ارتباط آبگریز گروه های آبگریز و ارتباط آب دوست گروه های آب دوست، ساختار شبکه سه بعدی ژل در نهایت شکل می گیرد، همانطور که در شکل 5-11 (الف) نشان داده شده است.

پس از ژلاتینه شدن نشاسته، آمیلوز از دانه های نشاسته حل می شود و یک ساختار مارپیچ منفرد توخالی ایجاد می کند که به طور مداوم زخم می شود و در نهایت حالت سیم پیچ های تصادفی را ارائه می دهد. این ساختار تک مارپیچ یک حفره آبگریز در داخل و یک سطح آب دوست در خارج تشکیل می دهد. این ساختار متراکم نشاسته به آن پایداری بهتری می بخشد [230-232]. بنابراین، HPS به شکل سیم پیچ های تصادفی متغیر با برخی از بخش های مارپیچ کشیده شده در محلول آبی در دمای بالا وجود دارد. با کاهش دما، پیوندهای هیدروژنی بین HPS و مولکول های آب شکسته شده و آب محدود شده از بین می رود. در نهایت، به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره های مولکولی، یک ساختار شبکه سه بعدی تشکیل می شود و یک ژل تشکیل می شود، همانطور که در شکل 5-11 (ب) نشان داده شده است.

معمولاً وقتی دو جزء با ویسکوزیته بسیار متفاوت ترکیب می‌شوند، جزء با ویسکوزیته بالا تمایل به تشکیل فاز پراکنده دارد و در فاز پیوسته جزء با ویسکوزیته پایین پراکنده می‌شود. در دماهای پایین، ویسکوزیته HPMC به طور قابل توجهی کمتر از HPS است. بنابراین، HPMC یک فاز پیوسته را در اطراف فاز ژل HPS با ویسکوزیته بالا تشکیل می دهد. در لبه های دو فاز، گروه های هیدروکسیل در زنجیره های HPMC بخشی از آب محدود شده را از دست می دهند و با زنجیره های مولکولی HPS پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی تشکیل می دهند. در طول فرآیند گرمایش، زنجیره های مولکولی HPS به دلیل جذب انرژی کافی حرکت کردند و با مولکول های آب پیوند هیدروژنی تشکیل دادند که در نتیجه ساختار ژل پاره شد. در همان زمان، ساختار قفس آب و ساختار پوسته آب در زنجیره HPMC تخریب شد و به تدریج پاره شد تا گروه‌های آب دوست و خوشه‌های آبگریز را در معرض دید قرار دهد. در دمای بالا، HPMC یک ساختار شبکه ژل را به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی و ارتباط آبگریز تشکیل می دهد و بنابراین به یک فاز پراکنده با ویسکوزیته بالا تبدیل می شود که در فاز پیوسته HPS سیم پیچ های تصادفی پراکنده می شود، همانطور که در شکل 5-11 (c) نشان داده شده است. بنابراین، HPS و HPMC به ترتیب بر خواص رئولوژیکی، خواص ژل و مورفولوژی فاز ژل های کامپوزیت در دماهای پایین و بالا غالب بودند.

ورود گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته، ساختار پیوند هیدروژنی درون مولکولی منظم آن را می شکند، به طوری که مولکول های آمیلوز ژلاتینه شده در حالت متورم و کشیده قرار می گیرند که باعث افزایش حجم موثر هیدراتاسیون مولکول ها می شود و از تمایل مولکول های نشاسته به طور تصادفی جلوگیری می کند. در محلول آبی [362]. بنابراین، خواص حجیم و آبدوست هیدروکسی پروپیل، نوترکیب زنجیره های مولکولی آمیلوز و تشکیل نواحی پیوند متقابل را دشوار می کند [233]. بنابراین، با کاهش دما، در مقایسه با نشاسته بومی، HPS تمایل به تشکیل ساختار شبکه ژل شلتر و نرم‌تر دارد.

با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، قطعات مارپیچ کشیده بیشتری در محلول HPS وجود دارد که می تواند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بیشتری را با زنجیره مولکولی HPMC در مرز دو فاز ایجاد کند، بنابراین ساختار یکنواخت تری را تشکیل می دهد. علاوه بر این، هیدروکسی پروپیلاسیون ویسکوزیته نشاسته را کاهش می دهد که باعث کاهش تفاوت ویسکوزیته بین HPMC و HPS در فرمولاسیون می شود. بنابراین، نقطه انتقال فاز در سیستم پیچیده HPMC/HPS با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS به دمای پایین تغییر می‌کند. این را می توان با تغییر ناگهانی ویسکوزیته با دمای نمونه های بازسازی شده در 5.3.4 تأیید کرد.

5.4 خلاصه فصل

در این فصل، محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS تهیه شد و اثر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر روی خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم ترکیب ژل سرد و گرم HPMC/HPS توسط رئومتر بررسی شد. توزیع فاز سیستم کامپوزیت ژل سرد و گرم HPMC/HPS توسط آنالیز میکروسکوپ نوری رنگ‌آمیزی ید مورد مطالعه قرار گرفت. یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. در دمای اتاق، ویسکوزیته و نازک شدن برشی محلول ترکیبی HPMC/HPS با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافت. این عمدتا به این دلیل است که ورود گروه هیدروکسی پروپیل به مولکول نشاسته ساختار پیوند هیدروژنی درون مولکولی آن را از بین می برد و آب دوستی نشاسته را بهبود می بخشد.
2. در دمای اتاق، ویسکوزیته صفر برشی h0، شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته K محلول های ترکیبی HPMC/HPS تحت تأثیر هر دو HPMC و هیدروکسی پروپیلاسیون قرار می گیرند. با افزایش محتوای HPMC، ویسکوزیته برشی صفر h0 کاهش می یابد، شاخص جریان n افزایش می یابد و ضریب ویسکوزیته K کاهش می یابد. ویسکوزیته برشی صفر h0، شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته K HPS خالص، همگی با هیدروکسیل افزایش می‌یابند با افزایش درجه جایگزینی پروپیل، کوچکتر می‌شود. اما برای سیستم ترکیبی، ویسکوزیته برشی صفر h0 با افزایش درجه جایگزینی کاهش می‌یابد، در حالی که شاخص جریان n و ثابت ویسکوزیته K با افزایش درجه جایگزینی افزایش می‌یابد.
3. روش برشی با پیش برش و تیکسوتروپی سه مرحله‌ای می‌تواند با دقت بیشتری ویسکوزیته، خواص جریان و تیکسوتروپی محلول ترکیب را منعکس کند.
4. ناحیه ویسکوالاستیک خطی سیستم ترکیبی HPMC/HPS با کاهش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS باریک می شود.
5. در این سیستم ترکیبی ژل سرد-گرم، HPMC و HPS می توانند فازهای پیوسته را به ترتیب در دماهای پایین و بالا تشکیل دهند. این تغییر ساختار فاز می تواند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته کمپلکس، خواص ویسکوالاستیک، وابستگی فرکانس و خواص ژل ژل کمپلکس تأثیر بگذارد.
6. به عنوان فازهای پراکنده، HPMC و HPS می توانند خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم های ترکیبی HPMC/HPS را به ترتیب در دماهای بالا و پایین تعیین کنند. منحنی‌های ویسکوالاستیک نمونه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا سازگار بود.
7. درجات مختلف اصلاح شیمیایی ساختار نشاسته نیز تأثیر قابل توجهی بر خواص ژل داشت. نتایج نشان می‌دهد که ویسکوزیته پیچیده، مدول ذخیره‌سازی و مدول تلفات همگی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می‌یابند. بنابراین، هیدروکسی پروپیلاسیون نشاسته بومی می تواند ساختار منظم آن را مختل کند و آب دوستی نشاسته را افزایش دهد و در نتیجه یک بافت ژل نرم ایجاد کند.
8. هیدروکسی پروپیلاسیون می تواند رفتار جامد مانند محلول های نشاسته را در دمای پایین و رفتار مایع مانند را در دمای بالا کاهش دهد. در دمای پایین، مقادیر n'و n″ با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بزرگتر شد. در دمای بالا، مقادیر n'و n″ با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کوچکتر شد.
9. رابطه بین ریزساختار، خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شد. Both the abrupt change in the viscosity curve of the compounded system and the tan δ peak in the loss factor curve appear at 45 °C, which is consistent with the co-continuous phase phenomenon observed in the micrograph (at 45 °C).

