Reologi dan KompatibilitasHPMC/HPSKompleks
Kata-kata kunci: hidroksipropil metilselulosa; pati hidroksipropil; sifat reologi; kesesuaian; modifikasi kimia.
Hidroksipropil metilselulosa (HPMC) adalah polimer polisakarida yang biasa digunakan dalam pembuatan film yang dapat dimakan. Ini banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan. Film ini memiliki transparansi yang baik, sifat mekanik dan sifat penghalang minyak. Namun, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang menyebabkan kinerja pemrosesannya buruk pada suhu rendah dan konsumsi energi produksi yang tinggi; selain itu, harga bahan bakunya yang mahal membatasi penerapannya secara luas termasuk bidang farmasi. Pati hidroksipropil (HPS) merupakan bahan pangan yang banyak digunakan dalam bidang pangan dan obat-obatan. Ini memiliki berbagai sumber dan harga murah. Ini adalah bahan yang ideal untuk mengurangi biaya HPMC. Selain itu, sifat gel dingin HPS dapat menyeimbangkan viskositas dan sifat reologi HPMC lainnya. , untuk meningkatkan kinerja pemrosesannya pada suhu rendah. Selain itu, film makanan HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang sangat baik, sehingga secara signifikan dapat meningkatkan sifat penghalang oksigen dari film makanan HPMC.
HPS ditambahkan ke HPMC untuk peracikan, dan sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS dibuat. Hukum pengaruh sifat dibahas, mekanisme interaksi antara HPS dan HPMC dalam larutan, kompatibilitas dan transisi fasa sistem senyawa dibahas, dan hubungan antara sifat reologi dan struktur sistem senyawa dibahas. Hasilnya menunjukkan bahwa sistem senyawa memiliki konsentrasi kritis (8%), di bawah konsentrasi kritis, HPMC dan HPS berada dalam rantai molekul dan daerah fase independen; di atas konsentrasi kritis, fase HPS terbentuk dalam larutan sebagai pusat gel. Struktur mikrogel, yang dihubungkan melalui jalinan rantai molekul HPMC, menunjukkan perilaku yang mirip dengan lelehan polimer. Sifat reologi sistem senyawa dan perbandingan senyawa sesuai dengan aturan penjumlahan logaritmik, dan menunjukkan derajat deviasi positif dan negatif tertentu, yang menunjukkan bahwa kedua komponen tersebut memiliki kesesuaian yang baik. Sistem senyawa adalah struktur “pulau laut” fase terdispersi fase kontinu pada suhu rendah, dan transisi fase kontinu terjadi pada 4:6 dengan penurunan rasio senyawa HPMC/HPS.
Sebagai salah satu komponen penting komoditas pangan, kemasan pangan dapat mencegah pangan dari kerusakan dan pencemaran oleh faktor luar dalam proses peredaran dan penyimpanannya, sehingga memperpanjang umur simpan dan masa penyimpanan pangan. Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, film yang dapat dimakan memiliki prospek penerapan yang luas dalam pengemasan dan pengawetan makanan, makanan cepat saji dan kapsul farmasi, dan telah menjadi hotspot penelitian dalam bidang pangan saat ini. bidang terkait pengemasan.
Membran komposit HPMC/HPS dibuat dengan metode pengecoran. Kompatibilitas dan pemisahan fasa sistem komposit dieksplorasi lebih lanjut dengan pemindaian mikroskop elektron, analisis sifat termomekanis dinamis dan analisis termogravimetri, dan sifat mekanik membran komposit dipelajari. dan permeabilitas oksigen dan sifat membran lainnya. Hasilnya menunjukkan bahwa tidak ada antarmuka dua fase yang jelas ditemukan pada gambar SEM dari semua film komposit, hanya terdapat satu titik transisi kaca pada hasil DMA pada sebagian besar film komposit, dan hanya satu puncak degradasi termal yang muncul pada kurva DTG. dari sebagian besar film komposit. HPMC memiliki kompatibilitas tertentu dengan HPS. Penambahan HPS ke HPMC secara signifikan meningkatkan sifat penghalang oksigen pada membran komposit. Sifat mekanik membran komposit sangat bervariasi dengan rasio peracikan dan kelembaban relatif lingkungan, dan menghadirkan titik persilangan, yang dapat memberikan referensi untuk optimalisasi produk untuk kebutuhan aplikasi yang berbeda.
Morfologi mikroskopis, distribusi fasa, transisi fasa, dan struktur mikro lainnya dari sistem senyawa HPMC/HPS dipelajari dengan analisis mikroskop optik pewarnaan yodium sederhana, dan transparansi serta sifat mekanik sistem senyawa dipelajari dengan spektrofotometer ultraviolet dan penguji sifat mekanik. Hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan kinerja komprehensif makroskopis dari sistem senyawa HPMC/HPS telah terjalin. Hasilnya menunjukkan bahwa sejumlah besar mesofasa terdapat dalam sistem senyawa, yang memiliki kompatibilitas yang baik. Terdapat titik transisi fasa dalam sistem senyawa, dan titik transisi fasa ini memiliki rasio senyawa tertentu dan ketergantungan konsentrasi larutan. Titik transparansi terendah sistem senyawa konsisten dengan titik transisi fasa HPMC dari fasa kontinyu ke fasa terdispersi dan titik minimum modulus tarik. Modulus Young dan perpanjangan putus menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan, yang memiliki hubungan sebab akibat dengan transisi HPMC dari fase kontinu ke fase terdispersi.
Rheometer digunakan untuk mempelajari pengaruh modifikasi kimia HPS terhadap sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS. Kapasitas dan transisi fase dipelajari, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat reologi dan gel ditetapkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hidroksipropilasi HPS dapat menurunkan viskositas sistem senyawa pada suhu rendah, meningkatkan fluiditas larutan senyawa, dan mengurangi fenomena penipisan geser; hidroksipropilasi HPS dapat mempersempit viskositas linier sistem senyawa. Di daerah elastis, suhu transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS berkurang, dan perilaku sistem senyawa seperti padat pada suhu rendah dan fluiditas pada suhu tinggi ditingkatkan. HPMC dan HPS masing-masing membentuk fase kontinu pada suhu rendah dan tinggi, dan fase terdispersi menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem komposit pada suhu tinggi dan rendah. Baik perubahan mendadak pada kurva viskositas sistem gabungan maupun puncak tan delta pada kurva faktor kerugian muncul pada suhu 45 °C, yang mencerminkan fenomena fase kontinu yang diamati pada mikrograf bernoda yodium pada suhu 45 °C.
Pengaruh modifikasi kimia HPS pada struktur kristal dan struktur mikro-divisi film komposit dipelajari dengan teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron, dan sifat mekanik, sifat penghalang oksigen, dan stabilitas termal film komposit dipelajari. mempelajari secara sistematis pengaruh perubahan struktur kimia komponen senyawa terhadap struktur mikro dan sifat makroskopis sistem senyawa. Hasil radiasi sinkrotron menunjukkan bahwa hidroksipropilasi HPS dan peningkatan kompatibilitas kedua komponen dapat secara signifikan menghambat rekristalisasi pati pada membran dan mendorong pembentukan struktur serupa yang lebih longgar pada membran komposit. Sifat makroskopis seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS berkaitan erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf. Efek gabungan dari kedua efek tersebut.
Bab Satu Pendahuluan
Sebagai komponen penting komoditas pangan, bahan kemasan pangan dapat melindungi pangan dari kerusakan dan pencemaran fisik, kimia, dan biologi selama peredaran dan penyimpanan, menjaga mutu pangan itu sendiri, memperlancar konsumsi pangan, dan menjamin pangan. Penyimpanan dan pengawetan jangka panjang, dan memberikan tampilan makanan untuk menarik konsumsi dan memperoleh nilai di luar biaya bahan [1-4]. Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, film yang dapat dimakan memiliki prospek penerapan yang luas dalam pengemasan dan pengawetan makanan, makanan cepat saji dan kapsul farmasi, dan telah menjadi hotspot penelitian dalam bidang pangan saat ini. bidang terkait pengemasan.
Edible film adalah film dengan struktur jaringan berpori, biasanya diperoleh dengan mengolah polimer alami yang dapat dimakan. Banyak polimer alami yang ada di alam memiliki sifat gel, dan larutan berairnya dapat membentuk hidrogel dalam kondisi tertentu, seperti beberapa polisakarida alami, protein, lipid, dll. Polisakarida struktural alami seperti pati dan selulosa, karena struktur molekul khusus berupa heliks rantai panjang dan sifat kimia yang stabil, cocok untuk lingkungan penyimpanan jangka panjang dan beragam, dan telah dipelajari secara luas sebagai bahan pembentuk film yang dapat dimakan. Edible film yang dibuat dari satu polisakarida sering kali mempunyai keterbatasan tertentu dalam performanya. Oleh karena itu, untuk menghilangkan keterbatasan film makanan polisakarida tunggal, memperoleh sifat khusus atau mengembangkan fungsi baru, menurunkan harga produk, dan memperluas penerapannya, biasanya digunakan dua jenis polisakarida. Atau polisakarida alami di atas digabungkan untuk mencapai efek sifat komplementer. Namun, karena perbedaan struktur molekul antara polimer yang berbeda, terdapat entropi konformasi tertentu, dan sebagian besar kompleks polimer kompatibel atau tidak kompatibel sebagian. Morfologi fasa dan kompatibilitas kompleks polimer akan menentukan sifat material komposit. Deformasi dan riwayat aliran selama pemrosesan mempunyai dampak yang signifikan terhadap struktur. Oleh karena itu, sifat makroskopis seperti sifat reologi sistem kompleks polimer dipelajari. Keterkaitan antara struktur morfologi mikroskopis seperti morfologi fase dan kompatibilitas penting untuk mengatur kinerja, analisis dan modifikasi material komposit, teknologi pemrosesan, panduan desain formula dan desain mesin pemrosesan, serta evaluasi produksi. Kinerja pemrosesan produk dan pengembangan serta penerapan bahan polimer baru sangatlah penting.
Dalam bab ini, status penelitian dan kemajuan penerapan bahan film yang dapat dimakan diulas secara rinci; situasi penelitian hidrogel alami; tujuan dan cara peracikan polimer serta kemajuan penelitian peracikan polisakarida; metode penelitian reologi sistem peracikan; Sifat reologi dan konstruksi model sistem gel terbalik dingin dan panas dianalisis dan dibahas, serta signifikansi penelitian, tujuan penelitian, dan penelitian isi makalah ini.
1.1 Film yang dapat dimakan
Film yang dapat dimakan mengacu pada penambahan bahan pemlastis dan bahan pengikat silang berdasarkan bahan alami yang dapat dimakan (seperti polisakarida struktural, lipid, protein), melalui interaksi antarmolekul yang berbeda, melalui peracikan, pemanasan, pelapisan, pengeringan, dll. Film dengan jaringan berpori struktur yang dibentuk oleh pengobatan. Ini dapat memberikan berbagai fungsi seperti sifat penghalang yang dapat dipilih terhadap gas, kelembapan, kandungan, dan zat berbahaya eksternal, sehingga dapat meningkatkan kualitas sensorik dan struktur internal makanan, serta memperpanjang masa penyimpanan atau umur simpan produk makanan.
1.1.1 Sejarah Perkembangan Film yang Dapat Dimakan
Perkembangan film yang dapat dimakan dapat ditelusuri kembali ke abad ke-12 dan ke-13. Saat itu, orang Tionghoa menggunakan metode waxing sederhana untuk melapisi jeruk dan lemon, yang secara efektif mengurangi hilangnya air pada buah dan sayur, sehingga buah dan sayur tetap berkilau aslinya, sehingga memperpanjang umur simpan buah dan sayur. sayuran, tetapi secara berlebihan menghambat respirasi aerobik buah-buahan dan sayuran, sehingga mengakibatkan kerusakan fermentasi buah. Pada abad ke-15, masyarakat Asia sudah mulai membuat film makanan dari susu kedelai, dan menggunakannya untuk melindungi makanan dan meningkatkan penampilan makanan [20]. Pada abad ke-16, orang Inggris menggunakan lemak untuk melapisi permukaan makanan guna mengurangi hilangnya kelembapan makanan. Pada abad ke-19, sukrosa pertama kali digunakan sebagai pelapis makanan pada kacang-kacangan, almond, dan hazelnut untuk mencegah oksidasi dan ketengikan selama penyimpanan. Pada tahun 1830-an, film parafin lelehan panas komersial muncul untuk buah-buahan seperti apel dan pir. Pada akhir abad ke-19, film gelatin disemprotkan pada permukaan produk daging dan makanan lainnya untuk mengawetkan makanan. Pada awal tahun 1950-an, lilin carnauba, dll., telah dibuat menjadi emulsi minyak dalam air untuk melapisi dan mengawetkan buah-buahan dan sayuran segar. Pada akhir tahun 1950-an, penelitian tentang film yang dapat dimakan yang diterapkan pada produk daging mulai berkembang, dan contoh yang paling luas dan sukses adalah produk enema yang diolah dari usus kecil hewan menjadi selongsong.
Sejak tahun 1950-an, konsep Edible Film baru bisa dikatakan baru benar-benar diajukan. Sejak itu, banyak peneliti yang mengembangkan minat yang kuat terhadap film yang dapat dimakan. Pada tahun 1991, Nisperes menerapkan karboksimetil selulosa (CMC) pada pelapisan dan pengawetan pisang dan buah-buahan lainnya, respirasi buah berkurang, dan hilangnya klorofil tertunda. Taman dkk. pada tahun 1994 melaporkan sifat penghalang efektif film protein zein terhadap O2 dan CO2, yang memperbaiki kehilangan air, layu dan perubahan warna pada tomat. Pada tahun 1995, Lourdin menggunakan larutan alkali encer untuk mengolah pati, dan menambahkan gliserin untuk melapisi stroberi agar segar, yang mengurangi tingkat kehilangan air pada stroberi dan menunda pembusukan. Baberjee meningkatkan sifat film yang dapat dimakan pada tahun 1996 melalui pencairan mikro dan perlakuan ultrasonik pada cairan pembentuk film, sehingga ukuran partikel cairan pembentuk film berkurang secara signifikan dan stabilitas homogen emulsi ditingkatkan. Pada tahun 1998, Padegett dkk. menambahkan lisozim atau nisin ke dalam film makanan protein kedelai dan menggunakannya untuk membungkus makanan, dan menemukan bahwa pertumbuhan bakteri asam laktat dalam makanan secara efektif terhambat [30]. Pada tahun 1999, Yin Qinghong dkk. menggunakan lilin lebah untuk membuat bahan pelapis film untuk pengawetan dan penyimpanan apel dan buah-buahan lainnya, yang dapat menghambat respirasi, mencegah penyusutan dan penurunan berat badan, serta menghambat invasi mikroba.
Selama bertahun-tahun, gelas kimia pemanggang jagung untuk kemasan es krim, kertas ketan untuk kemasan permen, dan kulit tahu untuk hidangan daging merupakan kemasan khas yang dapat dimakan. Namun penerapan komersial dari film yang dapat dimakan hampir tidak ada pada tahun 1967, dan bahkan pengawetan buah dengan lapisan lilin memiliki penggunaan komersial yang sangat terbatas. Hingga tahun 1986, hanya sedikit perusahaan yang mulai menyediakan produk-produk film yang dapat dimakan, dan pada tahun 1996, jumlah perusahaan film yang dapat dimakan telah berkembang menjadi lebih dari 600. Saat ini, penerapan film yang dapat dimakan dalam pengawetan kemasan makanan telah meningkat, dan telah mencapai tingkat pertumbuhan yang tinggi. pendapatan tahunan lebih dari 100 juta dolar AS.
1.1.2 Karakteristik dan jenis film yang dapat dimakan
Menurut penelitian yang relevan, film yang dapat dimakan memiliki keunggulan luar biasa sebagai berikut: film yang dapat dimakan dapat mencegah penurunan dan penurunan kualitas pangan yang disebabkan oleh migrasi timbal balik berbagai zat makanan; beberapa komponen film yang dapat dimakan sendiri memiliki nilai gizi khusus dan fungsi kesehatan; film yang dapat dimakan memiliki sifat penghalang opsional terhadap CO2, O2 dan gas lainnya; film yang dapat dimakan dapat digunakan untuk microwave, kue, makanan gorengan dan film obat dan pelapis; film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai antioksidan dan pengawet serta pembawa lainnya, sehingga memperpanjang umur simpan makanan; film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai pembawa pewarna dan penguat nutrisi, dll., untuk meningkatkan kualitas makanan dan meningkatkan sifat sensorik makanan; film yang dapat dimakan aman dan dapat dimakan, serta dapat dikonsumsi bersama dengan makanan; Film kemasan yang dapat dimakan dapat digunakan untuk mengemas makanan dalam jumlah kecil atau satuan, dan membentuk kemasan komposit multi-lapis dengan bahan kemasan tradisional, yang meningkatkan kinerja penghalang bahan kemasan secara keseluruhan.
Alasan mengapa film kemasan yang dapat dimakan memiliki sifat fungsional di atas terutama didasarkan pada pembentukan struktur jaringan tiga dimensi tertentu di dalamnya, sehingga menunjukkan sifat kekuatan dan penghalang tertentu. Sifat fungsional film kemasan yang dapat dimakan sangat dipengaruhi oleh sifat komponennya, dan tingkat ikatan silang polimer internal, keseragaman dan kepadatan struktur jaringan juga dipengaruhi oleh proses pembentukan film yang berbeda. Ada perbedaan yang jelas dalam kinerja [15, 35]. Film yang dapat dimakan juga memiliki beberapa sifat lain seperti kelarutan, warna, transparansi, dll. Bahan kemasan film yang dapat dimakan dapat dipilih sesuai dengan lingkungan penggunaan yang berbeda dan perbedaan objek produk yang akan dikemas.
Menurut metode pembentukan film yang dapat dimakan, film dapat dibagi menjadi film dan pelapis: (1) Film independen yang telah disiapkan sebelumnya biasanya disebut film. (2) Lapisan tipis yang terbentuk pada permukaan pangan dengan cara pelapisan, pencelupan, dan penyemprotan disebut pelapisan. Film terutama digunakan untuk makanan dengan bahan berbeda yang perlu dikemas secara terpisah (seperti bungkus bumbu dan bungkus minyak dalam makanan praktis), makanan dengan bahan yang sama tetapi perlu dikemas secara terpisah (seperti kopi kemasan kecil, susu bubuk, dll.), dan obat-obatan atau produk perawatan kesehatan. Bahan kapsul; pelapisan terutama digunakan untuk pengawetan makanan segar seperti buah-buahan dan sayuran, produk daging, pelapisan obat-obatan dan perakitan mikrokapsul pelepasan terkontrol.
Menurut bahan pembentuk film dari film kemasan yang dapat dimakan, dapat dibagi menjadi: film yang dapat dimakan polisakarida, film yang dapat dimakan protein, film yang dapat dimakan lipid, film yang dapat dimakan mikroba dan film yang dapat dimakan komposit.
1.1.3 Penerapan film yang dapat dimakan
Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, film yang dapat dimakan banyak digunakan dalam industri pengemasan makanan, bidang farmasi, penyimpanan dan pengawetan buah-buahan dan sayuran, pengolahan dan pengawetan. daging dan produk akuatik, produksi makanan cepat saji, dan produksi minyak. Ini memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pengawetan makanan seperti permen panggang yang digoreng.