به طور خلاصه، سیستم کامپوزیت ژل سرد-گرم HPMC/HPS مورفولوژی و خواص فاز کنترل‌شده با دمای ویژه را نشان می‌دهد. از طریق اصلاحات شیمیایی مختلف نشاسته و سلولز، سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS را می توان برای توسعه و کاربرد مواد هوشمند با ارزش بالا مورد استفاده قرار داد.

فصل 6 اثرات درجه جایگزینی HPS بر ویژگی ها و سازگاری سیستم غشاء کامپوزیت HPMC/HPS

از فصل 5 می توان دریافت که تغییر ساختار شیمیایی اجزاء در سیستم ترکیبی، تفاوت در خواص رئولوژیکی، خواص ژل و سایر خواص پردازشی سیستم ترکیبی را تعیین می کند. عملکرد کلی تأثیر بسزایی دارد.

در این فصل به تأثیر ساختار شیمیایی اجزای سازنده در ریزساختار و خواص ماکروسکوپی غشای کامپوزیت HPMC/HPS می پردازد. همراه با تأثیر فصل 5 بر روی خواص رئولوژیکی سیستم کامپوزیت، خواص رئولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شده است - رابطه بین خواص فیلم.

6.1 مواد و تجهیزات

6.1.1 مواد آزمایشی اصلی

6.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

6.2 روش تجربی

6.2.1 تهیه غشاهای کامپوزیتی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

غلظت کل محلول ترکیب 8% (وزنی/وزنی)، نسبت ترکیب HPMC/HPS 10:0، 5:5، 0:10، نرم کننده 2.4% (وزنی/وزنی) پلی اتیلن گلیکول، خوراکی است. فیلم کامپوزیت HPMC/HPS به روش ریخته‌گری تهیه شد. برای روش آماده سازی خاص، به 3.2.1 مراجعه کنید.

6.2.2 ساختار ریز دامنه غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.2.1 اصل تحلیل ریزساختار تابش سنکروترون پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک

پراکندگی پرتو ایکس فرشته کوچک (SAXS) به پدیده پراکندگی ناشی از تابش پرتو اشعه ایکس به نمونه تحت آزمایش در یک زاویه کوچک نزدیک به پرتو اشعه ایکس اشاره دارد. بر اساس تفاوت چگالی الکترون در مقیاس نانو بین پراکنده و محیط اطراف، پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک معمولاً در مطالعه مواد پلیمری جامد، کلوئیدی و مایع در محدوده نانومقیاس استفاده می‌شود. در مقایسه با فناوری پراش پرتو ایکس با زاویه باز، SAXS می‌تواند اطلاعات ساختاری را در مقیاس بزرگتر به دست آورد، که می‌تواند برای تجزیه و تحلیل ساختار زنجیره‌های مولکولی پلیمری، ساختارهای دوره طولانی، و ساختار فاز و توزیع فاز سیستم‌های پیچیده پلیمری استفاده شود. . منبع نور اشعه ایکس سنکروترون نوع جدیدی از منبع نور با کارایی بالا است که دارای مزایای خلوص بالا، پلاریزاسیون بالا، پالس باریک، روشنایی بالا و همسانی بالا است، بنابراین می تواند اطلاعات ساختاری در مقیاس نانو مواد را سریعتر به دست آورد. و با دقت با تجزیه و تحلیل طیف SAXS ماده اندازه گیری شده می توان به طور کیفی یکنواختی چگالی ابر الکترونی، یکنواختی چگالی ابر الکترونی تک فاز (انحراف مثبت از قضیه پورود یا دبی) و وضوح رابط دو فازی (انحراف منفی از پورود) را به دست آورد. یا قضیه دبای). )، خود تشابهی پراکنده (چه ویژگی های فراکتالی داشته باشد)، پراکندگی پراکنده (تک پراکندگی یا چند پراکندگی تعیین شده توسط Guinier) و سایر اطلاعات، و بعد فراکتال پراکنده، شعاع چرخش و لایه متوسط ​​واحدهای تکرار شونده را نیز می توان به صورت کمی به دست آورد. ضخامت، اندازه متوسط، کسر حجمی پراکنده، سطح ویژه و سایر پارامترها.

در مرکز تشعشع سنکروترون استرالیا (کلایتون، ویکتوریا، استرالیا)، منبع تابش سنکروترون پیشرفته نسل سوم جهان (شار 1013 فوتون در ثانیه، طول موج 1.47 Å) برای تعیین ساختار ریز دامنه و سایر اطلاعات مرتبط کامپوزیت استفاده شد. فیلم الگوی پراکندگی دوبعدی نمونه آزمایشی توسط آشکارساز Pilatus 1M (مساحت 169 × 172 میکرومتر، اندازه پیکسل 172 × 172 میکرومتر) جمع‌آوری شد و نمونه اندازه‌گیری شده در محدوده 0.015 < q < 0.15 Å-1 بود. q بردار پراکندگی است) منحنی پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک یک بعدی داخلی از الگوی پراکندگی دو بعدی توسط نرم افزار ScatterBrain به دست می آید و بردار پراکندگی q و زاویه پراکندگی 2 با فرمول i / تبدیل می شوند. طول موج اشعه ایکس کجاست همه داده ها قبل از تجزیه و تحلیل داده ها از قبل نرمال سازی شدند.

6.2.3 تجزیه و تحلیل حرارتی غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.3.1 اصل آنالیز ترموگراویمتری

6.2.3.2 روش تست

به 3.2.5.2 مراجعه کنید

6.2.4 خواص کششی لایه های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.4.1 اصل تحلیل خواص کششی

6.2.4.2 روش تست

3.2.6.2 را ببینید

با استفاده از استاندارد ISO37، به شکل اسپین های دمبلی به طول کلی 35 میلی متر، فاصله بین خطوط علامت گذاری 12 میلی متر و عرض 2 میلی متر برش داده می شود. تمام نمونه های آزمایش در رطوبت 75 درصد به مدت بیش از 3 روز متعادل شدند.

6.2.5 نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.5.1 اصل تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن

همانند 3.2.7.1

6.2.5.2 روش تست

6.3 نتایج و بحث

6.3.1 تجزیه و تحلیل ساختار کریستالی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

شکل 6-1 طیف پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS را نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که در محدوده نسبتاً بزرگ q > 0.3 Å (2θ > 40)، پیک های مشخصه آشکار در تمام نمونه های غشایی ظاهر می شوند. از الگوی پراکندگی اشعه ایکس فیلم جزء خالص (شکل 6-1a)، HPMC خالص دارای یک پیک مشخصه پراکندگی پرتو ایکس در 0.569 Å است، که نشان می دهد HPMC دارای یک پیک پراکندگی پرتو ایکس در زاویه باز است. منطقه 7.70 (2θ > 50). قله های مشخصه کریستال، نشان می دهد که HPMC ساختار کریستالی خاصی در اینجا دارد. هر دو نمونه فیلم نشاسته خالص A939 و A1081 یک اوج پراکندگی پرتو ایکس متمایز در 0.397 Å را نشان دادند، که نشان می‌دهد HPS دارای یک اوج مشخصه کریستالی در ناحیه زاویه باز 5.30 است که مربوط به قله کریستالی نوع B نشاسته است. از شکل به وضوح می توان دید که A939 با جایگزینی هیدروکسی پروپیل کم دارای مساحت پیک بیشتری نسبت به A1081 با جایگزینی زیاد است. این عمدتاً به این دلیل است که ورود گروه هیدروکسی پروپیل به زنجیره مولکولی نشاسته، ساختار منظم اولیه مولکول‌های نشاسته را می‌شکند، مشکل بازآرایی و اتصال متقابل بین زنجیره‌های مولکولی نشاسته را افزایش می‌دهد و درجه تبلور مجدد نشاسته را کاهش می‌دهد. با افزایش درجه جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل، اثر بازدارندگی گروه هیدروکسی پروپیل بر تبلور مجدد نشاسته آشکارتر است.

می توان از طیف پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک نمونه های کامپوزیتی (شکل 6-1b) مشاهده کرد که فیلم های کامپوزیتی HPMC-HPS همگی پیک های مشخصه آشکاری را در 0.569 Å و 0.397 Å نشان دادند که مربوط به کریستال 7.70 HPMC است. به ترتیب قله های مشخصه. منطقه اوج تبلور HPS فیلم کامپوزیت HPMC/A939 به طور قابل توجهی بزرگتر از فیلم کامپوزیت HPMC/A1081 است. بازآرایی سرکوب شده است، که با تغییر ناحیه اوج تبلور HPS با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل در فیلم‌های جزء خالص مطابقت دارد. منطقه اوج کریستالی مربوط به HPMC در 7.70 برای غشاهای کامپوزیت با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS تغییر زیادی نکرد. در مقایسه با طیف نمونه‌های جزء خالص (شکل 5-1a)، نواحی پیک‌های تبلور HPMC و پیک‌های تبلور HPS نمونه‌های کامپوزیتی کاهش یافت، که نشان داد از طریق ترکیب این دو، هر دو HPMC و HPS می‌توانند برای گروه دیگر پدیده تبلور مجدد مواد جداسازی فیلم نقش بازدارنده خاصی دارد.

شکل 6-1 طیف SAXS از فیلم های مخلوط HPMC/HPS با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

در نتیجه، افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS و ترکیب دو جزء می تواند پدیده تبلور مجدد غشای کامپوزیت HPMC/HPS را تا حد مشخصی مهار کند. افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS عمدتاً از تبلور مجدد HPS در غشای کامپوزیت جلوگیری می کند، در حالی که ترکیب دو جزئی نقش بازدارنده خاصی در تبلور مجدد HPS و HPMC در غشای کامپوزیت ایفا می کند.

6.3.2 تجزیه و تحلیل ساختار فراکتالی خود مشابه غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

The average chain length (R) of polysaccharide molecules such as starch molecules and cellulose molecules is in the range of 1000-1500 nm, and q is in the range of 0.01-0.1 Å-1, with qR >> 1. According to the فرمول پورود، نمونه های فیلم پلی ساکارید را می توان مشاهده کرد رابطه بین شدت پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک و زاویه پراکندگی عبارت است از:

در این میان، I(q) شدت پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک است.

q زاویه پراکندگی است.

α شیب پورود است.

شیب پورود α مربوط به ساختار فراکتال است. اگر α < 3، نشان می دهد که ساختار مواد نسبتاً شل است، سطح پراکنده صاف است، و یک فراکتال جرمی است، و بعد فراکتالی آن D = α است. اگر 3 <α <4 باشد، نشان می دهد که ساختار ماده متراکم است و پراکنده سطح ناهموار است که یک فراکتال سطحی است و بعد فراکتالی آن D = 6 – α است.

شکل 6-2 نمودارهای lnI(q)-lnq غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که همه نمونه ها ساختار فراکتالی خود مشابهی را در محدوده مشخصی ارائه می دهند و شیب پورود α کمتر از 3 است که نشان می دهد فیلم کامپوزیت جرمی فراکتال دارد و سطح لایه کامپوزیت نسبتاً است. صاف ابعاد فراکتال جرم غشای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS در جدول 6-1 نشان داده شده است.

جدول 6-1 ابعاد فراکتالی غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS نشان می دهد. از جدول می توان دریافت که برای نمونه های HPS خالص، بعد فراکتالی A939 جایگزین شده با هیدروکسی پروپیل کم بسیار بیشتر از A1081 جایگزین شده با هیدروکسی پروپیل بالا است، که نشان می دهد با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، در غشاء چگالی ساختار خود مشابه به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل بر روی زنجیره مولکولی نشاسته به طور قابل توجهی مانع از پیوند متقابل بخش های HPS می شود و در نتیجه باعث کاهش چگالی ساختار خود مشابه در فیلم می شود. گروه های هیدروکسی پروپیل هیدروفیل می توانند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را با مولکول های آب تشکیل دهند و برهمکنش بین بخش های مولکولی را کاهش دهند. گروه های هیدروکسی پروپیل بزرگتر نوترکیبی و اتصال متقابل بین بخش های مولکولی نشاسته را محدود می کنند ، بنابراین با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، HPS یک ساختار خودکشی سست تر را تشکیل می دهد.