1.1.3.1 Penerapan dalam kemasan makanan
Larutan pembentuk film dioleskan pada makanan yang akan dikemas dengan cara disemprotkan, disikat, dicelupkan, dll., untuk mencegah penetrasi kelembapan, oksigen, dan zat aromatik, yang secara efektif dapat mengurangi hilangnya kemasan dan mengurangi jumlah lapisan kemasan. ; secara signifikan mengurangi lapisan luar makanan. Kompleksitas komponen kemasan plastik memudahkan daur ulang dan pengolahannya, serta mengurangi pencemaran lingkungan; ini diterapkan pada kemasan terpisah dari beberapa komponen makanan kompleks multi-komponen untuk mengurangi migrasi timbal balik antar komponen yang berbeda, sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Mengurangi pembusukan makanan atau penurunan kualitas makanan. Edible film langsung diolah menjadi kertas kemasan atau kantong kemasan untuk kemasan makanan, yang tidak hanya mencapai keamanan, kebersihan dan kenyamanan, tetapi juga mengurangi tekanan pencemaran putih terhadap lingkungan.
Dengan menggunakan jagung, kedelai, dan gandum sebagai bahan mentah utama, film sereal berbentuk kertas dapat dibuat dan digunakan untuk pengemasan sosis dan makanan lainnya. Setelah digunakan, meskipun dibuang ke lingkungan alami, bahan-bahan tersebut dapat terurai secara hayati dan dapat diubah menjadi pupuk tanah untuk memperbaiki kondisi tanah. . Dengan menggunakan pati, kitosan dan ampas kacang-kacangan sebagai bahan utama, kertas pembungkus yang dapat dimakan dapat dibuat untuk mengemas makanan cepat saji seperti mie cepat saji dan kentang goreng, yang nyaman, aman dan sangat populer; digunakan untuk bungkus bumbu, sup padat Kemasan makanan praktis seperti bahan mentah, yang dapat langsung dimasak di dalam panci saat digunakan, dapat mencegah kontaminasi makanan, meningkatkan nutrisi makanan, dan memudahkan pembersihan. Alpukat kering, kentang, dan nasi pecah difermentasi dan diubah menjadi polisakarida, yang dapat digunakan untuk menyiapkan bahan kemasan dalam baru yang dapat dimakan, tidak berwarna dan transparan, memiliki sifat penghalang oksigen dan sifat mekanik yang baik, dan digunakan untuk kemasan susu bubuk. , minyak salad dan produk lainnya [19]. Untuk makanan militer, setelah produk digunakan, bahan kemasan plastik tradisional dibuang ke lingkungan dan menjadi penanda pelacakan musuh sehingga mudah untuk mengetahui keberadaannya. Dalam makanan khusus multi-komponen seperti pizza, kue kering, saus tomat, es krim, yogurt, kue dan makanan penutup, bahan kemasan plastik tidak dapat langsung ditambahkan untuk digunakan, dan film kemasan yang dapat dimakan menunjukkan keunggulan uniknya, yaitu dapat mengurangi jumlah kelompok Pecahan migrasi zat perasa meningkatkan kualitas dan estetika produk [21]. Film kemasan yang dapat dimakan dapat digunakan dalam pemrosesan makanan microwave dengan sistem adonan. Produk daging, sayuran, keju dan buah-buahan dikemas terlebih dahulu dengan cara disemprotkan, dicelupkan atau disikat, dll., dibekukan dan disimpan, dan hanya perlu dimasukkan ke dalam microwave untuk dikonsumsi.
Meskipun hanya sedikit kertas dan kantong kemasan komersial yang dapat dimakan, banyak paten telah didaftarkan pada formulasi dan penerapan bahan kemasan yang berpotensi dapat dimakan. Otoritas pengatur makanan Perancis telah menyetujui kantong kemasan industri yang diberi nama “SOLUPAN”, yang terdiri dari hidroksipropil metilselulosa, pati dan natrium sorbat, dan tersedia secara komersial.
1.1.3.2 Penerapan dalam Kedokteran
Gelatin, turunan selulosa, pati dan permen karet dapat digunakan untuk membuat cangkang kapsul lunak dan keras obat-obatan dan produk kesehatan, yang secara efektif dapat menjamin kemanjuran obat-obatan dan produk kesehatan, serta aman dan dapat dimakan; beberapa obat memiliki rasa pahit yang melekat sehingga sulit digunakan oleh pasien. Film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai pelapis penutup rasa untuk obat-obatan tersebut; beberapa polimer polimer enterik tidak larut dalam lingkungan lambung (pH 1,2), tetapi larut dalam lingkungan usus (pH 6,8) dan dapat digunakan dalam lapisan obat pelepasan berkelanjutan di usus; juga dapat digunakan sebagai pembawa obat yang ditargetkan.
Blanco-Fernandez dkk. menyiapkan film komposit monogliserida asetat kitosan dan menggunakannya untuk pelepasan aktivitas antioksidan vitamin E secara berkelanjutan, dan efeknya luar biasa. Bahan kemasan antioksidan jangka panjang. Zhang dkk. tepung kanji dicampur dengan agar-agar, ditambahkan pemlastis polietilen glikol, dan digunakan secara tradisional. Kapsul keras berongga dibuat dengan proses pencelupan film komposit, dan transparansi, sifat mekanik, sifat hidrofilik, dan morfologi fase film komposit dipelajari. bahan kapsul yang bagus [52]. Lal dkk. membuat kafirin menjadi lapisan yang dapat dimakan untuk lapisan enterik kapsul parasetamol, dan mempelajari sifat mekanik, sifat termal, sifat penghalang dan sifat pelepasan obat dari film yang dapat dimakan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan sorgum Berbagai kapsul keras film gliadin tidak pecah di lambung, tetapi melepaskan obat di usus pada pH 6,8. Paik dkk. menyiapkan partikel ftalat HPMC yang dilapisi dengan indometasin, dan menyemprotkan cairan pembentuk film HPMC yang dapat dimakan pada permukaan partikel obat, dan mempelajari laju penjeratan obat, ukuran partikel rata-rata partikel obat, film yang dapat dimakan hasilnya menunjukkan bahwa dilapisi HPMCN obat oral indometasin dapat mencapai tujuan untuk menutupi rasa pahit obat dan menargetkan pemberian obat. Oladzadabbasabadi dkk. mencampurkan pati sagu termodifikasi dengan karagenan untuk membuat film komposit yang dapat dimakan sebagai pengganti kapsul gelatin tradisional, dan mempelajari kinetika pengeringan, sifat termomekanik, sifat fisikokimia dan sifat penghalang. Hasilnya menunjukkan bahwa film komposit yang dapat dimakan memiliki sifat yang mirip dengan gelatin dan dapat digunakan dalam produksi kapsul farmasi.
1.1.3.3 Penerapan dalam pengawetan buah dan sayuran
Pada buah-buahan dan sayuran segar setelah dipetik, reaksi biokimia dan respirasi masih berlangsung dengan cepat, yang akan mempercepat kerusakan jaringan pada buah-buahan dan sayuran, dan mudah menyebabkan hilangnya kelembaban pada buah-buahan dan sayuran pada suhu kamar, yang mengakibatkan kualitas jaringan internal dan sifat sensorik buah-buahan dan sayuran. menolak. Oleh karena itu, pengawetan menjadi isu terpenting dalam penyimpanan dan pengangkutan buah-buahan dan sayur-sayuran; metode pelestarian tradisional memiliki efek pelestarian yang buruk dan biaya tinggi. Pengawetan buah dan sayuran dengan pelapisan saat ini merupakan metode paling efektif dalam pengawetan suhu ruangan. Cairan pembentuk film yang dapat dimakan dilapisi pada permukaan buah-buahan dan sayuran, yang secara efektif dapat mencegah invasi mikroorganisme, mengurangi respirasi, kehilangan air dan hilangnya nutrisi pada jaringan buah dan sayuran, menunda penuaan fisiologis jaringan buah dan sayuran, dan menjaga tisu buah dan sayuran tetap montok dan halus. Penampilan mengkilap, sehingga mencapai tujuan menjaga kesegaran dan memperpanjang masa penyimpanan. Orang Amerika menggunakan asetil monogliserida dan keju yang diekstrak dari minyak nabati sebagai bahan baku utama untuk membuat film yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk memotong buah dan sayuran agar tetap segar, mencegah dehidrasi, pencoklatan dan serangan mikroorganisme, sehingga dapat dipertahankan untuk jangka waktu yang lama. waktu yang lama. Keadaan segar. Jepang menggunakan limbah sutra sebagai bahan mentah untuk menyiapkan film penyimpanan segar kentang, yang dapat mencapai efek penyimpanan segar yang sebanding dengan penyimpanan dingin. Orang Amerika menggunakan minyak sayur dan buah sebagai bahan baku utama untuk membuat cairan pelapis, dan menjaga kesegaran buah yang dipotong, dan menemukan bahwa efek pengawetannya baik.
Marquez dkk. menggunakan protein whey dan pektin sebagai bahan mentah, dan menambahkan glutaminase untuk ikatan silang guna membuat film komposit yang dapat dimakan, yang digunakan untuk melapisi apel, tomat, dan wortel segar, yang secara signifikan dapat mengurangi tingkat penurunan berat badan. , menghambat pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan buah dan sayuran segar, dan memperpanjang umur simpan dengan tetap menjaga rasa dan cita rasa buah dan sayuran segar. Shi Lei dkk. melapisi anggur globe merah dengan film yang dapat dimakan kitosan, yang dapat mengurangi penurunan berat badan dan laju pembusukan buah anggur, menjaga warna dan kecerahan buah anggur, dan menunda degradasi padatan terlarut. Menggunakan kitosan, natrium alginat, natrium karboksimetilselulosa dan poliakrilat sebagai bahan baku, Liu et al. menyiapkan film yang dapat dimakan dengan pelapisan multilayer untuk menjaga kesegaran buah-buahan dan sayuran, dan mempelajari morfologinya, kelarutan dalam air, dll. Hasilnya menunjukkan bahwa film komposit natrium karboksimetil selulosa-kitosan-gliserol memiliki efek pengawetan terbaik. Sun Qingshen dkk. mempelajari film komposit isolat protein kedelai, yang digunakan untuk pengawetan stroberi, yang secara signifikan dapat mengurangi transpirasi stroberi, menghambat respirasi, dan mengurangi laju pembusukan buah. Ferreira dkk. menggunakan bubuk residu buah dan sayuran serta bubuk kulit kentang untuk membuat film komposit yang dapat dimakan, mempelajari kelarutan dalam air dan sifat mekanik film komposit, dan menggunakan metode pelapisan untuk mengawetkan hawthorn. Hasil penelitian menunjukkan bahwa umur simpan hawthorn lebih lama. 50%, tingkat penurunan berat badan menurun 30-57%, dan asam organik serta kelembapan tidak berubah secara signifikan. Fu Xiaowei dkk. mempelajari pengawetan cabai segar dengan menggunakan film makanan kitosan, dan hasilnya menunjukkan bahwa hal tersebut dapat secara signifikan mengurangi intensitas respirasi cabai segar selama penyimpanan dan menunda penuaan cabai. Navarro-Tarazaga dkk. menggunakan film HPMC yang dimodifikasi dengan lilin lebah untuk mengawetkan buah plum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lilin lebah dapat meningkatkan sifat penghalang oksigen dan kelembaban serta sifat mekanik film HPMC. Tingkat penurunan berat buah plum berkurang secara signifikan, pelunakan dan pendarahan buah selama penyimpanan ditingkatkan, dan masa penyimpanan buah plum diperpanjang. Tang Liying dkk. menggunakan larutan alkali lak dalam modifikasi pati, menyiapkan film kemasan yang dapat dimakan, dan mempelajari sifat filmnya; pada saat yang sama, menggunakan cairan pembentuk lapisan untuk melapisi mangga agar segar dapat secara efektif mengurangi pernapasan. Dapat mencegah fenomena pencoklatan selama penyimpanan, mengurangi laju penurunan berat badan dan memperpanjang masa penyimpanan.
1.1.3.4 Penerapan dalam pengolahan dan pengawetan produk daging
Produk daging yang kaya nutrisi dan aktivitas air yang tinggi mudah diserang oleh mikroorganisme dalam proses pengolahan, pengangkutan, penyimpanan dan konsumsi, sehingga mengakibatkan warna menjadi gelap dan oksidasi lemak serta pembusukan lainnya. Untuk memperpanjang masa penyimpanan dan umur simpan produk daging, perlu dilakukan upaya untuk menghambat aktivitas enzim pada produk daging dan invasi mikroorganisme pada permukaan, serta mencegah penurunan warna dan bau akibat oksidasi lemak. Saat ini, pengawetan film yang dapat dimakan merupakan salah satu metode yang umum digunakan dalam pengawetan daging di dalam dan luar negeri. Dibandingkan dengan metode tradisional, ditemukan bahwa invasi mikroorganisme eksternal, ketengikan oksidatif lemak, dan hilangnya sari buah telah meningkat secara signifikan pada produk daging yang dikemas dalam film yang dapat dimakan, dan kualitas produk daging telah meningkat secara signifikan. Umur simpan diperpanjang.
Penelitian tentang film makanan daging dimulai pada akhir tahun 1950an, dan aplikasi yang paling sukses adalah film makanan kolagen, yang telah banyak digunakan dalam produksi dan pengolahan sosis. Emiroglu dkk. menambahkan minyak wijen ke dalam film makanan protein kedelai untuk membuat film antibakteri, dan mempelajari efek antibakterinya pada daging sapi beku. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan antibakteri secara signifikan dapat menghambat reproduksi dan pertumbuhan Staphylococcus aureus. Wook dkk. menyiapkan film makanan proanthocyanidin dan menggunakannya untuk melapisi daging babi yang didinginkan untuk kesegaran. Warna, pH, nilai TVB-N, asam tiobarbiturat dan jumlah mikroba daging babi setelah penyimpanan selama 14 hari dipelajari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Edible Film proanthocyanidins efektif mengurangi pembentukan asam tiobarbiturat, mencegah pembusukan asam lemak, mengurangi invasi dan reproduksi mikroorganisme pada permukaan produk daging, meningkatkan kualitas produk daging, serta memperpanjang masa penyimpanan dan umur simpan. Jiang Shaotong dkk. menambahkan polifenol teh dan allicin ke dalam larutan membran komposit pati-natrium alginat, dan menggunakannya untuk menjaga kesegaran daging babi dingin, yang dapat disimpan pada suhu 0-4 °C selama lebih dari 19 hari. Cartagena dkk. melaporkan efek antibakteri dari film makanan kolagen yang ditambah dengan zat antimikroba nisin pada pengawetan irisan daging babi, menunjukkan bahwa film makanan kolagen dapat mengurangi migrasi kelembapan irisan daging babi yang didinginkan, menunda ketengikan produk daging, dan menambahkan 2 Film kolagen dengan % nisin memiliki efek pelestarian terbaik. Wang Rui dkk. mempelajari perubahan serat natrium alginat, kitosan dan karboksimetil dengan analisis perbandingan pH, basa nitrogen yang mudah menguap, kemerahan dan jumlah koloni daging sapi selama 16 hari penyimpanan. Ketiga jenis film yang mengandung vitamin natrium digunakan untuk menjaga kesegaran daging sapi dingin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film natrium alginat yang dapat dimakan mempunyai efek pelestarian kesegaran yang ideal. Caprioli dkk. membungkus dada kalkun matang dengan film makanan natrium kaseinat dan kemudian mendinginkannya pada suhu 4 °C. Penelitian telah menunjukkan bahwa film yang dapat dimakan dengan natrium kaseinat dapat memperlambat daging kalkun selama pendinginan. ketengikan.
1.1.3.5 Penerapan dalam pengawetan hasil perairan
Penurunan kualitas produk akuatik terutama diwujudkan dalam penurunan kadar air bebas, penurunan rasa, dan penurunan tekstur produk akuatik. Dekomposisi produk akuatik, oksidasi, denaturasi dan konsumsi kering yang disebabkan oleh invasi mikroba merupakan faktor penting yang mempengaruhi umur simpan produk akuatik. Penyimpanan beku adalah metode umum untuk mengawetkan produk perairan, namun proses ini juga akan mengalami penurunan kualitas pada tingkat tertentu, dan hal ini sangat serius bagi ikan air tawar.
Pengawetan produk perairan dengan menggunakan film yang dapat dimakan (edible film) dimulai pada akhir tahun 1970an dan kini telah banyak digunakan. Edible film dapat secara efektif mengawetkan produk perairan beku, mengurangi kehilangan air, dan juga dapat dikombinasikan dengan antioksidan untuk mencegah oksidasi lemak, sehingga mencapai tujuan untuk memperpanjang umur simpan dan umur simpan. Meenatchisundaram dkk. menyiapkan film pangan komposit berbasis pati dengan menggunakan pati sebagai matriks dan menambahkan bumbu seperti cengkeh dan kayu manis, dan menggunakannya untuk pengawetan udang putih. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film pati yang dapat dimakan dapat secara efektif menghambat pertumbuhan mikroorganisme, memperlambat oksidasi lemak, memperpanjang umur simpan udang vaname yang didinginkan pada suhu 10 °C dan 4 °C masing-masing selama 14 dan 12 hari. Cheng Yuanyuan dan yang lainnya mempelajari pengawet larutan pullulan dan melakukan penelitian pada ikan air tawar. Pengawetan secara efektif dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme, memperlambat oksidasi protein dan lemak ikan, serta memiliki efek pengawetan yang sangat baik. Yunus dkk. melapisi ikan trout pelangi dengan film agar-agar yang dapat dimakan yang ditambahkan minyak esensial daun salam, dan mempelajari efek pengawetan dalam lemari pendingin pada suhu 4 °C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Edible Film Gelatin efektif dalam menjaga kualitas ikan rainbow trout hingga 22 hari. untuk waktu yang lama . Wang Siwei dkk. menggunakan natrium alginat, kitosan dan CMC sebagai bahan utama, menambahkan asam stearat untuk menyiapkan cairan film yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk melapisi Penaeus vannamei untuk kesegaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film komposit CMC dan kitosan cair mempunyai efek pengawetan yang baik dan dapat memperpanjang umur simpan sekitar 2 hari. Yang Shengping dan lainnya menggunakan film makanan polifenol teh kitosan untuk mendinginkan dan mengawetkan ekor rambut segar, yang secara efektif dapat menghambat reproduksi bakteri di permukaan ekor rambut, menunda pembentukan asam klorida yang mudah menguap, dan memperpanjang umur simpan ekor rambut hingga sekitar 12 hari.
1.1.3.6 Penerapan pada makanan yang digoreng
Makanan yang digoreng merupakan makanan siap saji yang banyak digemari dengan hasil yang banyak. Dibungkus dengan film polisakarida dan protein yang dapat dimakan, yang dapat mencegah perubahan warna makanan selama proses penggorengan dan mengurangi konsumsi minyak. masuknya oksigen dan kelembaban [80]. Melapisi gorengan dengan gellan gum dapat mengurangi konsumsi minyak sebesar 35%-63%, seperti saat menggoreng sashimi dapat mengurangi konsumsi minyak sebesar 63%; saat menggoreng keripik kentang dapat mengurangi konsumsi minyak sebesar 35%-63%. Mengurangi konsumsi bahan bakar sebesar 60%, dll. [81].
Singthong dkk. membuat film yang dapat dimakan dari polisakarida seperti natrium alginat, karboksimetil selulosa dan pektin, yang digunakan untuk melapisi potongan pisang goreng, dan mempelajari laju penyerapan minyak setelah digoreng. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pektin dan karboksil Potongan pisang goreng yang dilapisi metilselulosa menunjukkan kualitas sensorik yang lebih baik, di antaranya Edible Film pektin mempunyai efek paling baik dalam mengurangi serapan minyak [82]. Holownia dkk. melapisi film HPMC dan MC pada permukaan fillet ayam goreng untuk mempelajari perubahan konsumsi minyak, kandungan asam lemak bebas dan nilai warna pada minyak goreng. Pra-pelapisan dapat mengurangi penyerapan minyak dan meningkatkan umur minyak [83]. Sheng Meixiang dkk. pembuatan film yang dapat dimakan dari CMC, kitosan dan isolat protein kedelai, dilapisi keripik kentang, dan digoreng pada suhu tinggi untuk mempelajari daya serap minyak, kadar air, warna, kandungan akrilamida dan kualitas sensoris keripik kentang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Edible Film isolat protein kedelai berpengaruh nyata terhadap penurunan konsumsi minyak keripik kentang goreng, dan Edible Film Kitosan berpengaruh lebih baik dalam menurunkan kandungan akrilamida (84). Salvador dkk. melapisi permukaan cincin cumi goreng dengan pati gandum, pati jagung termodifikasi, dekstrin dan gluten, yang dapat meningkatkan kerenyahan cincin cumi dan menurunkan laju penyerapan minyak [85].
1.1.3.7 Penerapan pada makanan yang dipanggang
Edible film dapat digunakan sebagai pelapis halus untuk menyempurnakan tampilan makanan yang dipanggang; dapat digunakan sebagai penghalang kelembaban, oksigen, lemak, dll. untuk meningkatkan umur simpan makanan yang dipanggang, misalnya, film yang dapat dimakan kitosan digunakan untuk melapisi permukaan roti. Dapat juga digunakan sebagai perekat untuk makanan ringan dan makanan ringan yang renyah, misalnya, kacang tanah panggang sering kali dilapisi dengan perekat untuk melapisi garam dan bumbu [87].
Christos dkk. membuat film natrium alginat dan protein whey yang dapat dimakan dan melapisinya pada permukaan roti probiotik Lactobacillus rhamnosus. Studi menunjukkan bahwa tingkat kelangsungan hidup probiotik meningkat secara signifikan, namun kedua jenis roti menunjukkan mekanisme pencernaan sangat mirip, sehingga lapisan film yang dapat dimakan tidak mengubah tekstur, rasa dan sifat termofisik roti [88]. Panuwat dkk. menambahkan ekstrak gooseberry India ke dalam matriks metil selulosa untuk membuat film komposit yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk menjaga kesegaran kacang mete panggang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit Edible Film efektif menghambat proses pemanggangan kacang mete selama penyimpanan. Kualitasnya menurun dan umur simpan kacang mete sangrai diperpanjang hingga 90 hari [89]. Schou dkk. membuat film yang dapat dimakan transparan dan fleksibel dengan natrium kaseinat dan gliserin, dan mempelajari sifat mekanik, permeabilitas air, dan efek pengemasannya pada irisan roti yang dipanggang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa eated film natrium kaseinat membungkus roti panggang. Setelah dibumbui, kekerasannya dapat dikurangi dalam waktu 6 jam penyimpanan pada suhu kamar [90]. Du dkk. menggunakan film makanan berbahan dasar apel dan film makanan berbahan dasar tomat yang ditambah dengan minyak atsiri tumbuhan untuk membungkus ayam panggang, yang tidak hanya menghambat pertumbuhan mikroorganisme sebelum ayam dipanggang, tetapi juga meningkatkan cita rasa ayam setelah dipanggang [91]. Javanmard dkk. menyiapkan lapisan tepung gandum yang dapat dimakan dan menggunakannya untuk membungkus biji pistachio panggang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan pati yang dapat dimakan dapat mencegah ketengikan oksidatif pada kacang, meningkatkan kualitas kacang, dan memperpanjang umur simpannya [92]. Majid dkk. menggunakan film makanan protein whey untuk melapisi kacang panggang, yang dapat meningkatkan penghalang oksigen, mengurangi ketengikan kacang tanah, meningkatkan kerapuhan kacang panggang, dan memperpanjang masa penyimpanannya [93].
1.1.3.8 Penerapan pada produk kembang gula
Industri permen memiliki persyaratan yang tinggi untuk difusi komponen yang mudah menguap, sehingga untuk coklat dan permen dengan permukaan yang dipoles, perlu menggunakan film yang dapat dimakan yang larut dalam air untuk menggantikan cairan pelapis yang mengandung komponen yang mudah menguap. Film kemasan yang dapat dimakan dapat membentuk lapisan pelindung halus pada permukaan permen untuk mengurangi migrasi oksigen dan kelembapan [19]. Penerapan film makanan protein whey pada kembang gula dapat secara signifikan mengurangi difusi komponen volatilnya. Ketika coklat digunakan untuk membungkus makanan berminyak seperti kue kering dan selai kacang, minyak akan berpindah ke lapisan luar coklat, membuat coklat lengket dan menyebabkan fenomena “reverse frost”, namun bahan bagian dalam akan mengering, mengakibatkan a perubahan rasanya. Menambahkan lapisan bahan pengemas film yang dapat dimakan dengan fungsi penghalang lemak dapat mengatasi masalah ini [94].
Nelson dkk. menggunakan film metilselulosa yang dapat dimakan untuk melapisi permen yang mengandung banyak lipid dan menunjukkan permeabilitas lipid yang sangat rendah, sehingga menghambat fenomena frosting pada coklat [95]. Meyers mengaplikasikan lapisan ganda hidrogel-lilin pada permen karet, yang dapat meningkatkan daya rekatnya, mengurangi penguapan air, dan memperpanjang umur simpannya [21]. Air disiapkan oleh Fadini dkk. Film komposit decollagen-cocoa butter yang dapat dimakan dipelajari untuk sifat mekanik dan permeabilitas air, dan digunakan sebagai pelapis untuk produk coklat dengan hasil yang baik [96].
1.1.4 Film yang Dapat Dimakan Berbasis Selulosa
Edible film berbahan dasar selulosa merupakan salah satu jenis Edible film yang terbuat dari selulosa dan turunannya yang paling melimpah di alam sebagai bahan baku utamanya. Film yang dapat dimakan berbahan dasar selulosa tidak berbau dan tidak berasa, serta memiliki kekuatan mekanik yang baik, sifat penghalang minyak, transparansi, fleksibilitas dan sifat penghalang gas yang baik. Namun, karena sifat hidrofilik selulosa, ketahanan film berbasis selulosa terhadap air umumnya relatif buruk [82, 97-99].
Edible film berbahan dasar selulosa yang terbuat dari bahan limbah produksi industri makanan dapat memperoleh film kemasan yang dapat dimakan dengan kinerja yang sangat baik, serta dapat memanfaatkan kembali bahan limbah untuk meningkatkan nilai tambah produk. Ferreira dkk. mencampur bubuk residu buah dan sayuran dengan bubuk kulit kentang untuk membuat film komposit berbasis selulosa, dan mengaplikasikannya pada lapisan hawthorn untuk menjaga kesegaran, dan mencapai hasil yang baik [62]. Tan Huizi dkk. menggunakan serat makanan yang diekstraksi dari ampas kacang sebagai bahan dasar dan menambahkan sejumlah pengental untuk membuat lapisan tipis serat kedelai yang dapat dimakan, yang memiliki sifat mekanik dan sifat penghalang yang baik [100], yang terutama digunakan untuk pengemasan bumbu mie cepat saji , akan lebih mudah dan bergizi untuk melarutkan kemasan bahan langsung dalam air panas.
Turunan selulosa yang larut dalam air, seperti metil selulosa (MC), karboksimetil selulosa (CMC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC), dapat membentuk matriks kontinu dan umumnya digunakan dalam pengembangan dan penelitian film nabati. Xiao Naiyu dkk. menggunakan MC sebagai substrat pembentuk film utama, menambahkan polietilen glikol dan kalsium klorida serta bahan pembantu lainnya, menyiapkan film makanan MC dengan metode pengecoran, dan mengaplikasikannya pada pengawetan olekranon, yang dapat memperpanjang mulut olekranon. Umur simpan buah persik adalah 4,5 hari [101]. Esmaeili dkk. menyiapkan film makanan MC dengan cara dituang dan diaplikasikan pada lapisan mikrokapsul minyak atsiri tanaman. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film MC mempunyai efek pemblokiran minyak yang baik dan dapat diaplikasikan pada kemasan makanan untuk mencegah pembusukan asam lemak [102]. Tian dkk. film makanan MC yang dimodifikasi dengan asam stearat dan asam lemak tak jenuh, yang dapat meningkatkan sifat pemblokiran air dari film makanan MC [103]. Lai Fengying dkk. mempelajari pengaruh jenis pelarut pada proses pembentukan film dari film makanan MC dan sifat penghalang dan sifat mekanik dari film makanan tersebut [104].
Membran CMC mempunyai sifat penghalang yang baik terhadap O2, CO2 dan minyak, dan banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan [99]. Bifani dkk. menyiapkan membran CMC dan mempelajari pengaruh ekstrak daun terhadap sifat penghalang air dan sifat penghalang gas pada membran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan ekstrak daun secara signifikan dapat meningkatkan sifat penghalang kelembaban dan oksigen pada membran, namun tidak untuk CO2. Sifat penghalang berhubungan dengan konsentrasi ekstrak [105]. de Moura dkk. menyiapkan nanopartikel kitosan yang memperkuat film CMC, dan mempelajari stabilitas termal, sifat mekanik dan kelarutan air dari film komposit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nanopartikel kitosan secara efektif dapat meningkatkan sifat mekanik dan stabilitas termal film CMC. Seks [98]. Ghanbarzadeh dkk. menyiapkan film CMC yang dapat dimakan dan mempelajari efek gliserol dan asam oleat pada sifat fisikokimia film CMC. Hasilnya menunjukkan bahwa sifat penghalang film meningkat secara signifikan, namun sifat mekanik dan transparansi menurun [99]. Cheng dkk. menyiapkan film komposit karboksimetil selulosa-konjak glukomanan yang dapat dimakan, dan mempelajari pengaruh minyak sawit terhadap sifat fisikokimia film komposit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mikrosfer lipid yang lebih kecil dapat meningkatkan film komposit secara signifikan. Hidrofobisitas permukaan dan kelengkungan saluran permeasi molekul air dapat meningkatkan kinerja penghalang kelembaban membran [106].
HPMC memiliki sifat pembentuk film yang baik, filmnya fleksibel, transparan, tidak berwarna dan tidak berbau, serta memiliki sifat penahan minyak yang baik, namun sifat mekanik dan sifat penahan airnya perlu ditingkatkan. Studi oleh Zuniga dkk. menunjukkan bahwa struktur mikro awal dan stabilitas larutan pembentuk film HPMC dapat secara signifikan mempengaruhi permukaan dan struktur internal film, dan cara masuknya tetesan minyak selama pembentukan struktur film dapat secara signifikan mempengaruhi transmisi cahaya dan aktivitas permukaan film. film. Penambahan zat dapat meningkatkan kestabilan larutan pembentuk film, yang selanjutnya mempengaruhi struktur permukaan dan sifat optik film, namun sifat mekanik dan permeabilitas udara tidak berkurang [107]. Klangmuang dkk. menggunakan tanah liat dan lilin lebah yang dimodifikasi secara organik untuk meningkatkan dan memodifikasi film makanan HPMC untuk meningkatkan sifat mekanik dan sifat penghalang film HPMC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah modifikasi lilin lebah dan tanah liat, sifat mekanik dari film yang dapat dimakan HPMC sebanding dengan film yang dapat dimakan. Kinerja komponen kelembaban ditingkatkan [108]. Dogan dkk. menyiapkan film yang dapat dimakan HPMC, dan menggunakan selulosa mikrokristalin untuk menyempurnakan dan memodifikasi film HPMC, dan mempelajari permeabilitas air dan sifat mekanik film tersebut. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sifat penahan kelembaban film yang dimodifikasi tidak mengalami perubahan yang signifikan. , tetapi sifat mekaniknya telah ditingkatkan secara signifikan [109]. Choi dkk. menambahkan daun oregano dan minyak esensial bergamot ke dalam matriks HPMC untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan, dan menerapkannya pada pengawetan lapisan buah plum segar. Studi menunjukkan bahwa film komposit yang dapat dimakan dapat secara efektif menghambat respirasi buah plum, mengurangi produksi etilen, mengurangi laju penurunan berat badan, dan meningkatkan kualitas buah plum [110]. Esteghlal dkk. mencampurkan HPMC dengan gelatin untuk membuat film komposit yang dapat dimakan dan mempelajari film komposit yang dapat dimakan. Sifat fisikokimia, sifat mekanik dan kompatibilitas gelatin HPMC menunjukkan bahwa sifat tarik film komposit gelatin HPMC tidak berubah secara signifikan, sehingga dapat digunakan dalam pembuatan kapsul obat [111]. Villacres dkk. mempelajari sifat mekanik, sifat penghalang gas dan sifat antibakteri film komposit pangan HPMC-pati singkong. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film komposit memiliki sifat penghalang oksigen dan efek antibakteri yang baik [112]. Byun dkk. menyiapkan membran komposit lak-HPMC, dan mempelajari pengaruh jenis pengemulsi dan konsentrasi lak pada membran komposit. Pengemulsi mengurangi sifat pemblokiran air pada membran komposit, namun sifat mekaniknya tidak menurun secara signifikan; penambahan lak sangat meningkatkan stabilitas termal membran HPMC, dan efeknya meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi lak [113].
1.1.5 Film yang Dapat Dimakan Berbahan Dasar Pati
Pati adalah polimer alami untuk pembuatan film yang dapat dimakan. Keunggulannya adalah sumbernya yang luas, harga yang murah, biokompatibilitas dan nilai gizi, serta banyak digunakan dalam industri makanan dan farmasi [114-117]. Baru-baru ini, penelitian tentang film yang dapat dimakan dari pati murni dan film komposit yang dapat dimakan berbasis pati untuk penyimpanan dan pengawetan makanan telah muncul satu demi satu [118]. Pati amilosa tinggi dan pati termodifikasi terhidroksipropilasi merupakan bahan utama untuk pembuatan film makanan berbahan dasar pati [119]. Retrogradasi pati adalah alasan utama kemampuannya membentuk film. Semakin tinggi kandungan amilosa, semakin erat ikatan antarmolekulnya, semakin mudah terjadinya retrogradasi, dan semakin baik sifat pembentuk film, serta kekuatan tarik akhir film. lebih besar. Amilosa dapat membuat film yang larut dalam air dengan permeabilitas oksigen yang rendah, dan sifat penghalang dari film dengan amilosa tinggi tidak akan berkurang pada lingkungan bersuhu tinggi, yang secara efektif dapat melindungi makanan kemasan [120].
Film pati yang dapat dimakan, tidak berwarna dan tidak berbau, memiliki transparansi yang baik, kelarutan dalam air dan sifat penghalang gas, tetapi menunjukkan hidrofilisitas yang relatif kuat dan sifat penghalang kelembaban yang buruk, sehingga terutama digunakan dalam kemasan penghalang oksigen dan minyak makanan [121-123]. Selain itu, membran berbasis pati rentan terhadap penuaan dan retrogradasi, dan sifat mekaniknya relatif buruk [124]. Untuk mengatasi kekurangan di atas, pati dapat dimodifikasi dengan metode fisik, kimia, enzimatik, genetik dan aditif untuk meningkatkan sifat-sifat film makanan berbahan dasar pati (114).
Zhang Zhengmao dkk. menggunakan film makanan pati ultra-halus untuk melapisi stroberi dan menemukan bahwa film tersebut dapat secara efektif mengurangi kehilangan air, menunda pengurangan kandungan gula larut, dan secara efektif memperpanjang masa penyimpanan stroberi [125]. Garcia dkk. pati termodifikasi dengan rasio rantai berbeda untuk memperoleh cairan pembentuk lapisan pati termodifikasi, yang digunakan untuk pengawetan lapisan lapisan stroberi segar. Laju dan laju peluruhannya lebih baik dibandingkan kelompok yang tidak dilapisi [126]. Ghanbarzadeh dkk. pati yang dimodifikasi dengan ikatan silang asam sitrat dan diperoleh film pati termodifikasi ikatan silang secara kimia. Penelitian telah menunjukkan bahwa setelah modifikasi ikatan silang, sifat penghalang kelembaban dan sifat mekanik film pati ditingkatkan [127]. Gao Qunyu dkk. melakukan perlakuan hidrolisis enzimatik terhadap pati dan memperoleh film makanan pati, dan sifat mekaniknya seperti kekuatan tarik, pemanjangan dan ketahanan lipat meningkat, dan kinerja penghalang kelembaban meningkat seiring dengan peningkatan waktu kerja enzim. meningkat secara signifikan [128]. Parra dkk. menambahkan zat pengikat silang ke tepung tapioka untuk membuat film yang dapat dimakan dengan sifat mekanik yang baik dan tingkat transmisi uap air yang rendah [129]. Fonseca dkk. menggunakan natrium hipoklorit untuk mengoksidasi pati kentang dan menyiapkan lapisan tipis pati teroksidasi. Studi menunjukkan bahwa laju transmisi uap air dan kelarutan dalam air berkurang secara signifikan, yang dapat diterapkan pada kemasan makanan dengan aktivitas air tinggi [130].
Menggabungkan pati dengan polimer dan pemlastis lainnya merupakan metode penting untuk meningkatkan sifat-sifat film pangan berbahan dasar pati. Saat ini, polimer kompleks yang umum digunakan sebagian besar adalah koloid hidrofilik, seperti pektin, selulosa, polisakarida rumput laut, kitosan, karagenan, dan gom xanthan [131].
Maria Rodriguez dkk. menggunakan tepung kentang dan pemlastis atau surfaktan sebagai bahan utama untuk membuat film pangan berbahan dasar pati, menunjukkan bahwa pemlastis dapat meningkatkan fleksibilitas film dan surfaktan dapat mengurangi kemampuan regangan film [132]. Santana dkk. menggunakan nanofiber untuk meningkatkan dan memodifikasi film makanan pati singkong, dan memperoleh film komposit makanan berbasis pati dengan sifat mekanik, sifat penghalang, dan stabilitas termal yang lebih baik [133]. Azevedo dkk. menggabungkan protein whey dengan pati termoplastik untuk menyiapkan bahan film yang seragam, menunjukkan bahwa protein whey dan pati termoplastik memiliki daya rekat antarmuka yang kuat, dan protein whey dapat meningkatkan ketersediaan pati secara signifikan. Pemblokiran air dan sifat mekanik film yang dapat dimakan [134]. Edhirej dkk. menyiapkan film yang dapat dimakan berbahan dasar tepung tapioka, dan mempelajari pengaruh pemlastis terhadap struktur fisik dan kimia, sifat mekanik dan sifat termal film. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jenis dan konsentrasi plasticizer berpengaruh nyata terhadap film tepung tapioka. Dibandingkan dengan bahan pemlastis lain seperti urea dan trietilen glikol, pektin memiliki efek plastisisasi terbaik, dan film pati yang diplastisasi pektin memiliki sifat pemblokiran air yang baik [135]. Saberi dkk. menggunakan pati kacang polong, guar gum dan gliserin untuk pembuatan film komposit yang dapat dimakan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati kacang polong berperan besar terhadap ketebalan film, densitas, kohesi, permeabilitas air dan kekuatan tarik. Guar gum Ini dapat mempengaruhi kekuatan tarik dan modulus elastisitas membran, dan gliserol dapat meningkatkan fleksibilitas membran [136]. Ji dkk. menggabungkan kitosan dan pati jagung, dan menambahkan nanopartikel kalsium karbonat untuk membuat film antibakteri berbasis pati. Penelitian menunjukkan bahwa ikatan hidrogen antarmolekul terbentuk antara pati dan kitosan, dan sifat mekanik film meningkat serta sifat antibakteri [137]. Meira dkk. meningkatkan dan memodifikasi film antibakteri yang dapat dimakan pati jagung dengan nanopartikel kaolin, dan sifat mekanik dan termal dari film komposit ditingkatkan, dan efek antibakteri tidak terpengaruh [138]. Ortega-Toro dkk. menambahkan HPMC ke pati dan menambahkan asam sitrat untuk membuat film yang dapat dimakan. Penelitian menunjukkan bahwa penambahan HPMC dan asam sitrat dapat secara efektif menghambat penuaan pati dan mengurangi permeabilitas air dari film yang dapat dimakan, namun sifat penghalang oksigen menurun [139].