برای سیستم ترکیبی HPMC/A939، بعد فراکتالی HPS بالاتر از HPMC است، به این دلیل که نشاسته مجدداً کریستال می شود و ساختار منظم تری بین زنجیره های مولکولی تشکیل می شود که منجر به ساختار خود مشابه در غشاء می شود. . تراکم بالا. بعد فراکتال نمونه مرکب کمتر از دو جزء خالص است، زیرا از طریق ترکیب کردن، اتصال متقابل بخش‌های مولکولی دو جزء توسط یکدیگر مانع می‌شود و در نتیجه چگالی ساختارهای خود مشابه کاهش می‌یابد. در مقابل، در سیستم ترکیبی HPMC/A1081، بعد فراکتالی HPS بسیار کمتر از HPMC است. این به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل در مولکول های نشاسته به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته جلوگیری می کند. ساختار خود مشابه در چوب شل تر است. در عین حال، بعد فراکتال نمونه ترکیبی HPMC/A1081 بالاتر از HPS خالص است که با سیستم ترکیبی HPMC/A939 نیز تفاوت قابل توجهی دارد. ساختار خود مشابه، مولکول های زنجیره مانند HPMC می توانند وارد حفره ساختار شل خود شوند، در نتیجه تراکم ساختار خود مشابه HPS را بهبود می بخشند، که همچنین نشان می دهد که HPS با جایگزینی هیدروکسی پروپیل بالا می تواند پس از ترکیب، کمپلکس یکنواخت تری تشکیل دهد. با HPMC مواد تشکیل دهنده از داده های خواص رئولوژیکی، می توان دریافت که هیدروکسی پروپیله می تواند ویسکوزیته نشاسته را کاهش دهد، بنابراین در طول فرآیند ترکیب، اختلاف ویسکوزیته بین دو جزء در سیستم ترکیب کاهش می یابد که منجر به تشکیل یک همگن می شود. مرکب

شکل 6-2 الگوهای lnI(q)-lnq و منحنی های تناسب آن برای فیلم های ترکیبی HPMC/HPS با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

جدول 6-1 پارامترهای ساختار فراکتالی فیلم های ترکیبی HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

برای غشاهای کامپوزیتی با نسبت ترکیبی یکسان، بعد فراکتال نیز با افزایش درجه جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل کاهش می‌یابد. معرفی هیدروکسی پروپیل به مولکول HPS می تواند پیوند متقابل بخش های پلیمری در سیستم ترکیب را کاهش دهد و در نتیجه چگالی غشای کامپوزیت را کاهش دهد. HPS با جایگزینی هیدروکسی پروپیل بالا، سازگاری بهتری با HPMC دارد، تشکیل ترکیب یکنواخت و متراکم آسان تر است. بنابراین، چگالی ساختار خود مشابه در غشای کامپوزیت با افزایش درجه جایگزینی HPS کاهش می‌یابد که نتیجه تأثیر مشترک درجه جایگزینی HPS هیدروکسی پروپیل و سازگاری دو جزء در کامپوزیت است. سیستم

6.3.3 تجزیه و تحلیل پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

آنالایزر ترموگراویمتری برای آزمایش پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل استفاده شد. شکل 6-3 منحنی ترموگراویمتری (TGA) و منحنی نرخ کاهش وزن آن (DTG) فیلم های کامپوزیت را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS نشان می دهد. می توان از منحنی TGA در شکل 6-3 (الف) مشاهده کرد که نمونه های غشای مرکب با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS. با افزایش دما دو مرحله تغییر ترموگراویمتری آشکار وجود دارد. اول، یک مرحله کاهش وزن کوچک در دمای 30 تا 180 درجه سانتیگراد وجود دارد که عمدتاً ناشی از تبخیر شدن آب جذب شده توسط ماکرومولکول پلی ساکارید است. یک فاز کاهش وزن بزرگ در دمای 300 تا 450 درجه سانتیگراد وجود دارد که فاز تخریب حرارتی واقعی است که عمدتاً ناشی از تخریب حرارتی HPMC و HPS است. همچنین می توان از شکل مشاهده کرد که منحنی های کاهش وزن HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل مشابه و به طور قابل توجهی با منحنی های HPMC متفاوت است. بین دو نوع منحنی کاهش وزن برای نمونه های HPMC خالص و HPS خالص.

از منحنی های DTG در شکل 6-3 (b) ، می توان دریافت که دمای تخریب حرارتی HPS خالص با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل بسیار نزدیک است ، و دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های A939 و A081 310 درجه سانتیگراد است و 305 درجه سانتیگراد ، به ترتیب دمای اوج تخریب حرارتی نمونه HPMC خالص به طور قابل توجهی بالاتر از HPS است و دمای اوج آن 365 درجه سانتیگراد است. فیلم کامپوزیت HPMC/HPS دارای دو پیک تخریب حرارتی در منحنی DTG است که به ترتیب مربوط به تخریب حرارتی HPS و HPMC است. پیک های مشخصه، که نشان می دهد درجه مشخصی از جداسازی فاز در سیستم کامپوزیت با نسبت کامپوزیت 5:5 وجود دارد که با نتایج تخریب حرارتی فیلم کامپوزیت با نسبت کامپوزیت 5:5 در فصل 3 مطابقت دارد. دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های کامپوزیت HPMC/A939 به ترتیب 302 درجه سانتی گراد و 363 درجه سانتی گراد بود. دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های فیلم کامپوزیت HPMC/A1081 به ترتیب 306 درجه سانتی گراد و 363 درجه سانتی گراد بود. دمای پیک نمونه‌های فیلم کامپوزیت به دمای پایین‌تری نسبت به نمونه‌های جزء خالص منتقل شد که نشان‌دهنده کاهش پایداری حرارتی نمونه‌های کامپوزیت بود. برای نمونه‌هایی با نسبت ترکیبی یکسان، دمای پیک تخریب حرارتی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش یافت، که نشان می‌دهد پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می‌یابد. این به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته، برهمکنش بین بخش های مولکولی را کاهش می دهد و از بازآرایی منظم مولکول ها جلوگیری می کند. مطابق با نتایج است که چگالی ساختارهای خود مشابه با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد.

شکل 6-3 منحنی های TGA (الف) و منحنی های مشتق شده آنها (DTG) (ب) فیلم های مخلوط HPMC/HPS با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.3.4 تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

شکل 6-5 خواص کششی لایه های HPMC/HPS با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

خواص کششی لایه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS توسط تحلیلگر خواص مکانیکی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 75 درصد مورد آزمایش قرار گرفت. شکل 6-5 مدول الاستیک (a)، ازدیاد طول در شکست (b) و استحکام کششی (c) لایه های کامپوزیتی را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS نشان می دهد. از شکل می توان دریافت که برای سیستم ترکیبی HPMC/A1081، با افزایش محتوای HPS، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت به تدریج کاهش یافت و ازدیاد طول در هنگام شکست به طور قابل توجهی افزایش یافت که با 3.3 مطابقت داشت. 5 رطوبت متوسط ​​و زیاد. نتایج غشاهای کامپوزیتی با نسبت‌های ترکیبی متفاوت سازگار بود.