1.2 Hidrogel polimer
Hidrogel merupakan golongan polimer hidrofilik dengan struktur jaringan tiga dimensi yang tidak larut dalam air tetapi dapat mengembang jika terkena air. Secara makroskopis, hidrogel mempunyai bentuk yang pasti, tidak dapat mengalir, dan merupakan zat padat. Secara mikroskopis, molekul yang larut dalam air dapat didistribusikan dalam berbagai bentuk dan ukuran dalam hidrogel dan berdifusi pada laju difusi yang berbeda, sehingga hidrogel menunjukkan sifat-sifat larutan. Struktur internal hidrogel memiliki kekuatan terbatas dan mudah hancur. Ia berada dalam keadaan antara padat dan cair. Ia memiliki elastisitas yang mirip dengan benda padat, dan jelas berbeda dari benda padat sebenarnya.
1.2.1 Ikhtisar hidrogel polimer
1.2.1.1 Klasifikasi hidrogel polimer
Hidrogel polimer adalah struktur jaringan tiga dimensi yang dibentuk oleh ikatan silang fisik atau kimia antar molekul polimer [143-146]. Ia menyerap sejumlah besar air di dalam air hingga membengkak, dan pada saat yang sama, ia dapat mempertahankan struktur tiga dimensinya dan tidak larut dalam air. air.
Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan hidrogel. Berdasarkan perbedaan sifat ikatan silangnya, gel dibedakan menjadi gel fisik dan gel kimia. Gel fisik dibentuk oleh ikatan hidrogen yang relatif lemah, ikatan ionik, interaksi hidrofobik, gaya van der Waals dan keterikatan fisik antara rantai molekul polimer dan gaya fisik lainnya, dan dapat diubah menjadi larutan di lingkungan eksternal yang berbeda. Ini disebut gel reversibel; gel kimia biasanya merupakan struktur jaringan tiga dimensi permanen yang dibentuk oleh ikatan silang ikatan kimia seperti ikatan kovalen dengan adanya panas, cahaya, inisiator, dll. Setelah gel terbentuk, ia bersifat ireversibel dan permanen, disebut juga sebagai Untuk kondensat sejati [147-149]. Gel fisik umumnya tidak memerlukan modifikasi kimia dan memiliki toksisitas rendah, namun sifat mekaniknya relatif buruk dan sulit menahan tekanan eksternal yang besar; gel kimia umumnya memiliki stabilitas dan sifat mekanik yang lebih baik.
Berdasarkan sumber yang berbeda, hidrogel dibedakan menjadi hidrogel polimer sintetik dan hidrogel polimer alami. Hidrogel polimer sintetik adalah hidrogel yang dibentuk oleh polimerisasi kimia polimer sintetik, terutama termasuk asam poliakrilat, polivinil asetat, poliakrilamida, polietilen oksida, dll.; hidrogel polimer alami adalah Hidrogel polimer terbentuk melalui ikatan silang polimer alami seperti polisakarida dan protein di alam, termasuk selulosa, alginat, pati, agarosa, asam hialuronat, gelatin, dan kolagen [6, 7, 150], 151]. Hidrogel polimer alam biasanya memiliki karakteristik sumber yang luas, harga yang murah dan toksisitas yang rendah, sedangkan hidrogel polimer sintetik umumnya mudah diolah dan memiliki rendemen yang besar.
Berdasarkan respon yang berbeda terhadap lingkungan luar, hidrogel juga dapat dibagi menjadi hidrogel tradisional dan hidrogel pintar. Hidrogel tradisional relatif tidak sensitif terhadap perubahan lingkungan eksternal; hidrogel pintar dapat merasakan perubahan kecil di lingkungan eksternal dan menghasilkan perubahan yang sesuai pada struktur fisik dan sifat kimia [152-156]. Untuk hidrogel yang sensitif terhadap suhu, volumenya berubah seiring suhu lingkungan. Biasanya, hidrogel polimer tersebut mengandung gugus hidrofilik seperti hidroksil, eter dan urea atau gugus hidrofobik seperti metil, etil dan propil. Suhu lingkungan luar dapat mempengaruhi interaksi hidrofilik atau hidrofobik antar molekul gel, ikatan hidrogen dan interaksi antara molekul air dan rantai polimer, sehingga mempengaruhi keseimbangan sistem gel. Untuk hidrogel yang peka terhadap pH, sistemnya biasanya mengandung gugus pengubah asam basa seperti gugus karboksil, gugus asam sulfonat, atau gugus amino. Dalam lingkungan pH yang berubah, gugus-gugus ini dapat menyerap atau melepaskan proton, mengubah ikatan hidrogen dalam gel dan perbedaan antara konsentrasi ion internal dan eksternal, sehingga mengakibatkan perubahan volume gel. Untuk medan listrik, medan magnet, dan hidrogel peka cahaya, masing-masing mengandung gugus fungsi seperti polielektrolit, oksida logam, dan gugus fotosensitif. Di bawah rangsangan eksternal yang berbeda, suhu sistem atau derajat ionisasi diubah, dan kemudian volume gel diubah dengan prinsip yang mirip dengan hidrogel yang peka terhadap suhu atau pH.
Berdasarkan perilaku gel yang berbeda, hidrogel dapat dibagi menjadi gel yang diinduksi dingin dan gel yang diinduksi panas (157). Gel dingin, disingkat gel dingin, adalah makromolekul yang berbentuk kumparan acak pada suhu tinggi. Selama proses pendinginan, karena aksi ikatan hidrogen antarmolekul, fragmen heliks secara bertahap terbentuk, sehingga menyelesaikan proses dari larutan. Transisi ke gel [158]; gel yang diinduksi termo, disebut sebagai gel termal, adalah makromolekul dalam keadaan larutan pada suhu rendah. Selama proses pemanasan, struktur jaringan tiga dimensi terbentuk melalui interaksi hidrofobik, dll., sehingga menyelesaikan transisi gelasi [159], 160].
Hidrogel juga dapat dibagi menjadi hidrogel homopolimer, hidrogel kopolimerisasi dan hidrogel jaringan interpenetrasi berdasarkan sifat jaringan yang berbeda, hidrogel mikroskopis dan hidrogel makroskopis berdasarkan ukuran gel yang berbeda, dan sifat biodegradable. Dibagi secara berbeda menjadi hidrogel yang dapat terurai dan hidrogel yang tidak dapat terurai.
1.2.1.2 Penerapan hidrogel polimer alami
Hidrogel polimer alami memiliki karakteristik biokompatibilitas yang baik, fleksibilitas tinggi, sumber melimpah, kepekaan terhadap lingkungan, retensi air tinggi dan toksisitas rendah, dan banyak digunakan dalam biomedis, pengolahan makanan, perlindungan lingkungan, produksi pertanian dan kehutanan dan Sudah banyak digunakan. digunakan dalam industri dan bidang lainnya [142, 161-165].
Penerapan hidrogel polimer alami dalam bidang terkait biomedis. Hidrogel polimer alami memiliki biokompatibilitas yang baik, biodegradabilitas, dan tidak ada efek samping toksik, sehingga dapat digunakan sebagai pembalut luka dan langsung bersentuhan dengan jaringan manusia, yang secara efektif dapat mengurangi invasi mikroorganisme secara in vitro, mencegah hilangnya cairan tubuh, dan memungkinkan oksigen. untuk melewati. Mempromosikan penyembuhan luka; dapat digunakan untuk menyiapkan lensa kontak, dengan keunggulan nyaman dipakai, permeabilitas oksigen yang baik, dan pengobatan tambahan penyakit mata [166, 167]. Polimer alami memiliki struktur yang mirip dengan jaringan hidup dan dapat berpartisipasi dalam metabolisme normal tubuh manusia, sehingga hidrogel tersebut dapat digunakan sebagai bahan perancah rekayasa jaringan, perbaikan tulang rawan rekayasa jaringan, dll. Perancah rekayasa jaringan dapat diklasifikasikan menjadi pra- perancah berbentuk dan cetakan injeksi. Stent yang dibentuk sebelumnya memanfaatkan air, struktur jaringan tiga dimensi khusus dari gel memungkinkannya memainkan peran pendukung tertentu dalam jaringan biologis sambil menyediakan ruang pertumbuhan yang spesifik dan cukup untuk sel, dan juga dapat menginduksi pertumbuhan, diferensiasi, dan degradasi sel dan penyerapan oleh tubuh manusia [168]. Stent cetakan injeksi memanfaatkan perilaku transisi fase hidrogel untuk membentuk gel dengan cepat setelah disuntikkan dalam keadaan larutan mengalir, yang dapat meminimalkan rasa sakit pasien [169]. Beberapa hidrogel polimer alami sensitif terhadap lingkungan, sehingga banyak digunakan sebagai bahan pelepas obat yang dikontrol, sehingga obat yang dikemas di dalamnya dapat dilepaskan ke bagian tubuh manusia yang diperlukan secara tepat waktu dan kuantitatif, sehingga mengurangi efek toksik dan samping. efek obat pada tubuh manusia [170].
Penerapan hidrogel polimer alami di bidang yang berhubungan dengan makanan. Hidrogel polimer alami merupakan bagian penting dari makanan tiga kali sehari, seperti makanan penutup, permen, pengganti daging, yogurt, dan es krim. Sering digunakan sebagai bahan tambahan pangan pada komoditas pangan, yang dapat meningkatkan sifat fisik dan memberikan rasa yang lembut. Misalnya, digunakan sebagai pengental dalam sup dan saus, sebagai pengemulsi dalam jus, dan sebagai zat pensuspensi. Dalam minuman susu, sebagai bahan pembentuk gel dalam puding dan aspic, sebagai bahan penjernih dan penstabil busa dalam bir, sebagai penghambat sineresis pada keju, sebagai pengikat pada sosis, sebagai penghambat retrogradasi pati digunakan dalam roti dan mentega [171-174 ]. Dari Food Additives Handbook terlihat bahwa sejumlah besar polimer hidrogel alami disetujui sebagai bahan tambahan makanan untuk pengolahan makanan [175]. Hidrogel polimer alami digunakan sebagai penguat nutrisi dalam pengembangan produk kesehatan dan makanan fungsional, seperti serat makanan, digunakan dalam produk penurun berat badan dan produk anti sembelit [176, 177]; sebagai prebiotik, mereka digunakan dalam produk perawatan kesehatan usus besar dan produk untuk mencegah kanker usus besar [178]; Hidrogel polimer alami dapat dibuat menjadi pelapis atau film yang dapat dimakan atau terurai, yang dapat digunakan dalam bidang bahan pengemas makanan, seperti pengawetan buah dan sayuran, dengan melapisinya pada buah dan sayuran. Di permukaan, dapat memperpanjang umur simpan buah-buahan dan sayur-sayuran serta menjaga buah-buahan dan sayur-sayuran tetap segar dan empuk; itu juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas makanan ringan seperti sosis dan bumbu untuk memudahkan pembersihan [179, 180].
Penerapan hidrogel polimer alami di bidang lain. Dalam hal kebutuhan sehari-hari, dapat ditambahkan ke krim perawatan kulit atau kosmetik, yang tidak hanya mencegah produk mengering selama penyimpanan, tetapi juga melembabkan dan melembabkan kulit secara tahan lama; dapat digunakan untuk menata, melembabkan, dan melepaskan wewangian secara perlahan dalam riasan kecantikan; Dapat digunakan dalam kebutuhan sehari-hari seperti handuk kertas dan popok [181]. Di bidang pertanian, ini dapat digunakan untuk melawan kekeringan dan melindungi bibit serta mengurangi intensitas tenaga kerja; sebagai bahan pelapis benih tanaman, dapat meningkatkan laju perkecambahan benih secara signifikan; bila digunakan dalam pemindahan bibit, dapat meningkatkan tingkat kelangsungan hidup bibit; pestisida, meningkatkan pemanfaatan dan mengurangi polusi [182, 183]. Dari segi lingkungan, digunakan sebagai flokulan dan adsorben untuk pengolahan limbah yang sering kali mengandung ion logam berat, senyawa aromatik dan pewarna untuk melindungi sumber daya air dan memperbaiki lingkungan [184]. Dalam industri, digunakan sebagai bahan dehidrasi, pelumas pengeboran, bahan pembungkus kabel, bahan penyegel dan bahan penyimpanan dingin, dll. [185].
1.2.2 Termogel hidroksipropil metilselulosa
Selulosa merupakan senyawa makromolekul alami yang paling awal dipelajari, memiliki hubungan paling dekat dengan manusia, dan paling melimpah di alam. Ini banyak terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi, alga dan mikroorganisme [186, 187]. Selulosa secara bertahap menarik perhatian luas karena sumbernya yang luas, harga murah, terbarukan, dapat terurai secara hayati, aman, tidak beracun, dan biokompatibilitas yang baik [188].
1.2.2.1 Selulosa dan turunan eternya
Selulosa adalah polimer rantai panjang linier yang dibentuk oleh sambungan unit struktural D-anhidroglukosa melalui ikatan β-1,4 glikosidik [189-191]. Tidak larut. Kecuali satu gugus ujung di setiap ujung rantai molekul, terdapat tiga gugus hidroksil polar di setiap unit glukosa, yang dapat membentuk sejumlah besar ikatan hidrogen intramolekul dan antarmolekul dalam kondisi tertentu; dan selulosa adalah struktur polisiklik, dan rantai molekulnya semi-kaku. Rantai, kristalinitas tinggi, dan struktur sangat teratur, sehingga mempunyai karakteristik derajat polimerisasi tinggi, orientasi molekul baik, dan stabilitas kimia [83, 187]. Karena rantai selulosa mengandung sejumlah besar gugus hidroksil, rantai tersebut dapat dimodifikasi secara kimia dengan berbagai metode seperti esterifikasi, oksidasi, dan eterifikasi untuk mendapatkan turunan selulosa dengan sifat aplikasi yang sangat baik [192, 193].
Turunan selulosa adalah salah satu produk paling awal yang diteliti dan diproduksi di bidang kimia polimer. Mereka adalah bahan kimia halus polimer dengan berbagai kegunaan, yang dimodifikasi secara kimia dari selulosa polimer alami. Diantaranya, selulosa eter banyak digunakan. Ini adalah salah satu bahan baku kimia terpenting dalam aplikasi industri [194].
Ada banyak jenis selulosa eter, yang semuanya umumnya memiliki sifat unik dan unggul, dan telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti makanan dan obat-obatan [195]. MC adalah jenis selulosa eter yang paling sederhana dengan gugus metil. Dengan meningkatnya derajat substitusi, ia dapat dilarutkan dalam larutan alkali encer, air, alkohol dan pelarut hidrokarbon aromatik secara bergantian, menunjukkan sifat gel termal yang unik. [196]. CMC adalah selulosa eter anionik yang diperoleh dari selulosa alami melalui alkalisasi dan pengasaman.
Ini adalah selulosa eter yang paling banyak digunakan dan digunakan, yang larut dalam air [197]. HPC, hidroksialkil selulosa eter yang diperoleh dengan alkalisasi dan eterifikasi selulosa, memiliki termoplastisitas yang baik dan juga menunjukkan sifat gel termal, dan suhu gelnya dipengaruhi secara signifikan oleh derajat substitusi hidroksipropil [198]. HPMC, suatu eter campuran yang penting, juga memiliki sifat gel termal, dan sifat gelnya berhubungan dengan dua substituen dan rasionya [199].
1.2.2.2 Struktur hidroksipropil metilselulosa
Hidroksipropil metil selulosa (HPMC), struktur molekulnya ditunjukkan pada Gambar 1-3, adalah eter campuran selulosa non-ionik yang larut dalam air. Reaksi eterifikasi metil klorida dan propilen oksida dilakukan untuk memperoleh [200,201], dan persamaan reaksi kimianya ditunjukkan pada Gambar 1-4.
Terdapat hidroksi propoksi (-[OCH2CH(CH3)] n OH), metoksi (-OCH3) dan gugus hidroksil yang tidak bereaksi pada unit struktural HPMC pada saat yang sama, dan kinerjanya merupakan cerminan dari aksi gabungan berbagai kelompok. [202]. Perbandingan antara kedua substituen ditentukan oleh perbandingan massa kedua zat eterifikasi, konsentrasi dan massa natrium hidroksida, serta perbandingan massa zat eterifikasi per satuan massa selulosa [203]. Propoksi hidroksi adalah gugus aktif, yang selanjutnya dapat dialkilasi dan dihidroksi dialkilasi; gugus ini merupakan gugus hidrofilik dengan rantai bercabang panjang, yang berperan dalam plastisisasi di dalam rantai. Metoksi adalah gugus penutup ujung, yang menyebabkan inaktivasi tempat reaksi ini setelah reaksi; kelompok ini merupakan kelompok hidrofobik dan memiliki struktur yang relatif pendek [204, 205]. Gugus hidroksil yang tidak bereaksi dan baru dimasukkan dapat terus tersubstitusi, menghasilkan struktur kimia akhir yang agak rumit, dan sifat HPMC bervariasi dalam kisaran tertentu. Untuk HPMC, sejumlah kecil substitusi dapat membuat sifat fisikokimianya sangat berbeda [206], misalnya sifat fisikokimia HPMC dengan metoksi tinggi dan hidroksipropil rendah mendekati MC; Kinerja HPMC mendekati HPC.
1.2.2.3 Sifat hidroksipropil metilselulosa
(1) Termogelabilitas HPMC
Rantai HPMC memiliki karakteristik hidrasi-dehidrasi yang unik karena masuknya gugus hidrofobik-metil dan hidrofilik-hidroksipropil. Secara bertahap mengalami konversi gelasi saat dipanaskan, dan kembali ke keadaan larutan setelah pendinginan. Artinya, ia memiliki sifat gel yang diinduksi secara termal, dan fenomena gelasi merupakan proses yang dapat dibalik namun tidak identik.
Mengenai mekanisme gelasi HPMC, diterima secara luas bahwa pada suhu yang lebih rendah (di bawah suhu gelasi), HPMC dalam larutan dan molekul air polar diikat bersama oleh ikatan hidrogen untuk membentuk apa yang disebut struktur supramolekul mirip “sangkar burung”. Ada beberapa keterikatan sederhana antara rantai molekul HPMC terhidrasi, selain itu, ada beberapa interaksi lainnya. Ketika suhu meningkat, HPMC pertama-tama menyerap energi untuk memutus ikatan hidrogen antarmolekul antara molekul air dan molekul HPMC, menghancurkan struktur molekul seperti sangkar, secara bertahap kehilangan air yang terikat pada rantai molekul, dan mengekspos gugus hidroksipropil dan metoksi. Ketika suhu terus meningkat (untuk mencapai suhu gel), molekul HPMC secara bertahap membentuk struktur jaringan tiga dimensi melalui asosiasi hidrofobik, akhirnya gel HPMC terbentuk [160, 207, 208].