برای غشاهای HPS خالص، هم مدول الاستیک و هم استحکام کششی با کاهش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد هیدروکسی پروپیلاسیون سفتی غشا کامپوزیت را کاهش می‌دهد و انعطاف‌پذیری آن را بهبود می‌بخشد. این عمدتاً به این دلیل است که با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، آب دوستی HPS افزایش می‌یابد و ساختار غشاء شل‌تر می‌شود، که با نتیجه کاهش ابعاد فراکتال با افزایش درجه جانشینی در زاویه کوچک X- سازگار است. تست پراکندگی اشعه با این حال، ازدیاد طول در هنگام شکست با کاهش درجه جایگزینی گروه هیدروکسی پروپیل HPS کاهش می یابد، که عمدتا به این دلیل است که ورود گروه هیدروکسی پروپیل به مولکول نشاسته می تواند از تبلور مجدد نشاسته جلوگیری کند. نتایج با افزایش و کاهش سازگار است.

برای غشای کامپوزیتی HPMC/HPS با نسبت ترکیب یکسان، مدول الاستیک ماده غشاء با کاهش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS افزایش می‌یابد و استحکام کششی و ازدیاد طول در شکست هر دو با کاهش درجه جانشینی کاهش می‌یابند. شایان ذکر است که خواص مکانیکی غشاهای کامپوزیت به طور کامل با نسبت ترکیب با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS متفاوت است. این امر عمدتاً به این دلیل است که خصوصیات مکانیکی غشای کامپوزیت نه تنها تحت تأثیر درجه تعویض HPS در ساختار غشای ، بلکه با سازگاری بین اجزای موجود در سیستم مرکب نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. ویسکوزیته HPS با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد، تشکیل یک ترکیب یکنواخت با ترکیب مطلوب تر است.

6.3.5 تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

اکسیداسیون ناشی از اکسیژن مرحله اولیه در بسیاری از راه‌های ایجاد فساد مواد غذایی است، بنابراین فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی با خاصیت مانع اکسیژن خاص می‌توانند کیفیت غذا را بهبود بخشند و ماندگاری مواد غذایی را طولانی‌تر کنند [108، 364]. بنابراین، نرخ انتقال اکسیژن غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS اندازه گیری شد و نتایج در شکل 5-6 نشان داده شده است. از شکل می توان دریافت که نفوذپذیری اکسیژن تمام غشاهای HPS خالص بسیار کمتر از غشاهای HPMC خالص است و این نشان می دهد که غشاهای HPS دارای خواص بازدارندگی اکسیژن بهتری نسبت به غشاهای HPMC هستند که با نتایج قبلی مطابقت دارد. برای غشاهای HPS خالص با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل، سرعت انتقال اکسیژن با افزایش درجه جانشینی افزایش می‌یابد که نشان می‌دهد ناحیه نفوذ اکسیژن در ماده غشا افزایش می‌یابد. این با تجزیه و تحلیل ریزساختار پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک مطابقت دارد که ساختار غشاء با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل سست‌تر می‌شود، بنابراین کانال نفوذ اکسیژن در غشاء بزرگ‌تر می‌شود و اکسیژن در غشاء نفوذ می کند با افزایش سطح، سرعت انتقال اکسیژن نیز به تدریج افزایش می یابد.

شکل 6-6 نفوذپذیری اکسیژن لایه های HPS/HPMC با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

برای غشاهای کامپوزیتی با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS، سرعت انتقال اکسیژن با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می‌یابد. This is mainly because in the 5:5 compounding system, HPS exists in the form of dispersed phase in the low-viscosity HPMC continuous phase, and the viscosity of HPS decreases with the increase of hydroxypropyl substitution degree. هرچه اختلاف ویسکوزیته کمتر باشد، برای تشکیل یک ترکیب همگن مساعدتر است، کانال نفوذ اکسیژن در مواد غشایی پیچ‌خورده‌تر است و سرعت انتقال اکسیژن کمتر می‌شود.

6.4 خلاصه فصل

در این فصل، فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS با ریخته‌گری HPS و HPMC با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل و افزودن پلی اتیلن گلیکول به عنوان نرم‌کننده تهیه شد. اثر درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر ساختار کریستالی و ساختار ریز دامنه غشای کامپوزیت با استفاده از فناوری پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک تابش سنکروترون مورد مطالعه قرار گرفت. اثرات درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر روی پایداری حرارتی، خواص مکانیکی و نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیتی و قوانین آنها توسط آنالایزر ترموگراویمتری، تستر خواص مکانیکی و تستر نفوذپذیری اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت. یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. For the HPMC/HPS composite membrane with the same compounding ratio, with the increase of hydroxypropyl substitution degree, the crystallization peak area corresponding to HPS at 5.30 decreases, while the crystallization peak area corresponding to HPMC at 7.70 does not change much, indicating that the هیدروکسی پروپیلاسیون نشاسته می تواند از تبلور مجدد نشاسته در فیلم کامپوزیت جلوگیری کند.
2. در مقایسه با غشاهای جزء خالص HPMC و HPS، نواحی پیک تبلور HPS (5.30) و HPMC (7.70) غشاهای کامپوزیت کاهش می‌یابد که نشان می‌دهد از طریق ترکیب این دو، هر دو HPMC و HPS می‌توانند در غشاهای کامپوزیت تبلور مجدد یک جزء دیگر نقش بازدارندگی خاصی دارد.
3. تمام غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS ساختار فراکتالی جرمی خود مشابهی را نشان دادند. برای غشاهای کامپوزیت با نسبت ترکیب مشابه، چگالی مواد غشایی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل به طور قابل توجهی کاهش یافت. جایگزینی هیدروکسی پروپیل کم HPS چگالی مواد غشایی کامپوزیت به طور قابل توجهی کمتر از مواد دو جزء خالص است، در حالی که چگالی مواد غشایی کامپوزیت با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بالا بیشتر از غشای HPS خالص است. عمدتاً به این دلیل که چگالی مواد غشای مرکب در همان زمان تحت تأثیر قرار می گیرد. اثر هیدروکسی پروپیلاسیون HPS بر کاهش اتصال بخش پلیمری و سازگاری بین دو جزء سیستم ترکیبی.
4. Hydroxypropylation of HPS can reduce the thermal stability of HPMC/HPS composite films, and the thermal degradation peak temperature of composite films shifts to the low temperature region with the increase of hydroxypropyl substitution degree, which is because the hydroxypropyl group in starch molecules. مقدمه برهمکنش بین بخش های مولکولی را کاهش می دهد و از بازآرایی منظم مولکول ها جلوگیری می کند.
5. مدول الاستیک و استحکام کششی غشاء HPS خالص با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافت، در حالی که ازدیاد طول در شکست افزایش یافت. این عمدتا به این دلیل است که هیدروکسی پروپیلاسیون از تبلور مجدد نشاسته جلوگیری می کند و باعث می شود فیلم کامپوزیت ساختار شل تری را تشکیل دهد.
6. مدول الاستیک فیلم کامپوزیت HPMC/HPS با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافت، اما استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست افزایش یافت، زیرا خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت تحت تأثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS قرار نگرفت. علاوه بر تأثیر، از سازگاری دو جزء سیستم مرکب نیز تأثیر می پذیرد.
7. نفوذپذیری اکسیژن HPS خالص با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد، زیرا هیدروکسی پروپیلاسیون چگالی ناحیه آمورف HPS را کاهش می دهد و سطح نفوذ اکسیژن در غشاء را افزایش می دهد. غشای کامپوزیت HPMC/HPS نفوذپذیری اکسیژن با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد، که عمدتاً به این دلیل است که HPS هایپرهیدروکسی پروپیله شده سازگاری بهتری با HPMC دارد که منجر به افزایش پیچ خوردگی کانال نفوذ اکسیژن در غشای کامپوزیت می شود. Reduced oxygen permeability.