Penambahan garam anorganik mempunyai pengaruh terhadap suhu gel HPMC, ada yang menurunkan suhu gel karena fenomena salting out, dan ada pula yang meningkatkan suhu gel karena fenomena pelarutan garam (209). Dengan penambahan garam seperti NaCl, terjadi fenomena salting out dan suhu gel HPMC menurun [210, 211]. Setelah garam ditambahkan ke HPMC, molekul air lebih cenderung bergabung dengan ion garam, sehingga ikatan hidrogen antara molekul air dan HPMC hancur, lapisan air di sekitar molekul HPMC dikonsumsi, dan molekul HPMC dapat dilepaskan dengan cepat untuk hidrofobisitas. Asosiasi, suhu pembentukan gel berangsur-angsur menurun. Sebaliknya, ketika garam seperti NaSCN ditambahkan, terjadi fenomena pelarutan garam dan suhu gel HPMC meningkat [212]. Urutan penurunan pengaruh anion terhadap suhu gel adalah: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , urutan kation pada kenaikan suhu gel adalah: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].
Ketika beberapa molekul kecil organik seperti alkohol monohidrat yang mengandung gugus hidroksil ditambahkan, suhu gel meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penambahan, menunjukkan nilai maksimum dan kemudian menurun hingga terjadi pemisahan fasa [214, 215]. Hal ini terutama disebabkan oleh berat molekulnya yang kecil, yang sebanding dengan molekul air dalam hal besarnya, dan dapat mencapai ketercampuran tingkat molekul setelah peracikan.
(2) Kelarutan HPMC
HPMC memiliki sifat tidak larut dalam air panas dan larut dalam air dingin mirip dengan MC, namun dapat dibagi menjadi tipe dispersi dingin dan tipe dispersi panas sesuai dengan kelarutan air yang berbeda [203]. HPMC yang terdispersi dingin dapat dengan cepat terdispersi dalam air dalam air dingin, dan viskositasnya meningkat setelah jangka waktu tertentu, dan benar-benar larut dalam air; Sebaliknya, HPMC yang terdispersi panas menunjukkan aglomerasi ketika air ditambahkan pada suhu yang lebih rendah, tetapi lebih sulit untuk ditambahkan. Dalam air bersuhu tinggi, HPMC dapat dengan cepat terdispersi, dan viskositas meningkat setelah suhu menurun, menjadi larutan berair HPMC yang sebenarnya. Kelarutan HPMC dalam air berkaitan dengan kandungan gugus metoksi yang tidak larut dalam air panas di atas 85 °C, 65 °C, dan 60 °C dari tinggi ke rendah. Secara umum, HPMC tidak larut dalam pelarut organik seperti aseton dan kloroform, tetapi larut dalam larutan etanol dan larutan campuran organik.
(3) Toleransi garam terhadap HPMC
Sifat HPMC yang non-ionik membuatnya tidak dapat terionisasi dalam air, sehingga tidak akan bereaksi dengan ion logam hingga mengendap. Namun penambahan garam akan mempengaruhi suhu pembentukan gel HPMC. Ketika konsentrasi garam meningkat, suhu gel HPMC menurun; bila konsentrasi garam lebih rendah dari titik flokulasi maka viskositas larutan HPMC dapat ditingkatkan, sehingga dalam pengaplikasiannya tujuan pengentalan dapat dicapai dengan menambahkan garam dalam jumlah yang sesuai [210, 216].
(4) Ketahanan asam dan alkali HPMC
Secara umum HPMC mempunyai kestabilan asam basa yang kuat dan tidak terpengaruh oleh pH pada pH 2-12. HPMC menunjukkan ketahanan terhadap kadar asam encer tertentu, tetapi menunjukkan kecenderungan penurunan viskositas untuk asam pekat; alkali memiliki pengaruh yang kecil terhadapnya, tetapi dapat sedikit meningkatkan dan kemudian secara perlahan menurunkan viskositas larutan [217, 218].
(5) Faktor pengaruh viskositas HPMC
HPMC bersifat pseudoplastik, larutannya stabil pada suhu kamar, dan viskositasnya dipengaruhi oleh berat molekul, konsentrasi, dan suhu. Pada konsentrasi yang sama, semakin tinggi berat molekul HPMC, semakin tinggi pula viskositasnya; untuk produk dengan berat molekul yang sama, semakin tinggi konsentrasi HPMC, semakin tinggi pula viskositasnya; viskositas produk HPMC menurun dengan meningkatnya suhu, dan mencapai suhu pembentukan gel, dengan peningkatan viskositas secara tiba-tiba akibat gelasi [9, 219, 220].
(6) Properti HPMC lainnya
HPMC memiliki ketahanan yang kuat terhadap enzim, dan ketahanannya terhadap enzim meningkat seiring dengan derajat substitusi. Oleh karena itu, produk tersebut memiliki kualitas yang lebih stabil selama penyimpanan dibandingkan produk gula lainnya [189, 212]. HPMC memiliki sifat pengemulsi tertentu. Gugus metoksi hidrofobik dapat teradsorpsi pada permukaan fase minyak dalam emulsi untuk membentuk lapisan adsorpsi yang tebal, yang dapat bertindak sebagai lapisan pelindung; gugus hidroksil yang larut dalam air dapat dikombinasikan dengan air untuk meningkatkan fase kontinu. Viskositas, menghambat penggabungan fase terdispersi, menurunkan tegangan permukaan, dan menstabilkan emulsi [221]. HPMC dapat dicampur dengan polimer yang larut dalam air seperti gelatin, metilselulosa, gom kacang belalang, karagenan dan gom arab untuk membentuk larutan yang seragam dan transparan, dan juga dapat dicampur dengan bahan pemlastis seperti gliserin dan polietilen glikol. [200, 201, 214].
1.2.2.4 Permasalahan yang ada dalam penerapan hidroksipropil metilselulosa
Pertama, tingginya harga membatasi penerapan HPMC secara luas. Meskipun film HPMC memiliki transparansi yang baik, sifat penghalang lemak dan sifat mekanik. Namun, harganya yang mahal (sekitar 100.000/ton) membatasi penerapannya secara luas, bahkan dalam aplikasi farmasi bernilai tinggi seperti kapsul. Alasan mengapa HPMC begitu mahal adalah pertama karena bahan baku selulosa yang digunakan untuk membuat HPMC relatif mahal. Selain itu, dua gugus substituen, gugus hidroksipropil dan gugus metoksi, dicangkokkan pada HPMC secara bersamaan, sehingga proses pembuatannya menjadi sangat sulit. Rumit, sehingga produk HPMC lebih mahal.
Kedua, sifat viskositas rendah dan kekuatan gel HPMC yang rendah pada suhu rendah mengurangi kemampuan proses dalam berbagai aplikasi. HPMC merupakan thermal gel yang berbentuk larutan dengan viskositas sangat rendah pada temperatur rendah, dan dapat membentuk gel padat kental pada temperatur tinggi, sehingga proses pengolahan seperti pelapisan, penyemprotan dan pencelupan harus dilakukan pada temperatur tinggi. . Jika tidak, larutan akan mudah mengalir ke bawah, mengakibatkan terbentuknya bahan film yang tidak seragam, yang akan mempengaruhi kualitas dan kinerja produk. Pengoperasian suhu tinggi seperti itu meningkatkan koefisien kesulitan pengoperasian, sehingga mengakibatkan konsumsi energi produksi yang tinggi dan biaya produksi yang tinggi.
1.2.3 Gel dingin pati hidroksipropil
Pati merupakan senyawa polimer alami yang disintesis melalui fotosintesis tumbuhan di lingkungan alami. Polisakarida penyusunnya biasanya disimpan dalam biji dan umbi tanaman dalam bentuk butiran bersama dengan protein, serat, minyak, gula dan mineral. atau di akar [222]. Pati tidak hanya menjadi sumber pemasukan energi utama bagi manusia, namun juga merupakan bahan baku industri yang penting. Karena sumbernya yang luas, harganya yang murah, ramah lingkungan, alami dan terbarukan, ia telah banyak digunakan dalam industri makanan dan obat-obatan, fermentasi, pembuatan kertas, tekstil dan minyak bumi [223].
1.2.3.1 Pati dan turunannya
Pati adalah polimer tinggi alami yang unit strukturalnya adalah unit α-D-anhydroglucose. Unit yang berbeda dihubungkan oleh ikatan glikosidik, dan rumus molekulnya adalah (C6H10O5) n. Bagian rantai molekul pada butiran pati dihubungkan oleh ikatan glikosidik α-1,4, yaitu amilosa linier; bagian lain dari rantai molekul dihubungkan oleh ikatan glikosidik α-1,6 atas dasar ini, yang merupakan amilopektin bercabang [224]. Pada granula pati terdapat daerah kristalin yang molekul-molekulnya tersusun teratur dan daerah amorf yang molekul-molekulnya tersusun tidak beraturan. komposisi bagian. Tidak ada batas yang jelas antara daerah kristal dan daerah amorf, dan molekul amilopektin dapat melewati beberapa daerah kristalin dan daerah amorf. Berdasarkan sifat alami sintesis pati, struktur polisakarida dalam pati bervariasi menurut spesies tanaman dan lokasi sumbernya [225].
Meskipun pati telah menjadi salah satu bahan baku penting untuk produksi industri karena sumbernya yang luas dan sifatnya yang terbarukan, pati asli umumnya memiliki kelemahan seperti kelarutan dalam air yang buruk dan sifat pembentuk film, kemampuan pengemulsi dan pembentuk gel yang rendah, serta stabilitas yang tidak memadai. Untuk memperluas jangkauan aplikasinya, pati biasanya dimodifikasi secara fisikokimia untuk menyesuaikannya dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda [38, 114]. Ada tiga gugus hidroksil bebas pada setiap unit struktural glukosa dalam molekul pati. Gugus hidroksil ini sangat aktif dan memberikan sifat yang mirip dengan poliol pada pati, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi denaturasi pati.
Setelah modifikasi, beberapa sifat pati asli telah ditingkatkan secara signifikan, mengatasi cacat penggunaan pati asli, sehingga pati termodifikasi memainkan peran penting dalam industri saat ini [226]. Pati teroksidasi merupakan salah satu pati termodifikasi yang paling banyak digunakan dengan teknologi yang relatif matang. Dibandingkan dengan pati asli, pati teroksidasi lebih mudah digelatinisasi. Keuntungan dari daya rekat tinggi. Pati teresterifikasi merupakan turunan pati yang dibentuk melalui esterifikasi gugus hidroksil pada molekul pati. Tingkat substitusi yang sangat rendah dapat mengubah sifat pati asli secara signifikan. Transparansi dan sifat pembentuk film dari pasta pati jelas meningkat. Pati tereterifikasi adalah reaksi eterifikasi gugus hidroksil dalam molekul pati untuk menghasilkan eter polipati, dan retrogradasinya melemah. Dalam kondisi basa kuat sehingga pati teroksidasi dan pati teresterifikasi tidak dapat digunakan, ikatan eter juga relatif stabil. rentan terhadap hidrolisis. Pati termodifikasi asam, pati diolah dengan asam untuk meningkatkan kandungan amilosa, menghasilkan peningkatan retrogradasi dan pasta pati. Ini relatif transparan dan membentuk gel padat setelah pendinginan [114].
1.2.3.2 Struktur pati hidroksipropil
Pati hidroksipropil (HPS), yang struktur molekulnya ditunjukkan pada Gambar 1-4, adalah eter pati non-ionik, yang dibuat melalui reaksi eterifikasi propilen oksida dengan pati dalam kondisi basa [ 223, 227, 228], dan sifat-sifatnya persamaan reaksi kimia ditunjukkan pada Gambar 1-6.
Selama sintesis HPS, selain bereaksi dengan pati menghasilkan pati hidroksipropil, propilena oksida juga dapat bereaksi dengan pati hidroksipropil yang dihasilkan untuk menghasilkan rantai samping polioksipropil. derajat substitusi. Derajat substitusi (DS) mengacu pada jumlah rata-rata gugus hidroksil tersubstitusi per gugus glukosil. Sebagian besar gugus glukosil pati mengandung 3 gugus hidroksil yang dapat digantikan, sehingga DS maksimum adalah 3. Derajat substitusi molar (MS) mengacu pada massa rata-rata substituen per mol gugus glukosil [223, 229]. Kondisi proses reaksi hidroksipropilasi, morfologi granula pati, dan rasio amilosa terhadap amilopektin pada pati asli semuanya mempengaruhi ukuran MS.
1.2.3.3 Sifat pati hidroksipropil
(1) Gelasi dingin HPS
Untuk pasta pati HPS panas, terutama sistem dengan kandungan amilosa tinggi, selama proses pendinginan, rantai molekul amilosa dalam pasta pati saling berbelit-belit membentuk struktur jaringan tiga dimensi, dan menunjukkan perilaku seperti padat yang jelas. Ia menjadi elastomer, membentuk gel, dan dapat kembali ke keadaan larutan setelah dipanaskan kembali, yaitu memiliki sifat gel dingin, dan fenomena gel ini memiliki sifat reversibel [228].
Amilosa yang tergelatinisasi terus menerus digulung untuk membentuk struktur heliks tunggal koaksial. Bagian luar struktur heliks tunggal ini merupakan gugus hidrofilik, dan bagian dalamnya merupakan rongga hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPS ada dalam larutan air sebagai kumparan acak dimana beberapa segmen heliks tunggal terentang. Ketika suhu diturunkan, ikatan hidrogen antara HPS dan air terputus, struktur air hilang, dan ikatan hidrogen antar rantai molekul terus terbentuk, akhirnya membentuk struktur gel jaringan tiga dimensi. Fase pengisian dalam jaringan gel pati adalah sisa butiran atau fragmen pati setelah gelatinisasi, dan jalinan beberapa amilopektin juga berkontribusi pada pembentukan gel [230-232].
(2) Hidrofilisitas HPS
Pengenalan gugus hidroksipropil hidrofilik melemahkan kekuatan ikatan hidrogen antara molekul pati, mendorong pergerakan molekul atau segmen pati, dan mengurangi suhu leleh mikrokristal pati; struktur butiran pati berubah, dan permukaan butiran pati menjadi kasar. Seiring dengan meningkatnya suhu, muncul retakan atau lubang, sehingga molekul air dengan mudah masuk ke bagian dalam butiran pati, sehingga pati lebih mudah membengkak dan menjadi gelatin, sehingga suhu gelatinisasi pati menurun. Dengan meningkatnya derajat substitusi, suhu gelatinisasi pati hidroksipropil menurun, dan akhirnya dapat membengkak dalam air dingin. Setelah hidroksipropilasi, kemampuan mengalir, stabilitas suhu rendah, transparansi, kelarutan, dan sifat pembentuk film dari pasta pati ditingkatkan [233-235].
(3) Stabilitas HPS
HPS adalah eter pati non-ionik dengan stabilitas tinggi. Selama reaksi kimia seperti hidrolisis, oksidasi, dan ikatan silang, ikatan eter tidak akan putus dan substituen tidak akan lepas. Oleh karena itu, sifat-sifat HPS relatif tidak terlalu terpengaruh oleh elektrolit dan pH, sehingga memastikan bahwa HPS dapat digunakan dalam rentang pH asam-basa yang luas [236-238].
1.2.3.4 Penerapan HPS dalam bidang pangan dan obat-obatan
HPS tidak beracun dan tidak berasa, dengan kinerja pencernaan yang baik dan viskositas hidrolisat yang relatif rendah. Ini diakui sebagai pati modifikasi yang aman dimakan di dalam dan luar negeri. Pada awal tahun 1950an, Amerika Serikat menyetujui pati hidroksipropil untuk digunakan langsung dalam makanan [223, 229, 238]. HPS adalah pati termodifikasi yang banyak digunakan dalam bidang makanan, terutama digunakan sebagai bahan pengental, bahan pensuspensi dan penstabil.
Dapat digunakan dalam makanan ringan dan makanan beku seperti minuman, es krim, dan selai; sebagian dapat menggantikan permen karet yang mahal seperti gelatin; itu dapat dibuat menjadi film yang dapat dimakan dan digunakan sebagai pelapis dan pengemasan makanan [229, 236].
HPS umumnya digunakan dalam bidang kedokteran sebagai bahan pengisi, pengikat tanaman obat, penghancur tablet, bahan kapsul lunak dan keras farmasi, pelapis obat, bahan anti kondensasi untuk sel darah merah buatan dan pengental plasma, dll. [239] .
1.3 Peracikan Polimer
Bahan polimer banyak digunakan dalam semua aspek kehidupan dan merupakan bahan yang sangat diperlukan dan penting. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan membuat kebutuhan masyarakat semakin beragam, dan umumnya bahan polimer satu komponen sulit memenuhi beragam kebutuhan aplikasi manusia. Menggabungkan dua atau lebih polimer adalah metode yang paling ekonomis dan efektif untuk mendapatkan bahan polimer dengan harga murah, kinerja luar biasa, pemrosesan mudah dan aplikasi luas, yang telah menarik perhatian banyak peneliti dan semakin mendapat perhatian [ 240-242] .
1.3.1 Tujuan dan metode peracikan polimer
Tujuan utama peracikan polimer: (l) Untuk mengoptimalkan sifat komprehensif bahan. Polimer yang berbeda digabungkan, sehingga senyawa akhir mempertahankan sifat unggul dari satu makromolekul, mempelajari kekuatan satu sama lain dan melengkapi kelemahannya, serta mengoptimalkan sifat komprehensif bahan polimer. (2) Mengurangi biaya material. Beberapa bahan polimer memiliki sifat yang sangat baik, namun harganya mahal. Oleh karena itu, mereka dapat digabungkan dengan polimer murah lainnya untuk mengurangi biaya tanpa mempengaruhi penggunaan. (3) Meningkatkan sifat pemrosesan material. Beberapa bahan memiliki sifat yang sangat baik tetapi sulit untuk diproses, dan polimer lain yang sesuai dapat ditambahkan untuk meningkatkan sifat pemrosesannya. (4) Untuk memperkuat sifat tertentu dari material. Untuk meningkatkan kinerja material dalam aspek tertentu, polimer lain digunakan untuk memodifikasinya. (5) Mengembangkan fungsi material yang baru.
Metode peracikan polimer yang umum: (l) Peracikan leleh. Di bawah aksi geser peralatan peracikan, polimer yang berbeda dipanaskan hingga di atas suhu aliran kental untuk peracikan, dan kemudian didinginkan dan digranulasi setelah peracikan. (2) Rekonstitusi solusi. Kedua komponen tersebut diaduk dan dicampur dengan menggunakan pelarut umum, atau larutan polimer berbeda yang terlarut diaduk secara merata, kemudian pelarut tersebut dihilangkan untuk memperoleh senyawa polimer. (3) Peracikan emulsi. Setelah pengadukan dan pencampuran emulsi polimer berbeda dari jenis pengemulsi yang sama, koagulan ditambahkan untuk mengendapkan polimer untuk memperoleh senyawa polimer. (4) Kopolimerisasi dan peracikan. Termasuk kopolimerisasi cangkok, kopolimerisasi blok, dan kopolimerisasi reaktif, proses peracikannya disertai dengan reaksi kimia. (5) Jaringan interpenetrasi [10].
1.3.2 Peracikan polisakarida alami
Polisakarida alami adalah kelas umum bahan polimer di alam, yang biasanya dimodifikasi secara kimia dan menunjukkan berbagai sifat yang sangat baik. Namun, bahan polisakarida tunggal seringkali memiliki keterbatasan kinerja tertentu, sehingga polisakarida yang berbeda sering kali digabungkan untuk mencapai tujuan melengkapi keunggulan kinerja masing-masing komponen dan memperluas cakupan penerapannya. Pada awal tahun 1980an, penelitian tentang senyawa polisakarida alami yang berbeda telah meningkat secara substansial [243]. Penelitian tentang sistem senyawa polisakarida alam di dalam dan luar negeri sebagian besar berfokus pada sistem senyawa curdlan dan non-curdlan serta sistem senyawa dua jenis polisakarida non-curdlan.
1.3.2.1 Klasifikasi hidrogel polisakarida alami
Polisakarida alami dapat dibedakan menjadi curdlan dan non-curdlan sesuai dengan kemampuannya membentuk gel. Beberapa polisakarida dapat membentuk gel dengan sendirinya, sehingga disebut curdlan, seperti karagenan, dll; yang lain tidak memiliki sifat pembentuk gel, dan disebut polisakarida non-dadih, seperti permen karet xanthan.
Hidrogel dapat diperoleh dengan melarutkan dadih alami dalam larutan air. Berdasarkan termoreversibilitas gel yang dihasilkan dan ketergantungan modulusnya pada suhu, gel dapat dibagi menjadi empat jenis berikut [244]:
(1) Cryogel, larutan polisakarida hanya dapat memperoleh gel pada suhu rendah, seperti karagenan.
(2) Gel yang diinduksi secara termal, larutan polisakarida hanya dapat memperoleh gel pada suhu tinggi, seperti glukomanan.
(3) Larutan polisakarida tidak hanya dapat memperoleh gel pada suhu rendah, tetapi juga memperoleh gel pada suhu lebih tinggi, tetapi juga menghasilkan keadaan larutan pada suhu menengah.
(4) Larutan hanya dapat memperoleh gel pada suhu tengah tertentu. Curdlan alami yang berbeda memiliki konsentrasi kritis (minimum) tersendiri, di atas mana gel dapat diperoleh. Konsentrasi kritis gel berhubungan dengan panjang rantai molekul polisakarida yang berkesinambungan; kekuatan gel sangat dipengaruhi oleh konsentrasi dan berat molekul larutan, dan umumnya kekuatan gel meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi [245].
1.3.2.2 Sistem gabungan curdlan dan non-curdlan
Peracikan non-curdlan dengan curdlan umumnya meningkatkan kekuatan gel polisakarida [246]. Peracikan permen karet konjak dan karagenan meningkatkan stabilitas dan elastisitas gel struktur jaringan gel komposit, dan secara signifikan meningkatkan kekuatan gelnya. Wei Yu dkk. memperparah karagenan dan gom konjak, dan membahas struktur gel setelah peracikan. Studi tersebut menemukan bahwa setelah peracikan karagenan dan gom konjak, dihasilkan efek sinergis, dan struktur jaringan yang didominasi oleh karagenan terbentuk, gom konjak tersebar di dalamnya, dan jaringan gelnya lebih padat dibandingkan karagenan murni [247]. Kohyama dkk. mempelajari sistem senyawa gom karagenan/konjak, dan hasilnya menunjukkan bahwa dengan peningkatan berat molekul gom konjak secara terus menerus, tegangan pecah gel komposit terus meningkat; permen karet konjak dengan berat molekul berbeda menunjukkan pembentukan gel yang serupa. suhu. Dalam sistem senyawa ini, pembentukan jaringan gel dilakukan oleh karagenan, dan interaksi antara dua molekul curdlan menghasilkan pembentukan daerah ikatan silang yang lemah (248). Nishinari dkk. mempelajari sistem senyawa gellan gum/konjak gum, dan hasilnya menunjukkan bahwa pengaruh kation monovalen pada senyawa gel lebih terasa. Ini dapat meningkatkan modulus sistem dan suhu pembentukan gel. Kation divalen dapat mendorong pembentukan gel komposit sampai batas tertentu, namun jumlah yang berlebihan akan menyebabkan pemisahan fasa dan mengurangi modulus sistem [246]. Breneer dkk. mempelajari peracikan karagenan, getah kacang belalang dan getah konjak, dan menemukan bahwa karagenan, getah kacang belalang dan getah konjak dapat menghasilkan efek sinergis, dan perbandingan yang optimal adalah getah kacang belalang/karagenan 1:5.5, getah konjak/karagenan 1:7 , dan bila ketiganya digabungkan, efek sinergisnya sama dengan karagenan/permen konjak, artinya tidak ada peracikan khusus dari ketiganya. interaksi [249].
1.3.2.2 Dua sistem gabungan non-curdlan
Dua polisakarida alami yang tidak memiliki sifat gel dapat menunjukkan sifat gel melalui peracikan, sehingga menghasilkan produk gel [250]. Menggabungkan permen karet kacang belalang dengan permen karet xanthan menghasilkan efek sinergis yang menginduksi pembentukan gel baru [251]. Produk gel baru juga dapat diperoleh dengan menambahkan permen karet xanthan ke konjak glukomanan untuk peracikan [252]. Wei Yanxia dkk. mempelajari sifat reologi kompleks permen karet kacang belalang dan permen karet xanthan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa senyawa gum kacang belalang dan gom xanthan menghasilkan efek sinergis. Ketika rasio volume senyawa adalah 4:6, efek sinergis terkuat [253]. Fitzsimons dkk. glukomanan konjak diperparah dengan gom xanthan pada suhu kamar dan di bawah pemanasan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua senyawa menunjukkan sifat gel yang mencerminkan efek sinergis antara keduanya. Suhu peracikan dan keadaan struktural permen karet xanthan tidak mempengaruhi interaksi antara keduanya [254]. Guo Shoujun dan yang lainnya mempelajari campuran asli permen karet kotoran babi dan permen karet xanthan, dan hasilnya menunjukkan bahwa permen karet kotoran babi dan permen karet xanthan memiliki efek sinergis yang kuat. Rasio peracikan optimal permen karet kotoran babi dan perekat senyawa permen karet xanthan adalah 6/4 (b/b). Ini 102 kali lipat dari larutan tunggal permen karet kedelai, dan gel terbentuk ketika konsentrasi senyawa permen karet mencapai 0,4%. Senyawa perekat tersebut memiliki viskositas tinggi, stabilitas dan sifat reologi yang baik, serta merupakan food-gums yang sangat baik [255].
1.3.3 Kompatibilitas komposit polimer
Kompatibilitas, dari sudut pandang termodinamika, mengacu pada pencapaian kompatibilitas tingkat molekuler, yang juga dikenal sebagai kelarutan timbal balik. Menurut teori model Flory-Huggins, perubahan energi bebas sistem senyawa polimer selama proses peracikan sesuai dengan rumus energi bebas Gibbs:
△���=△���—T△S (1-1)
Diantaranya, △���adalah energi bebas kompleks, △���adalah panas kompleks, adalah entropi kompleks; adalah suhu absolut; sistem yang kompleks adalah sistem yang kompatibel hanya jika energi bebasnya berubah △���selama proses yang kompleks [256].
Konsep miscibility muncul dari kenyataan bahwa sangat sedikit sistem yang dapat mencapai kompatibilitas termodinamika. Ketercampuran mengacu pada kemampuan berbagai komponen untuk membentuk kompleks yang homogen, dan kriteria yang umum digunakan adalah bahwa kompleks tersebut menunjukkan titik transisi gelas tunggal.
Berbeda dari kompatibilitas termodinamika, kompatibilitas umum mengacu pada kemampuan masing-masing komponen dalam sistem senyawa untuk mengakomodasi satu sama lain, yang diusulkan dari sudut pandang praktis [257].
Berdasarkan kompatibilitas umum, sistem senyawa polimer dapat dibagi menjadi sistem yang sepenuhnya kompatibel, kompatibel sebagian, dan sepenuhnya tidak kompatibel. Sistem yang kompatibel sepenuhnya berarti bahwa senyawa tersebut dapat bercampur secara termodinamika pada tingkat molekuler; sistem yang kompatibel sebagian berarti bahwa senyawa tersebut kompatibel dalam kisaran suhu atau komposisi tertentu; sistem yang sepenuhnya tidak kompatibel berarti senyawa tersebut tidak dapat bercampur pada tingkat molekuler pada suhu atau komposisi apa pun.
Karena perbedaan struktural tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeda, sebagian besar sistem kompleks polimer kompatibel atau tidak kompatibel sebagian [11, 12]. Tergantung pada pemisahan fase sistem senyawa dan tingkat pencampuran, kompatibilitas sistem kompatibel sebagian juga akan sangat bervariasi [11]. Sifat makroskopis komposit polimer berkaitan erat dengan morfologi mikroskopis internalnya serta sifat fisik dan kimia masing-masing komponen. 240], sehingga sangat penting untuk mempelajari morfologi mikroskopis dan kompatibilitas sistem senyawa.
Metode Penelitian dan Karakterisasi Kesesuaian Senyawa Biner:
(1) Suhu transisi gelas T���metode perbandingan. Membandingkan T���senyawa dengan T���dari komponen-komponennya, jika hanya satu T���muncul dalam senyawa, sistem senyawa tersebut merupakan sistem yang kompatibel; jika ada dua T���, dan dua T���posisi senyawa berada pada dua kelompok yang berada di tengah titik T���menunjukkan bahwa sistem gabungan merupakan sistem yang kompatibel sebagian; jika ada dua T���, dan terletak pada posisi dua komponen T���, hal ini menunjukkan bahwa sistem gabungan tersebut merupakan sistem yang tidak kompatibel.
T���Alat uji yang sering digunakan dalam metode perbandingan adalah Dynamic Thermomechanical Analyzer (DMA) dan Differential Scanning Calorimeter (DSC). Metode ini dapat dengan cepat menilai kompatibilitas sistem gabungan, tetapi jika T���dari dua komponen serupa, satu T���juga akan muncul setelah penggabungan, sehingga metode ini memiliki kekurangan tertentu [10].
(2) Metode observasi morfologi. Pertama, amati morfologi makroskopis senyawa tersebut. Jika suatu senyawa mempunyai pemisahan fasa yang jelas, maka dapat dinilai terlebih dahulu bahwa sistem senyawa tersebut merupakan sistem yang tidak kompatibel. Kedua, morfologi mikroskopis dan struktur fasa senyawa diamati dengan mikroskop. Kedua komponen yang kompatibel sempurna akan membentuk keadaan homogen. Oleh karena itu, senyawa dengan kompatibilitas yang baik dapat mengamati distribusi fasa yang seragam dan ukuran partikel fasa terdispersi yang kecil. dan antarmuka buram.
Alat uji yang sering digunakan dalam metode pengamatan topografi adalah mikroskop optik dan mikroskop elektron scanning (SEM). Metode observasi topografi dapat digunakan sebagai metode tambahan yang dikombinasikan dengan metode karakterisasi lainnya。
(3) Metode transparansi. Dalam sistem senyawa yang kompatibel sebagian, kedua komponen dapat kompatibel dalam kisaran suhu dan komposisi tertentu, dan pemisahan fasa akan terjadi di luar kisaran tersebut. Pada proses transformasi sistem senyawa dari sistem homogen menjadi sistem dua fasa, transmisi cahayanya akan berubah, sehingga kesesuaiannya dapat dipelajari dengan mempelajari transparansi senyawa tersebut.
Cara ini hanya dapat digunakan sebagai cara pembantu, karena bila indeks bias kedua polimer sama, maka senyawa yang diperoleh dari penggabungan kedua polimer yang tidak kompatibel juga bersifat transparan.
(4) Metode reologi. Dalam metode ini, perubahan mendadak parameter viskoelastik senyawa digunakan sebagai tanda pemisahan fase, misalnya, perubahan mendadak dari kurva viskositas suhu digunakan untuk menandai pemisahan fase, dan perubahan mendadak dari yang jelas kurva tegangan-suhu geser digunakan sebagai tanda pemisahan fasa. Sistem peracikan tanpa pemisahan fasa setelah peracikan memiliki kompatibilitas yang baik, dan sistem dengan pemisahan fasa adalah sistem yang tidak kompatibel atau kompatibel sebagian [258].
(5) Metode kurva Han. Kurva Han adalah lg���'(���) lg G”, jika kurva Han dari sistem senyawa tidak bergantung pada suhu, dan kurva Han pada suhu yang berbeda membentuk kurva utama, maka sistem senyawa tersebut kompatibel; jika sistem senyawa kompatibel Kurva Han bergantung pada suhu. Jika kurva Han terpisah satu sama lain pada temperatur yang berbeda dan tidak dapat membentuk kurva utama, maka sistem senyawa tersebut tidak kompatibel atau kompatibel sebagian. Oleh karena itu, kompatibilitas sistem gabungan dapat dinilai berdasarkan pemisahan kurva Han.
(6) Metode viskositas larutan. Metode ini menggunakan perubahan viskositas larutan untuk mengkarakterisasi kompatibilitas sistem senyawa. Pada konsentrasi larutan yang berbeda, viskositas senyawa diplotkan terhadap komposisinya. Jika hubungan linier berarti sistem gabungan tersebut sepenuhnya kompatibel; jika hubungan nonlinier berarti sistem gabungan tersebut kompatibel sebagian; jika berbentuk kurva S, maka menunjukkan bahwa sistem gabungan tersebut sepenuhnya tidak kompatibel [10].
(7) Spektroskopi inframerah. Setelah kedua polimer digabungkan, jika kompatibilitasnya baik maka akan terjadi interaksi seperti ikatan hidrogen, dan posisi pita gugus karakteristik pada spektrum inframerah masing-masing gugus pada rantai polimer akan bergeser. Pergeseran pita kelompok karakteristik kompleks dan masing-masing komponen dapat menilai kompatibilitas sistem yang kompleks.
Selain itu, kompatibilitas kompleks juga dapat dipelajari dengan penganalisis termogravimetri, difraksi sinar-X, hamburan sinar-X sudut kecil, hamburan cahaya, hamburan elektron neutron, resonansi magnetik nuklir, dan teknik ultrasonik [10].
1.3.4 Kemajuan penelitian peracikan hidroksipropil metilselulosa/hidroksipropil pati
1.3.4.1 Peracikan hidroksipropil metilselulosa dan zat lainnya
Senyawa HPMC dan zat lainnya terutama digunakan dalam sistem pelepasan obat yang dikontrol dan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau terurai. Dalam penerapan pelepasan terkontrol obat, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC meliputi polimer sintetik seperti polivinil alkohol (PVA), kopolimer asam laktat-asam glikolat (PLGA) dan polikaprolakton (PCL), serta protein, Polimer alami seperti sebagai polisakarida. Abdel-Zaher dkk. mempelajari komposisi struktur, stabilitas termal dan hubungannya dengan kinerja komposit HPMC/PVA, dan hasilnya menunjukkan bahwa terdapat beberapa ketercampuran dengan adanya kedua polimer tersebut [259]. Zabihi dkk. menggunakan kompleks HPMC/PLGA untuk menyiapkan mikrokapsul untuk pelepasan insulin yang terkontrol dan berkelanjutan, yang dapat mencapai pelepasan berkelanjutan di lambung dan usus [260]. Javed dkk. menggabungkan HPMC hidrofilik dan PCL hidrofobik dan menggunakan kompleks HPMC/PCL sebagai bahan mikrokapsul untuk pelepasan obat yang terkontrol dan berkelanjutan, yang dapat dilepaskan di berbagai bagian tubuh manusia dengan menyesuaikan rasio peracikan [261]. Ding dkk. mempelajari sifat reologi seperti viskositas, viskoelastisitas dinamis, pemulihan mulur, dan tiksotropi kompleks HPMC/kolagen yang digunakan dalam bidang pelepasan obat terkontrol, memberikan panduan teoritis untuk aplikasi industri [262]. Arthanari, Cai dan Rai dkk. [263-265] Kompleks HPMC dan polisakarida seperti kitosan, gom xanthan, dan natrium alginat diterapkan dalam proses pelepasan berkelanjutan vaksin dan obat, dan hasilnya menunjukkan efek pelepasan obat yang terkendali [263-265].
Dalam pengembangan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau terdegradasi, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC sebagian besar adalah polimer alami seperti lipid, protein, dan polisakarida. Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva dkk. menyiapkan membran komposit yang dapat dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya masing-masing dalam pengawetan buah plum, tomat ceri, dan jeruk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran kompleks HPMC/lipid mempunyai efek antibakteri yang baik dalam penyimpanan segar [266-268]. Shetty, Rubilar, dan Ding dkk. mempelajari sifat mekanik, stabilitas termal, struktur mikro, dan interaksi antara komponen film komposit yang dapat dimakan yang masing-masing dibuat dari HPMC, protein sutra, isolat protein whey, dan kolagen [269-271]. Esteghlal dkk. memformulasikan HPMC dengan gelatin untuk menyiapkan film yang dapat dimakan untuk digunakan dalam bahan kemasan berbasis bio [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro dkk. masing-masing menyiapkan film komposit HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/pati, dan mempelajari stabilitas termal, sifat mekanik, struktur mikro dan sifat antibakterinya [139, 272-274]. Senyawa HPMC/PLA juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas komoditas pangan, biasanya dengan cara ekstrusi [275].
Dalam pengembangan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau terdegradasi, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC sebagian besar adalah polimer alami seperti lipid, protein, dan polisakarida. Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva dkk. menyiapkan membran komposit yang dapat dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya masing-masing dalam pengawetan buah plum, tomat ceri, dan jeruk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran kompleks HPMC/lipid mempunyai efek antibakteri yang baik dalam penyimpanan segar [266-268]. Shetty, Rubilar, dan Ding dkk. mempelajari sifat mekanik, stabilitas termal, struktur mikro, dan interaksi antara komponen film komposit yang dapat dimakan yang masing-masing dibuat dari HPMC, protein sutra, isolat protein whey, dan kolagen [269-271]. Esteghlal dkk. memformulasikan HPMC dengan gelatin untuk menyiapkan film yang dapat dimakan untuk digunakan dalam bahan kemasan berbasis bio [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro dkk. masing-masing menyiapkan film komposit HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/pati, dan mempelajari stabilitas termal, sifat mekanik, struktur mikro dan sifat antibakterinya [139, 272-274]. Senyawa HPMC/PLA juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas komoditas pangan, biasanya dengan cara ekstrusi [275].
1.3.4.2 Peracikan pati dan zat lainnya
Penelitian tentang peracikan pati dan zat lain awalnya terfokus pada berbagai zat poliester alifatik hidrofobik, antara lain asam polilaktat (PLA), polikaprolakton (PCL), asam polibutena suksinat (PBSA), dll.276]. Muller dkk. mempelajari struktur dan sifat komposit pati/PLA serta interaksi antara keduanya, dan hasilnya menunjukkan bahwa interaksi antara keduanya lemah dan sifat mekanik komposit buruk [277]. Correa, Komur dan Diaz-Gomez dkk. mempelajari sifat mekanik, sifat reologi, sifat gel dan kompatibilitas dua komponen kompleks pati/PCL, yang diterapkan pada pengembangan bahan biodegradable, Bahan biomedis dan Bahan Perancah Rekayasa Jaringan [278-280]. Ohkika dkk. menemukan bahwa perpaduan tepung maizena dan PBSA sangat menjanjikan. Ketika kandungan pati 5-30%, peningkatan kandungan butiran pati dapat meningkatkan modulus dan mengurangi tegangan tarik dan perpanjangan putus [281,282]. Poliester alifatik hidrofobik secara termodinamik tidak kompatibel dengan pati hidrofilik, dan berbagai bahan penyesuai dan aditif biasanya ditambahkan untuk meningkatkan antarmuka fase antara pati dan poliester. Szadkowska, Ferri, dan Li dkk. mempelajari efek dari pemlastis berbasis silanol, minyak biji rami anhidrida maleat, dan turunan minyak nabati yang difungsikan pada struktur dan sifat kompleks pati/PLA, masing-masing [283-285]. Ortega-Toro, Yu dkk. menggunakan asam sitrat dan difenilmetana diisosianat untuk mengkompatibilitaskan senyawa pati/PCL dan senyawa pati/PBSA, untuk meningkatkan sifat dan stabilitas material [286, 287].
Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak penelitian yang dilakukan mengenai senyawa pati dengan polimer alami seperti protein, polisakarida, dan lipid. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen dan Zhang et al mempelajari sifat fisikokimia masing-masing pati/zein, pati/protein whey dan kompleks pati/gelatin, dan hasilnya semuanya mencapai hasil yang baik, yang dapat diterapkan pada biomaterial makanan dan kapsul [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon dan Ren dkk. mempelajari transmisi cahaya, sifat mekanik, sifat antibakteri dan konsentrasi kitosan masing-masing film komposit pati/kitosan, dan menambahkan ekstrak alami, polifenol teh, dan agen antibakteri alami lainnya untuk meningkatkan efek antibakteri dari film komposit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film komposit pati/kitosan mempunyai potensi besar dalam kemasan aktif makanan dan obat-obatan [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis, dan Zhang dkk. mempelajari sifat masing-masing nanokristal pati/selulosa, pati/karboksimetilselulosa, pati/metilselulosa, dan film komposit pati/hidroksipropilmetilselulosa, dan aplikasi utama dalam bahan kemasan yang dapat dimakan/dapat terbiodegradasi [293-295]. Dafe, Jumaidin dan Lascombes dkk. mempelajari senyawa pati/getah makanan seperti pati/pektin, pati/agar dan pati/karagenan, terutama digunakan dalam bidang pangan dan pengemasan makanan [296-298]. Sifat fisikokimia pati tapioka/minyak jagung, kompleks pati/lipid dipelajari oleh Perez, De et al., terutama untuk memandu proses produksi makanan yang diekstrusi [299, 300].
1.3.4.3 Peracikan hidroksipropil metilselulosa dan pati
Saat ini, belum banyak penelitian tentang sistem senyawa HPMC dan pati di dalam dan luar negeri, dan kebanyakan dari mereka menambahkan sejumlah kecil HPMC ke dalam matriks pati untuk memperbaiki fenomena penuaan pati. Jimenez dkk. menggunakan HPMC untuk mengurangi penuaan pati asli untuk meningkatkan permeabilitas membran pati. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan HPMC mengurangi penuaan pati dan meningkatkan fleksibilitas membran komposit. Permeabilitas oksigen pada membran komposit meningkat secara signifikan, namun kinerja kedap airnya tidak. Berapa banyak yang berubah [301]. Villacres, Basch dkk. menggabungkan HPMC dan tepung tapioka untuk menyiapkan bahan pengemas film komposit HPMC/pati, dan mempelajari efek plastisisasi gliserin pada film komposit dan efek kalium sorbat dan nisin pada sifat antibakteri film komposit. Hasil menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kandungan HPMC, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat, perpanjangan putus menurun, dan permeabilitas uap air memiliki pengaruh yang kecil; potasium sorbat dan nisin keduanya dapat meningkatkan lapisan komposit. Efek antibakteri dari dua agen antibakteri lebih baik bila digunakan bersama-sama [112, 302]. Ortega-Toro dkk. mempelajari sifat-sifat membran komposit pres panas HPMC/pati, dan mempelajari pengaruh asam sitrat terhadap sifat-sifat membran komposit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa HPMC terdispersi dalam fase kontinyu pati, dan baik asam sitrat maupun HPMC berpengaruh terhadap penuaan pati. sampai tingkat penghambatan tertentu [139]. Ayorinde dkk. menggunakan film komposit HPMC/pati untuk melapisi amlodipine oral, dan hasilnya menunjukkan bahwa waktu hancur dan laju pelepasan film komposit sangat baik [303].
Zhao Ming dkk. mempelajari pengaruh pati terhadap laju retensi air film HPMC, dan hasilnya menunjukkan bahwa pati dan HPMC memiliki efek sinergis tertentu, yang menghasilkan peningkatan laju retensi air secara keseluruhan [304]. Zhang dkk. mempelajari sifat film senyawa HPMC/HPS dan sifat reologi larutan. Hasilnya menunjukkan bahwa sistem senyawa HPMC/HPS mempunyai kompatibilitas tertentu, kinerja membran senyawa baik, dan sifat reologi HPS terhadap HPMC Memiliki efek keseimbangan yang baik [305, 306]. Penelitian tentang sistem senyawa HPMC/pati dengan kandungan HPMC tinggi masih sedikit, dan sebagian besar masih dalam penelitian kinerja yang dangkal, dan penelitian teoritis tentang sistem senyawa relatif kurang, terutama gel HPMC/HPS yang dibalik panas dingin. -gel komposit fase. Kajian mekanistik masih dalam keadaan kosong.
1.4 Reologi kompleks polimer
Dalam proses pengolahan bahan polimer pasti akan terjadi aliran dan deformasi, dan reologi adalah ilmu yang mempelajari hukum aliran dan deformasi bahan [307]. Aliran adalah sifat bahan cair, sedangkan deformasi adalah sifat bahan padat (kristal). Perbandingan umum aliran zat cair dan deformasi zat padat adalah sebagai berikut:
Dalam aplikasi industri praktis bahan polimer, viskositas dan viskoelastisitasnya menentukan kinerja pemrosesannya. Dalam proses pemrosesan dan pencetakan, dengan perubahan laju geser, viskositas bahan polimer dapat mencapai beberapa kali lipat. Ubah [308]. Sifat reologi seperti viskositas dan penipisan geser secara langsung mempengaruhi kontrol pemompaan, perfusi, dispersi dan penyemprotan selama pemrosesan bahan polimer, dan merupakan sifat terpenting dari bahan polimer.
1.4.1 Viskoelastisitas polimer
Di bawah gaya eksternal, cairan polimer tidak hanya dapat mengalir, tetapi juga menunjukkan deformasi, menunjukkan semacam kinerja “viskoelastisitas”, dan esensinya adalah koeksistensi “dua fase padat-cair” [309]. Namun viskoelastisitas ini bukanlah viskoelastisitas linier pada deformasi kecil, melainkan viskoelastisitas nonlinier dimana material mengalami deformasi besar dan tegangan yang berkepanjangan [310].
Larutan berair polisakarida alami juga disebut hidrosol. Dalam larutan encer, makromolekul polisakarida berbentuk kumparan yang terpisah satu sama lain. Ketika konsentrasi meningkat hingga nilai tertentu, kumparan makromolekul saling menembus dan tumpang tindih satu sama lain. Nilai tersebut disebut konsentrasi kritis [311]. Di bawah konsentrasi kritis, viskositas larutan relatif rendah, dan tidak dipengaruhi oleh laju geser, yang menunjukkan perilaku fluida Newton; ketika konsentrasi kritis tercapai, makromolekul yang awalnya bergerak terisolasi mulai saling berbelit-belit, dan viskositas larutan meningkat secara signifikan. meningkat [312]; sedangkan ketika konsentrasi melebihi konsentrasi kritis, terjadi penipisan geser dan larutan menunjukkan perilaku fluida non-Newtonian [245].
Beberapa hidrosol dapat membentuk gel dalam kondisi tertentu, dan sifat viskoelastiknya biasanya dicirikan oleh modulus penyimpanan G', modulus kehilangan G” dan ketergantungan frekuensinya. Modulus penyimpanan berhubungan dengan elastisitas sistem, sedangkan modulus kerugian berhubungan dengan viskositas sistem [311]. Dalam larutan encer, tidak ada keterikatan antar molekul, sehingga pada rentang frekuensi yang luas, G′ jauh lebih kecil daripada G″, dan menunjukkan ketergantungan frekuensi yang kuat. Karena G′ dan G″ masing-masing sebanding dengan frekuensi ω dan kuadratnya, maka bila frekuensinya lebih tinggi, G′ > G″. Ketika konsentrasi lebih tinggi dari konsentrasi kritis, G′ dan G″ masih memiliki ketergantungan frekuensi. Ketika frekuensinya lebih rendah, G′ < G″, dan frekuensinya meningkat secara bertahap, keduanya akan berpotongan, dan berbalik ke G′ > di wilayah frekuensi tinggi G”.
Titik kritis di mana hidrosol polisakarida alami berubah menjadi gel disebut titik gel. Ada banyak definisi titik gel, dan yang paling umum digunakan adalah definisi viskoelastisitas dinamis dalam reologi. Ketika modulus penyimpanan G′ sistem sama dengan modulus kerugian G″, itu adalah titik gel, dan G′ > G″ Pembentukan gel [312, 313].
Beberapa molekul polisakarida alami membentuk asosiasi yang lemah, dan struktur gelnya mudah hancur, dan G' sedikit lebih besar dari G”, menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih rendah; sementara beberapa molekul polisakarida alami dapat membentuk daerah ikatan silang yang stabil, yang struktur gelnya lebih kuat, G′ jauh lebih besar dari G″, dan tidak memiliki ketergantungan frekuensi [311].
1.4.2 Perilaku reologi kompleks polimer
Untuk sistem senyawa polimer yang sepenuhnya kompatibel, senyawa tersebut merupakan sistem homogen, dan viskoelastisitasnya umumnya merupakan penjumlahan dari sifat-sifat polimer tunggal, dan viskoelastisitasnya dapat dijelaskan dengan aturan empiris sederhana [314]. Praktek telah membuktikan bahwa sistem homogen tidak kondusif bagi peningkatan sifat mekaniknya. Sebaliknya, beberapa sistem kompleks dengan struktur yang dipisahkan fase mempunyai kinerja yang sangat baik [315].
Kompatibilitas sistem senyawa yang kompatibel sebagian akan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti rasio senyawa sistem, laju geser, suhu dan struktur komponen, yang menunjukkan kompatibilitas atau pemisahan fasa, dan transisi dari kompatibilitas ke pemisahan fasa tidak dapat dihindari. menyebabkan perubahan signifikan dalam viskoelastisitas sistem [316, 317]. Dalam beberapa tahun terakhir, terdapat banyak penelitian tentang perilaku viskoelastik dari sistem kompleks polimer yang kompatibel sebagian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perilaku reologi sistem senyawa pada zona kesesuaian menyajikan ciri-ciri sistem homogen. Pada zona pemisahan fase, perilaku reologi sangat berbeda dari zona homogen dan sangat kompleks.
Memahami sifat reologi sistem peracikan dalam berbagai konsentrasi, rasio peracikan, laju geser, suhu, dll. Sangat penting untuk pemilihan teknologi pemrosesan yang tepat, desain formula yang rasional, kontrol kualitas produk yang ketat, dan pengurangan produksi yang tepat. konsumsi energi. [309]. Misalnya, untuk bahan yang sensitif terhadap suhu, viskositas bahan dapat diubah dengan mengatur suhu. Dan meningkatkan kinerja pemrosesan; memahami zona penipisan geser material, memilih laju geser yang sesuai untuk mengontrol kinerja pemrosesan material, dan meningkatkan efisiensi produksi.
1.4.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat reologi suatu senyawa
1.4.3.1 Komposisi
Sifat fisik dan kimia serta struktur internal sistem senyawa merupakan cerminan komprehensif dari kontribusi gabungan sifat masing-masing komponen dan interaksi antar komponen. Oleh karena itu, sifat fisik dan kimia masing-masing komponen itu sendiri mempunyai peranan yang menentukan dalam sistem senyawa. Tingkat kompatibilitas antara polimer yang berbeda sangat bervariasi, ada yang sangat kompatibel, dan ada pula yang hampir tidak kompatibel sama sekali.
1.4.3.2 Perbandingan sistem majemuk
Viskoelastisitas dan sifat mekanik sistem senyawa polimer akan berubah secara signifikan seiring dengan perubahan rasio senyawa. Hal ini karena perbandingan senyawa menentukan kontribusi masing-masing komponen terhadap sistem senyawa, dan juga mempengaruhi setiap komponen. interaksi dan distribusi fase. Xie Yajie dkk. mempelajari kitosan/hidroksipropil selulosa dan menemukan bahwa viskositas senyawa meningkat secara signifikan dengan peningkatan kandungan hidroksipropil selulosa [318]. Zhang Yayuan dkk. mempelajari kompleks gom xanthan dan pati jagung dan menemukan bahwa ketika rasio gom xanthan adalah 10%, koefisien konsistensi, tegangan luluh dan indeks fluida dari sistem kompleks meningkat secara signifikan. Jelas sekali [319].
1.4.3.3 Laju geser
Kebanyakan cairan polimer adalah cairan pseudoplastik, yang tidak sesuai dengan hukum aliran Newton. Ciri utamanya adalah bahwa viskositas pada dasarnya tidak berubah pada kondisi geser rendah, dan viskositas menurun tajam dengan meningkatnya laju geser [308, 320]. Kurva aliran cairan polimer secara kasar dapat dibagi menjadi tiga wilayah: wilayah Newtonian geser rendah, wilayah penipisan geser, dan wilayah stabilitas geser tinggi. Ketika laju geser cenderung nol, tegangan dan regangan menjadi linier, dan perilaku aliran zat cair serupa dengan perilaku aliran fluida Newton. Pada saat ini viskositas cenderung ke nilai tertentu yang disebut viskositas geser nol η0. η0 mencerminkan waktu relaksasi maksimum bahan dan merupakan parameter penting bahan polimer, yang berhubungan dengan berat molekul rata-rata polimer dan energi aktivasi aliran kental. Di zona penipisan geser, viskositas secara bertahap menurun seiring dengan peningkatan laju geser, dan fenomena “penipisan geser” terjadi. Zona ini merupakan zona aliran khas dalam pengolahan bahan polimer. Pada daerah kestabilan geser tinggi, seiring dengan meningkatnya laju geser, viskositas cenderung ke konstanta lain, yaitu viskositas geser tak terhingga η∞, tetapi daerah ini biasanya sulit dicapai.
1.4.3.4 Suhu
Suhu secara langsung mempengaruhi intensitas gerakan termal acak molekul, yang secara signifikan dapat mempengaruhi interaksi antarmolekul seperti difusi, orientasi rantai molekul, dan belitan. Secara umum, selama aliran bahan polimer, pergerakan rantai molekul dilakukan dalam segmen-segmen; dengan meningkatnya suhu, volume bebas meningkat, dan hambatan aliran segmen menurun, sehingga viskositas menurun. Namun, untuk beberapa polimer, seiring dengan peningkatan suhu, terjadi asosiasi hidrofobik antar rantai, sehingga viskositasnya malah meningkat.
Berbagai polimer memiliki tingkat sensitivitas yang berbeda terhadap suhu, dan polimer tinggi yang sama memiliki efek berbeda terhadap kinerja mekanismenya dalam rentang suhu yang berbeda.
1.5 Signifikansi penelitian, tujuan penelitian dan isi penelitian topik ini
1.5.1 Signifikansi penelitian
Meskipun HPMC adalah bahan yang aman dan dapat dimakan yang banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan, HPMC memiliki sifat pembentuk lapisan, pendispersi, pengental, dan penstabil yang baik. Film HPMC juga memiliki transparansi, sifat penghalang minyak, dan sifat mekanik yang baik. Namun, harganya yang mahal (sekitar 100.000/ton) membatasi penerapannya secara luas, bahkan dalam aplikasi farmasi bernilai tinggi seperti kapsul. Selain itu, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang berada dalam keadaan larutan dengan viskositas rendah pada suhu rendah, dan dapat membentuk gel seperti padat kental pada suhu tinggi, sehingga proses pemrosesan seperti pelapisan, penyemprotan, dan pencelupan harus dilakukan. keluar pada suhu tinggi, sehingga konsumsi energi produksi tinggi dan biaya produksi tinggi. Sifat seperti viskositas yang lebih rendah dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah mengurangi kemampuan proses HPMC dalam banyak aplikasi.
Sebaliknya, HPS merupakan bahan pangan yang murah (sekitar 20.000/ton) yang juga banyak digunakan dalam bidang pangan dan obat-obatan. Alasan mengapa HPMC begitu mahal adalah karena bahan baku selulosa yang digunakan untuk membuat HPMC lebih mahal dibandingkan dengan bahan baku pati yang digunakan untuk membuat HPS. Selain itu, HPMC dicangkokkan dengan dua substituen, hidroksipropil dan metoksi. Akibatnya proses persiapannya sangat rumit sehingga harga HPMC jauh lebih mahal dibandingkan HPS. Proyek ini diharapkan dapat menggantikan beberapa HPMC yang mahal dengan HPS yang berharga murah, dan menurunkan harga produk atas dasar mempertahankan fungsi serupa.
Selain itu, HPS merupakan gel dingin, yang berada dalam keadaan gel viskoelastik pada suhu rendah dan membentuk larutan mengalir pada suhu tinggi. Oleh karena itu, penambahan HPS ke HPMC dapat menurunkan suhu gel HPMC dan meningkatkan viskositasnya pada suhu rendah. dan kekuatan gel, meningkatkan kemampuan prosesnya pada suhu rendah. Selain itu, Edible Film HPS mempunyai sifat penghalang oksigen yang baik, sehingga penambahan HPS ke dalam HPMC dapat meningkatkan sifat penghalang Oksigen pada Edible Film.
Singkatnya, kombinasi HPMC dan HPS: Pertama, memiliki signifikansi teoretis yang penting. HPMC adalah gel panas, dan HPS adalah gel dingin. Dengan menggabungkan keduanya, secara teoritis terdapat titik transisi antara gel panas dan dingin. Pembentukan sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS serta penelitian mekanismenya dapat memberikan cara baru untuk penelitian sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas semacam ini, menetapkan panduan teoretis. Kedua, dapat menekan biaya produksi dan meningkatkan keuntungan produk. Melalui kombinasi HPS dan HPMC, biaya produksi dapat dikurangi dalam hal bahan baku dan konsumsi energi produksi, serta keuntungan produk dapat ditingkatkan secara signifikan. Ketiga, dapat meningkatkan kinerja pemrosesan dan memperluas aplikasi. Penambahan HPS dapat meningkatkan konsentrasi dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah, serta meningkatkan kinerja pengolahannya pada suhu rendah. Selain itu, kinerja produk dapat ditingkatkan. Dengan menambahkan HPS untuk menyiapkan film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan, sifat penghalang oksigen dari film yang dapat dimakan dapat ditingkatkan.
Kesesuaian sistem senyawa polimer dapat secara langsung menentukan morfologi mikroskopis dan sifat komprehensif senyawa, terutama sifat mekanik. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari kompatibilitas sistem senyawa HPMC/HPS. Baik HPMC dan HPS adalah polisakarida hidrofilik dengan unit struktural yang sama-glukosa dan dimodifikasi oleh gugus fungsi hidroksipropil yang sama, yang sangat meningkatkan kompatibilitas sistem senyawa HPMC/HPS. Namun, HPMC adalah gel dingin dan HPS adalah gel panas, dan perilaku gel terbalik dari keduanya mengarah pada fenomena pemisahan fasa dari sistem senyawa HPMC/HPS. Singkatnya, morfologi fasa dan transisi fasa sistem komposit gel dingin-panas HPMC/HPS cukup kompleks, sehingga kompatibilitas dan pemisahan fasa sistem ini akan sangat menarik.
Struktur morfologi dan perilaku reologi sistem kompleks polimer saling terkait. Di satu sisi, perilaku reologi selama pemrosesan akan berdampak besar pada struktur morfologi sistem; di sisi lain, perilaku reologi sistem dapat secara akurat mencerminkan perubahan struktur morfologi sistem. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari sifat reologi sistem senyawa HPMC/HPS untuk memandu produksi, pemrosesan, dan pengendalian kualitas.
Sifat makroskopis seperti struktur morfologi, kompatibilitas dan reologi sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS bersifat dinamis, dan dipengaruhi oleh serangkaian faktor seperti konsentrasi larutan, rasio peracikan, laju geser dan suhu. Hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis sistem komposit dapat diatur dengan mengontrol struktur morfologi dan kesesuaian sistem komposit.