نتایج تجربی بالا نشان می دهد که خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS ارتباط نزدیکی با ساختار کریستالی داخلی و ساختار ناحیه آمورف آنها دارد، که نه تنها تحت تأثیر جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS قرار دارند، بلکه همچنین توسط مجتمع تأثیر سازگاری دو جزئی سیستم های لیگاند.

نتیجه گیری و چشم انداز

1. نتیجه گیری

در این مقاله، ژل حرارتی HPMC و ژل سرد HPS ترکیب شده و سیستم ترکیبی ژل معکوس سرد و گرم HPMC/HPS ساخته شده است. غلظت محلول، نسبت ترکیب و اثر برشی بر روی سیستم ترکیب به طور سیستماتیک تأثیر خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، شاخص جریان و تیکسوتروپی، همراه با خواص مکانیکی، خواص ترمومکانیکی دینامیکی، نفوذپذیری اکسیژن، خواص انتقال نور و پایداری حرارتی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. فیلم های کامپوزیت تهیه شده به روش ریخته گری. خواص جامع، و رنگرزی شراب ید، سازگاری، انتقال فاز و مورفولوژی فاز سیستم کامپوزیت با میکروسکوپ نوری مورد مطالعه قرار گرفت و رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی HPMC/HPS ایجاد شد. به منظور کنترل خواص کامپوزیت ها با کنترل ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت HPMC/HPS با توجه به رابطه بین خواص ماکروسکوپی و ساختار میکرومورفولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS. با مطالعه اثرات HPS اصلاح شده شیمیایی با درجات مختلف بر روی خواص رئولوژیکی، خواص ژل، ریزساختار و خواص ماکروسکوپی غشاها، رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم ژل معکوس سرد و گرم HPMC/HPS بیشتر مورد بررسی قرار گرفت. رابطه بین این دو، و یک مدل فیزیکی برای روشن شدن مکانیسم ژل شدن و عوامل موثر بر آن و قوانین ژل سرد و گرم در سیستم ترکیب ایجاد شد. مطالعات مربوطه به نتایج زیر رسیده است.

1. تغییر نسبت ترکیبی سیستم ترکیبی HPMC/HPS می تواند به طور قابل توجهی خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، سیالیت و تیکسوتروپی HPMC را در دمای پایین بهبود بخشد. رابطه بین خواص رئولوژیکی و ریزساختار سیستم ترکیب بیشتر مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مشخص به شرح زیر است:

(1) در دمای پایین، سیستم ترکیبی یک ساختار فاز پراکنده فاز پیوسته «دریا-جزیره» است و انتقال فاز پیوسته در 4:6 با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS رخ می‌دهد. هنگامی که نسبت ترکیب بالا است (محتوای HPMC بیشتر)، HPMC با ویسکوزیته پایین فاز پیوسته است و HPS فاز پراکنده است. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS، زمانی که جزء کم ویسکوزیته فاز پیوسته و جزء با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیب به طور قابل توجهی متفاوت است. هنگامی که HPMC با ویسکوزیته پایین فاز پیوسته است، ویسکوزیته سیستم ترکیبی عمدتاً منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته است. هنگامی که HPS با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، HPMC به عنوان فاز پراکنده، ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا را کاهش می دهد. اثر با افزایش محتوای HPS و غلظت محلول در سیستم ترکیبی، پدیده ویسکوزیته و نازک شدن برشی سیستم ترکیبی به تدریج افزایش یافت، سیالیت کاهش یافت و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب افزایش یافت. ویسکوزیته و تیکسوتروپی HPMC توسط فرمولاسیون با HPS متعادل می شود.

(2) برای یک سیستم ترکیبی 5:5، HPMC و HPS می توانند فازهای پیوسته را به ترتیب در دماهای پایین و بالا تشکیل دهند. این تغییر ساختار فاز می تواند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته پیچیده ، خصوصیات ویسکوالاستیک ، وابستگی فرکانس و خصوصیات ژل ژل پیچیده تأثیر بگذارد. به عنوان فازهای پراکنده، HPMC و HPS می توانند خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم های ترکیبی HPMC/HPS را به ترتیب در دماهای بالا و پایین تعیین کنند. منحنی‌های ویسکوالاستیک نمونه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا سازگار بود.

(3) رابطه بین ریزساختار، خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شد. هر دو تغییر ناگهانی در منحنی ویسکوزیته سیستم مرکب و اوج دلتای قهوهای مایل به زرد در منحنی ضریب تلفات در دمای 45 درجه سانتیگراد ظاهر می شوند که با پدیده فاز همزمان مشاهده شده در میکروگراف (در دمای 45 درجه سانتیگراد) مطابقت دارد.

1. By studying the microstructure and mechanical properties, dynamic thermomechanical properties, light transmittance, oxygen permeability and thermal stability of the composite membranes prepared under different compounding ratios and solution concentrations, combined with iodine dyeing optical microscopy technology, research The phase morphology, phase transition and compatibility مجتمع‌ها مورد بررسی قرار گرفتند و رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی مجتمع‌ها برقرار شد. نتایج مشخص به شرح زیر است:

(1) هیچ رابط دو فازی آشکاری در تصاویر SEM فیلم های کامپوزیت با نسبت های مختلف ترکیبی وجود ندارد. اکثر فیلم های کامپوزیت تنها یک نقطه انتقال شیشه ای در نتایج DMA دارند و بیشتر فیلم های کامپوزیت تنها یک پیک تخریب حرارتی در منحنی DTG دارند. اینها با هم نشان می دهند که HPMC سازگاری خاصی با HPS دارد.

(2) رطوبت نسبی تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS دارد و درجه تأثیر آن با افزایش محتوای HPS افزایش می یابد. در رطوبت نسبی کمتر، هم مدول الاستیک و هم استحکام کششی لایه‌های کامپوزیت با افزایش محتوای HPS افزایش یافت و ازدیاد طول در هنگام شکست فیلم‌های کامپوزیت به طور قابل‌توجهی کمتر از فیلم‌های جزء خالص بود. با افزایش رطوبت نسبی ، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت کاهش یافته و کشیدگی در استراحت به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، و رابطه بین خصوصیات مکانیکی فیلم کامپوزیت و نسبت ترکیب یک الگوی تغییر کاملاً متضاد را نشان می دهد رطوبت نسبی خصوصیات مکانیکی غشاهای کامپوزیت با نسبت های مختلف ترکیبی ، تقاطع را در شرایط رطوبت نسبی مختلف نشان می دهد ، که امکان بهینه سازی عملکرد محصول را با توجه به نیازهای مختلف کاربردی فراهم می کند.

(3) رابطه بین ریزساختار، انتقال فاز، شفافیت و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شد. الف کمترین نقطه شفافیت سیستم ترکیبی با نقطه انتقال فاز HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده و حداقل نقطه کاهش مدول کششی مطابقت دارد. ب مدول یانگ و ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش غلظت محلول کاهش می یابد که به طور علّی به تغییر مورفولوژیک HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده در سیستم ترکیب مربوط می شود.

(4) افزودن HPS پیچ خوردگی کانال نفوذ اکسیژن در غشای کامپوزیت را افزایش می دهد، به طور قابل توجهی نفوذپذیری اکسیژن غشا را کاهش می دهد و عملکرد مانع اکسیژن غشاء HPMC را بهبود می بخشد.

(1) هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ویسکوزیته سیستم ترکیب را در دمای پایین کاهش دهد ، سیالیت محلول ترکیب را بهبود بخشد و پدیده نازک شدن برشی را کاهش دهد. هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ناحیه ویسکوالاستیک خطی سیستم ترکیبی را باریک کند، دمای انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS را کاهش دهد و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب را در دمای پایین و سیالیت را در دمای بالا بهبود بخشد.

(2) هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و بهبود سازگاری دو جزء می تواند به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته در غشاء جلوگیری کند و تشکیل یک ساختار خود مشابه شلتر در غشای کامپوزیت را ترویج دهد. معرفی گروه‌های هیدروکسی پروپیل حجیم بر روی زنجیره مولکولی نشاسته، اتصال متقابل و بازآرایی منظم بخش‌های مولکولی HPS را محدود می‌کند، که منجر به تشکیل یک ساختار مشابه شلتر از HPS می‌شود. برای سیستم پیچیده، افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل به مولکول های زنجیره مانند HPMC اجازه می دهد تا وارد ناحیه حفره شل HPS شوند، که سازگاری سیستم پیچیده را بهبود می بخشد و تراکم ساختار خود مشابه HPS را بهبود می بخشد. سازگاری سیستم ترکیبی با افزایش درجه جایگزینی گروه هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد که با نتایج خواص رئولوژیکی مطابقت دارد.

(3) خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS ارتباط نزدیکی با ساختار کریستالی داخلی و ساختار ناحیه آمورف آن دارد. اثر ترکیبی دو اثر از سازگاری دو جزء.

1. با مطالعه اثرات غلظت محلول، دما و اصلاح شیمیایی HPS بر روی خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب، مکانیسم ژل شدن سیستم ترکیبی ژل معکوس گرمای سرد HPMC/HPS مورد بحث قرار گرفت. نتایج مشخص به شرح زیر است:

(1) در سیستم مرکب غلظت بحرانی (8 ٪) وجود دارد ، زیر غلظت بحرانی ، HPMC و HPS در زنجیره های مولکولی مستقل و مناطق فاز وجود دارد. هنگامی که غلظت بحرانی به دست می آید، فاز HPS در محلول به عنوان یک میعان تشکیل می شود. مرکز ژل یک ساختار میکروژل است که توسط زنجیره های مولکولی HPMC به هم متصل شده است. بالاتر از غلظت بحرانی، درهم تنیدگی پیچیده تر و برهمکنش قوی تر است، و محلول رفتاری شبیه به مذاب پلیمری از خود نشان می دهد.

(2) سیستم پیچیده دارای یک نقطه گذار فاز پیوسته با تغییر دما است که به رفتار ژل HPMC و HPS در سیستم پیچیده مربوط می شود. در دماهای پایین، ویسکوزیته HPMC به طور قابل توجهی کمتر از HPS است، بنابراین HPMC یک فاز پیوسته را در اطراف فاز ژل HPS با ویسکوزیته بالا تشکیل می دهد. در لبه های دو فاز، گروه های هیدروکسیل در زنجیره HPMC بخشی از آب اتصال خود را از دست می دهند و پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را با زنجیره مولکولی HPS تشکیل می دهند. در طول فرآیند گرمایش، زنجیره های مولکولی HPS به دلیل جذب انرژی کافی حرکت کردند و با مولکول های آب پیوند هیدروژنی تشکیل دادند که در نتیجه ساختار ژل پاره شد. در همان زمان، ساختارهای قفس آب و پوسته آب در زنجیره های HPMC از بین رفتند و به تدریج پاره شدند تا گروه های آب دوست و خوشه های آبگریز را در معرض دید قرار دهند. در دمای بالا، HPMC یک ساختار شبکه ژل را به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی و ارتباط آبگریز تشکیل می دهد و بنابراین به یک فاز پراکنده با ویسکوزیته بالا تبدیل می شود که در فاز پیوسته HPS سیم پیچ های تصادفی پراکنده می شود.

(3) با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS، سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS بهبود می‌یابد و دمای انتقال فاز در سیستم ترکیبی به دمای پایین می‌رود. با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، قطعات مارپیچ کشیده بیشتری در محلول HPS وجود دارد که می تواند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بیشتری را با زنجیره مولکولی HPMC در مرز دو فاز ایجاد کند، بنابراین ساختار یکنواخت تری را تشکیل می دهد. هیدروکسی پروپیلاسیون ویسکوزیته نشاسته را کاهش می دهد، به طوری که اختلاف ویسکوزیته بین HPMC و HPS در ترکیب باریک می شود، که منجر به تشکیل یک ترکیب همگن تر می شود و حداقل مقدار اختلاف ویسکوزیته بین دو جزء به پایین می رود. منطقه دما

2. نکات نوآوری

1. طراحی و ساخت سیستم ترکیب ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS و مطالعه سیستماتیک خواص رئولوژیکی منحصر به فرد این سیستم، به ویژه غلظت محلول ترکیب، نسبت ترکیب، دما و تغییرات شیمیایی اجزاء. قوانین تأثیر خصوصیات رئولوژیکی ، خصوصیات ژل و سازگاری سیستم مرکب بیشتر مورد بررسی قرار گرفت ، و مورفولوژی فاز و انتقال فاز سیستم ترکیبی بیشتر با مشاهده میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید ، و میکرو مورفولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. ساختار سیستم ترکیب ایجاد شد - رابطه خواص رئولوژیکی - خواص ژل. برای اولین بار، مدل آرنیوس برای برازش قانون تشکیل ژل ژل‌های مرکب فاز معکوس سرد و گرم در محدوده‌های دمایی مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

2. توزیع فاز، انتقال فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت HPMC/HPS توسط فناوری تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی با ید مشاهده شد و خواص شفافیت مکانیکی با ترکیب خواص نوری و خواص مکانیکی فیلم‌های کامپوزیت ایجاد شد. رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی مانند خواص - مورفولوژی فاز و غلظت - خواص مکانیکی - مورفولوژی فاز. برای اولین بار است که به طور مستقیم قانون تغییر مورفولوژی فاز این سیستم ترکیبی با نسبت ترکیب، دما و غلظت به ویژه شرایط انتقال فاز و تأثیر گذار فاز بر خواص سیستم ترکیبی مشاهده می شود.

3. ساختار کریستالی و ساختار آمورف غشاهای کامپوزیت با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS توسط SAXS مورد مطالعه قرار گرفت و مکانیسم ژل شدن و تأثیر ژل های کامپوزیت در ترکیب با نتایج رئولوژیکی و خواص ماکروسکوپی مانند نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت مورد بحث قرار گرفت. فاکتورها و قوانین، برای اولین بار مشخص شد که ویسکوزیته سیستم کامپوزیت با چگالی ساختار خود مشابه در غشای کامپوزیت مرتبط است و مستقیماً خصوصیات ماکروسکوپی مانند نفوذپذیری اکسیژن و خواص مکانیکی کامپوزیت را تعیین می کند. غشای ، و خصوصیات رئولوژیکی-میکروس ساختار-غشایی بین خصوصیات ماده را ایجاد می کند.

3. چشم انداز

در سال های اخیر، توسعه مواد غذایی ایمن و خوراکی بسته بندی مواد غذایی با استفاده از پلیمرهای طبیعی تجدیدپذیر به عنوان مواد اولیه به کانون تحقیقاتی در زمینه بسته بندی مواد غذایی تبدیل شده است. در این مقاله از پلی ساکارید طبیعی به عنوان ماده اولیه اصلی استفاده شده است. با ترکیب HPMC و HPS، هزینه مواد خام کاهش می‌یابد، عملکرد پردازش HPMC در دمای پایین بهبود می‌یابد، و عملکرد مانع اکسیژن غشای کامپوزیت بهبود می‌یابد. از طریق ترکیب تجزیه و تحلیل رئولوژیکی، تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی ید و ریزساختار فیلم کامپوزیت و تجزیه و تحلیل عملکرد جامع، مورفولوژی فاز، انتقال فاز، جداسازی فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت ژل فاز معکوس سرد-گرم مورد مطالعه قرار گرفت. رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت ایجاد شد. با توجه به رابطه بین خواص ماکروسکوپی و ساختار میکرومورفولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS، ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت را می توان برای کنترل مواد کامپوزیت کنترل کرد. تحقیق در این مقاله دارای اهمیت راهنما برای فرآیند تولید واقعی است. مکانیسم تشکیل، عوامل مؤثر و قوانین ژل های کامپوزیت معکوس سرد و گرم مورد بحث قرار می گیرد که یک سیستم ترکیبی مشابه از ژل های معکوس سرد و گرم است. تحقیق این مقاله یک مدل نظری برای ارائه راهنمایی نظری برای توسعه و کاربرد مواد هوشمند ویژه با دمای کنترل شده ارائه می‌کند. نتایج تحقیق این مقاله از ارزش نظری خوبی برخوردار است. تحقیق این مقاله شامل تلاقی مواد غذایی، مواد، ژل و ترکیب و سایر رشته ها است. با توجه به محدودیت زمان و روش تحقیق، تحقیق این موضوع همچنان دارای نکات ناتمام بسیاری است که از جنبه های زیر قابل تعمیق و بهبود است. گسترش دادن:

جنبه های نظری:

1. بررسی اثرات نسبت‌های مختلف شاخه‌های زنجیره، وزن‌های مولکولی و انواع HPS بر خواص رئولوژیکی، خواص غشا، مورفولوژی فاز، و سازگاری سیستم ترکیب، و کشف قانون تأثیر آن بر مکانیسم تشکیل ژل ترکیب. سیستم
2. بررسی اثرات درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPMC، درجه جایگزینی متوکسیل، وزن مولکولی و منبع بر روی خواص رئولوژیکی، خواص ژل، خواص غشا و سازگاری سیستم سیستم ترکیب، و تجزیه و تحلیل اثر اصلاح شیمیایی HPMC بر تراکم ترکیب. قانون تأثیر مکانیسم تشکیل ژل
3. تأثیر نمک، pH، نرم‌کننده، عامل اتصال عرضی، عامل ضد باکتری و سایر سیستم‌های ترکیبی بر روی خواص رئولوژیکی، خواص ژل، ساختار و خواص غشاء و قوانین آنها مورد مطالعه قرار گرفت.

کاربرد:

1. فرمول استفاده از بسته بندی بسته های چاشنی ، بسته های سبزیجات و سوپ های جامد را بهینه کنید و اثر حفظ چاشنی ها ، سبزیجات و سوپ ها را در دوره ذخیره سازی ، خواص مکانیکی مواد و تغییر در عملکرد محصول در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی مطالعه کنید. و حلالیت در آب و شاخص بهداشتی مواد. همچنین می توان آن را برای غذاهای گرانول مانند قهوه و چای شیر و همچنین بسته بندی خوراکی کیک، پنیر، دسر و سایر غذاها استفاده کرد.
2. بهینه سازی طراحی فرمول برای کاربرد کپسول های گیاهی دارویی، مطالعه بیشتر شرایط فرآوری و انتخاب بهینه عوامل کمکی و تهیه محصولات کپسول توخالی. شاخص های فیزیکی و شیمیایی مانند شکنندگی، زمان تجزیه، محتوای فلزات سنگین و محتوای میکروبی مورد آزمایش قرار گرفتند.
3. برای استفاده تازه از میوه ها و سبزیجات، فرآورده های گوشتی و غیره، با توجه به روش های مختلف فرآوری سمپاشی، غوطه وری و رنگ آمیزی، فرمول مناسب را انتخاب کنید و میزان پوسیدگی میوه، افت رطوبت، مصرف مواد مغذی، سختی را مطالعه کنید. سبزیجات پس از بسته بندی در طول دوره ذخیره سازی، براقیت و طعم و سایر شاخص ها؛ رنگ، pH، مقدار TVB-N، اسید تیوباربیتوریک و تعداد میکروارگانیسم های فرآورده های گوشتی پس از بسته بندی.