1.5.2 Tujuan penelitian
Sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS dibangun, sifat reologinya dipelajari, dan pengaruh struktur fisik dan kimia komponen, rasio peracikan dan kondisi pemrosesan terhadap sifat reologi sistem dieksplorasi. Film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan sifat makroskopis seperti sifat mekanik, permeabilitas udara dan sifat optik film dipelajari, dan faktor serta hukum yang mempengaruhi dieksplorasi. Pelajari secara sistematis transisi fase, kompatibilitas, dan pemisahan fase dari sistem kompleks gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS, jelajahi faktor dan mekanisme yang mempengaruhinya, dan jalin hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis. Struktur morfologi dan kompatibilitas sistem komposit digunakan untuk mengontrol sifat material komposit.
1.5.3 Isi penelitian
Untuk mencapai tujuan penelitian yang diharapkan, makalah ini akan melakukan penelitian sebagai berikut:
(1) Membangun sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS, dan menggunakan rheometer untuk mempelajari sifat reologi larutan senyawa, terutama pengaruh konsentrasi, rasio peracikan dan laju geser terhadap viskositas dan indeks aliran dari sistem senyawa. Pengaruh dan hukum sifat reologi seperti tiksotropi dan tiksotropi diselidiki, dan mekanisme pembentukan gel komposit dingin dan panas dieksplorasi terlebih dahulu.
(2) Film komposit yang dapat dimakan HPMC/HPS disiapkan, dan pemindaian mikroskop elektron digunakan untuk mempelajari pengaruh sifat inheren setiap komponen dan rasio komposisi terhadap morfologi mikroskopis film komposit; penguji sifat mekanik digunakan untuk mempelajari sifat bawaan masing-masing komponen, komposisi film komposit. Pengaruh rasio dan kelembaban relatif lingkungan terhadap sifat mekanik film komposit; penggunaan penguji laju transmisi oksigen dan spektrofotometer UV-Vis untuk mempelajari pengaruh sifat bawaan komponen dan rasio senyawa terhadap sifat transmisi oksigen dan cahaya film komposit Kompatibilitas dan pemisahan fasa dari pendingin HPMC/HPS sistem komposit gel invers panas dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron, analisis termogravimetri dan analisis termomekanis dinamis.
(3) Hubungan antara morfologi mikroskopis dan sifat mekanik sistem komposit gel terbalik dingin-panas HPMC/HPS telah ditetapkan. Film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan pengaruh konsentrasi senyawa dan rasio senyawa terhadap distribusi fasa dan transisi fasa sampel dipelajari dengan mikroskop optik dan metode pewarnaan yodium; Aturan pengaruh konsentrasi senyawa dan rasio senyawa terhadap sifat mekanik dan sifat transmisi cahaya sampel telah ditetapkan. Hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanik sistem komposit gel terbalik dingin-panas HPMC/HPS diselidiki.
(4) Pengaruh derajat substitusi HPS terhadap sifat reologi dan sifat gel sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas HPMC/HPS. Pengaruh derajat substitusi HPS, laju geser dan suhu terhadap viskositas dan sifat reologi lainnya dari sistem senyawa, serta titik transisi gel, ketergantungan frekuensi modulus dan sifat gel lainnya serta hukumnya dipelajari dengan menggunakan rheometer. Distribusi fase yang bergantung pada suhu dan transisi fase sampel dipelajari dengan pewarnaan yodium, dan mekanisme gelasi dari sistem kompleks gel fase terbalik dingin-panas HPMC/HPS dijelaskan.
(5) Pengaruh modifikasi struktur kimia HPS terhadap sifat makroskopis dan kompatibilitas sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas HPMC/HPS. Film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS pada struktur kristal dan struktur domain mikro dari film komposit dipelajari dengan teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron. Hukum pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS terhadap sifat mekanik membran komposit dipelajari oleh penguji sifat mekanik; hukum pengaruh derajat substitusi HPS terhadap permeabilitas oksigen membran komposit dipelajari dengan alat uji permeabilitas oksigen; HPS hidroksipropil Pengaruh derajat substitusi gugus terhadap stabilitas termal film komposit HPMC/HPS.
Bab 2 Kajian reologi sistem senyawa HPMC/HPS
Film yang dapat dimakan berbasis polimer alami dapat dibuat dengan metode basah yang relatif sederhana [321]. Pertama, polimer dilarutkan atau didispersikan dalam fase cair untuk membuat cairan pembentuk film yang dapat dimakan atau suspensi pembentuk film, dan kemudian dipekatkan dengan menghilangkan pelarut. Di sini, pengoperasian biasanya dilakukan dengan mengeringkan pada suhu yang sedikit lebih tinggi. Proses ini biasanya digunakan untuk memproduksi film yang dapat dimakan dalam kemasan, atau untuk melapisi produk secara langsung dengan larutan pembentuk film dengan cara mencelupkan, menyikat atau menyemprot. Desain pemrosesan film yang dapat dimakan memerlukan perolehan data reologi yang akurat dari cairan pembentuk film, yang sangat penting untuk pengendalian kualitas produk film dan pelapis kemasan yang dapat dimakan [322].
HPMC merupakan perekat termal yang membentuk gel pada suhu tinggi dan berbentuk larutan pada suhu rendah. Sifat gel termal ini membuat viskositasnya pada suhu rendah menjadi sangat rendah, sehingga tidak kondusif untuk proses produksi tertentu seperti pencelupan, penyikatan, dan pencelupan. operasi, menghasilkan kemampuan proses yang buruk pada suhu rendah. Sebaliknya, HPS merupakan gel dingin, berbentuk gel kental pada suhu rendah, dan suhu tinggi. Keadaan larutan dengan viskositas rendah. Oleh karena itu, melalui kombinasi keduanya, sifat reologi HPMC seperti viskositas pada suhu rendah dapat diseimbangkan sampai batas tertentu.
Bab ini berfokus pada pengaruh konsentrasi larutan, rasio peracikan dan suhu pada sifat reologi seperti viskositas geser nol, indeks aliran dan tiksotropi sistem senyawa gel invers dingin-panas HPMC/HPS. Aturan penjumlahan digunakan untuk membahas terlebih dahulu kompatibilitas sistem gabungan.
2.2 Metode eksperimen
2.2.1 Pembuatan larutan senyawa HPMC/HPS
Timbang terlebih dahulu serbuk kering HPMC dan HPS, lalu campurkan menurut konsentrasi 15% (b/b) dan perbandingan berbeda yaitu 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10; kemudian tambahkan 70 °C Dalam air C, aduk cepat selama 30 menit dengan kecepatan 120 rpm/menit untuk membubarkan HPMC sepenuhnya; kemudian panaskan larutan hingga di atas 95 °C, aduk cepat selama 1 jam dengan kecepatan yang sama hingga HPS menjadi gelatin sepenuhnya; gelatinisasi selesai Setelah itu, suhu larutan diturunkan dengan cepat hingga 70 °C, dan HPMC larut sepenuhnya dengan pengadukan pada kecepatan lambat 80 rpm/menit selama 40 menit. (Semua bahan dalam artikel ini adalah: massa dasar kering sampel/massa larutan total).
2.2.2 Sifat reologi sistem senyawa HPMC/HPS
2.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Rheometer rotasi dilengkapi dengan sepasang klem paralel atas dan bawah, dan aliran geser sederhana dapat diwujudkan melalui gerakan relatif antar klem. Rheometer dapat diuji dalam mode langkah, mode aliran, dan mode osilasi: dalam mode langkah, Rheometer dapat menerapkan tegangan transien ke sampel, yang terutama digunakan untuk menguji respons karakteristik transien dan waktu kondisi tunak sampel. Evaluasi dan respon viskoelastik seperti relaksasi stres, creep dan pemulihan; dalam mode aliran, rheometer dapat memberikan tekanan linier pada sampel, yang terutama digunakan untuk menguji ketergantungan viskositas sampel pada laju geser dan ketergantungan viskositas pada suhu dan tiksotropi; dalam mode osilasi, rheometer dapat menghasilkan tegangan osilasi bolak-balik sinusoidal, yang terutama digunakan untuk penentuan daerah viskoelastik linier, evaluasi stabilitas termal, dan suhu gelasi sampel.
2.2.2.2 Metode pengujian mode aliran
Perlengkapan pelat paralel dengan diameter 40 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 0,5 mm.
1. Viskositas berubah seiring waktu. Suhu pengujian adalah 25 °C, laju geser 800 s-1, dan waktu pengujian 2500 detik.
2. Viskositas bervariasi menurut laju geser. Suhu pengujian 25 °C, laju pra-geser 800 s-1, waktu pra-geser 1000 detik; laju geser 10²-10³s.
Tegangan geser (τ ) dan laju geser (γ) mengikuti hukum pangkat Ostwald-de Waele:
̇τ=K.γ n (2-1)
dimana τ adalah tegangan geser, Pa;
γ adalah laju geser, s-1;
n adalah indeks likuiditas;
K adalah koefisien viskositas, Pa·sn.
Hubungan antara viskositas (ŋ) larutan polimer dan laju geser (γ) dapat disesuaikan dengan modulus carren:
Diantaranya,ŋ0viskositas geser, Pa s;
ŋ∞adalah viskositas geser tak terhingga, Pa s;
λadalah waktu relaksasi, s;
n adalah indeks penipisan geser；
3. Metode uji tiksotropi tiga tahap. Suhu pengujian adalah 25 °C, a. Tahap stasioner, laju geser 1 s-1, dan waktu pengujian 50 detik; B. Tahap geser, laju geser 1000 s-1, dan waktu pengujian 20 detik; C. Proses pemulihan struktur, laju geser 1 s-1, dan waktu pengujian 250 detik.
Dalam proses pemulihan struktur, derajat pemulihan struktur setelah waktu pemulihan yang berbeda dinyatakan dengan laju pemulihan viskositas:
DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%
Diantaranya,ŋt adalah viskositas pada waktu pemulihan struktur ts, Pa s;
hŋadalah viskositas pada akhir tahap pertama, Pa s.
2.3 Hasil dan Pembahasan
2.3.1 Pengaruh waktu geser terhadap sifat reologi sistem senyawa
Pada laju geser yang konstan, viskositas semu mungkin menunjukkan tren yang berbeda seiring bertambahnya waktu geser. Gambar 2-1 menunjukkan kurva tipikal viskositas versus waktu dalam sistem senyawa HPMC/HPS. Terlihat dari gambar bahwa dengan bertambahnya waktu geser, viskositas semu terus menurun. Ketika waktu geser mencapai sekitar 500 detik, viskositas mencapai keadaan stabil, yang menunjukkan bahwa viskositas sistem senyawa pada geser kecepatan tinggi mempunyai nilai tertentu. Ketergantungan waktu, yaitu tiksotropi, ditunjukkan dalam rentang waktu tertentu.
Oleh karena itu, ketika mempelajari hukum variasi viskositas sistem senyawa dengan laju geser, sebelum uji geser keadaan tunak yang sebenarnya, diperlukan periode pra-geser kecepatan tinggi tertentu untuk menghilangkan pengaruh tiksotropi pada sistem senyawa. . Dengan demikian, diperoleh hukum variasi viskositas dengan laju geser sebagai faktor tunggal. Dalam percobaan ini, viskositas semua sampel mencapai keadaan tunak sebelum 1000 detik pada laju geser tinggi 800 1/s terhadap waktu, yang tidak diplot di sini. Oleh karena itu, dalam desain eksperimen masa depan, pra-penggeseran selama 1000 detik pada laju geser tinggi 800 1/s diadopsi untuk menghilangkan efek tiksotropi pada semua sampel.
2.3.2 Pengaruh konsentrasi terhadap sifat reologi sistem senyawa
Umumnya viskositas larutan polimer meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi larutan. Gambar 2-2 menunjukkan pengaruh konsentrasi terhadap ketergantungan laju geser viskositas formulasi HPMC/HPS. Dari gambar tersebut terlihat bahwa pada laju geser yang sama, viskositas sistem senyawa meningkat secara bertahap seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan. Viskositas larutan senyawa HPMC/HPS dengan konsentrasi berbeda menurun secara bertahap seiring dengan meningkatnya laju geser, menunjukkan fenomena penipisan geser yang jelas, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa dengan konsentrasi berbeda termasuk dalam cairan pseudoplastik. Namun ketergantungan laju geser viskositas menunjukkan tren yang berbeda dengan perubahan konsentrasi larutan. Ketika konsentrasi larutan rendah, fenomena penipisan geser larutan komposit menjadi kecil; dengan meningkatnya konsentrasi larutan, fenomena penipisan geser larutan komposit menjadi lebih jelas.
2.3.2.1 Pengaruh konsentrasi terhadap viskositas geser nol sistem senyawa
Kurva laju geser viskositas sistem senyawa pada konsentrasi berbeda disesuaikan dengan model Carren, dan viskositas geser nol larutan senyawa diekstrapolasi (0,9960 < R₂< 0,9997). Pengaruh konsentrasi terhadap viskositas larutan senyawa dapat dipelajari lebih lanjut dengan mempelajari hubungan antara viskositas geser nol dan konsentrasi. Dari Gambar 2-3 terlihat bahwa hubungan antara viskositas geser nol dan konsentrasi larutan senyawa mengikuti hukum pangkat:
dimana k dan m adalah konstanta.
Pada koordinat logaritma ganda, bergantung pada besarnya kemiringan m, terlihat bahwa ketergantungan pada konsentrasi menghadirkan dua tren yang berbeda. Menurut teori Dio-Edwards, pada konsentrasi rendah, kemiringannya lebih tinggi (m = 11.9, R2 = 0.9942), yang termasuk dalam larutan encer; sedangkan pada konsentrasi tinggi, kemiringannya relatif rendah (m = 2.8, R2 = 0.9822), termasuk dalam larutan sub-konsentrat. Oleh karena itu, konsentrasi kritis C* dari sistem senyawa dapat ditentukan menjadi 8% melalui persimpangan kedua daerah ini. Berdasarkan hubungan umum antara berbagai keadaan dan konsentrasi polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem senyawa HPMC/HPS dalam larutan suhu rendah diusulkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-3.
HPS adalah gel dingin, berbentuk gel pada suhu rendah, dan berbentuk larutan pada suhu tinggi. Pada suhu pengujian (25 °C), HPS berbentuk gel, seperti yang ditunjukkan pada area jaringan biru pada gambar; sebaliknya, HPMC adalah gel panas, Pada suhu pengujian, ia berada dalam keadaan larutan, seperti yang ditunjukkan pada molekul garis merah.
Dalam larutan encer C < C*, rantai molekul HPMC terutama ada sebagai struktur rantai independen, dan volume yang dikecualikan membuat rantai terpisah satu sama lain; terlebih lagi, fase gel HPS berinteraksi dengan beberapa molekul HPMC untuk membentuk keseluruhan. Bentuk dan rantai molekul independen HPMC ada secara terpisah satu sama lain, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2a.
Dengan meningkatnya konsentrasi, jarak antara rantai molekul independen dan daerah fase secara bertahap berkurang. Ketika konsentrasi kritis C* tercapai, molekul HPMC yang berinteraksi dengan fase gel HPS secara bertahap meningkat, dan rantai molekul HPMC independen mulai terhubung satu sama lain, membentuk fase HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC saling terkait. dan terhubung satu sama lain. Keadaan mikrogel ditunjukkan pada Gambar 2-2b.
Dengan semakin meningkatnya konsentrasi, C > C*, jarak antara fase gel HPS semakin berkurang, dan rantai polimer HPMC yang terjerat serta wilayah fase HPS menjadi lebih kompleks dan interaksi menjadi lebih intens, sehingga larutan menunjukkan perilaku mirip dengan lelehan polimer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2c.
2.3.2.2 Pengaruh konsentrasi terhadap perilaku fluida sistem senyawa
Hukum pangkat Ostwald-de Waele (lihat rumus (2-1)) digunakan untuk menyesuaikan kurva tegangan geser dan laju geser (tidak diperlihatkan dalam teks) dari sistem senyawa dengan konsentrasi berbeda, serta indeks aliran n dan koefisien viskositas K dapat diperoleh. , hasil fittingnya seperti terlihat pada Tabel 2-1.
Tabel 2-1 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) larutan HPS/HPMC dengan berbagai konsentrasi pada suhu 25 °C
Eksponen aliran fluida Newton adalah n = 1, eksponen aliran fluida pseudoplastik adalah n < 1, dan semakin jauh n menyimpang dari 1 maka semakin kuat pseudoplastisitas fluida tersebut, dan eksponen aliran fluida dilatan adalah n > 1. Terlihat dari Tabel 2-1 bahwa nilai n larutan senyawa dengan konsentrasi berbeda semuanya kurang dari 1, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa tersebut semuanya merupakan fluida pseudoplastik. Pada konsentrasi rendah, nilai n larutan yang dilarutkan mendekati 0, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa dengan konsentrasi rendah dekat dengan fluida Newton, karena dalam larutan senyawa dengan konsentrasi rendah, rantai polimer berada secara independen satu sama lain. Dengan meningkatnya konsentrasi larutan, nilai n sistem senyawa secara bertahap menurun, yang menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi meningkatkan perilaku pseudoplastik larutan senyawa. Interaksi seperti belitan terjadi antara dan dengan fase HPS, dan perilaku alirannya mendekati perilaku lelehan polimer.
Pada konsentrasi rendah, koefisien viskositas K sistem senyawa menjadi kecil (C < 8%, K < 1 Pa·sn), dan dengan meningkatnya konsentrasi, nilai K sistem senyawa secara bertahap meningkat, menunjukkan bahwa viskositas sistem senyawa sistem senyawa menurun, yang konsisten dengan ketergantungan konsentrasi pada viskositas geser nol.
2.3.3 Pengaruh rasio peracikan terhadap sifat reologi sistem peracikan
Gambar 2-4 Viskositas vs. laju geser larutan HPMC/HPS dengan rasio campuran berbeda pada 25 °C
Tabel 2-2 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) larutan HPS/HPMC dengan berbagai rasio campuran pada 25°
Gambar 2-4 menunjukkan pengaruh rasio peracikan terhadap ketergantungan laju geser viskositas larutan peracikan HPMC/HPS. Terlihat dari gambar bahwa viskositas sistem senyawa dengan kandungan HPS rendah (HPS <20%) tidak berubah secara signifikan dengan meningkatnya laju geser, terutama karena pada sistem senyawa dengan kandungan HPS rendah, HPMC dalam keadaan larutan. pada suhu rendah adalah fase kontinu; Viskositas sistem senyawa dengan kandungan HPS tinggi berangsur-angsur menurun seiring dengan meningkatnya laju geser, menunjukkan fenomena penipisan geser yang jelas, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa tersebut merupakan fluida pseudoplastik. Pada laju geser yang sama, viskositas larutan senyawa meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan HPS, hal ini terutama karena HPS berada dalam keadaan gel yang lebih kental pada suhu rendah.
Menggunakan hukum pangkat Ostwald-de Waele (lihat rumus (2-1)) untuk menyesuaikan kurva tegangan geser-laju geser (tidak diperlihatkan dalam teks) dari sistem senyawa dengan rasio senyawa berbeda, eksponen aliran n dan koefisien viskositas K, hasil fitting ditunjukkan pada Tabel 2-2. Terlihat dari tabel 0.9869 < R2 < 0.9999 maka hasil fitting lebih baik. Indeks aliran n sistem senyawa menurun secara bertahap dengan meningkatnya kandungan HPS, sedangkan koefisien viskositas K menunjukkan tren yang meningkat secara bertahap dengan meningkatnya kandungan HPS, menunjukkan bahwa penambahan HPS membuat larutan senyawa semakin kental dan sulit mengalir. . Tren ini konsisten dengan hasil penelitian Zhang, namun untuk rasio peracikan yang sama, nilai n larutan gabungan lebih tinggi dari hasil Zhang [305], hal ini terutama karena pra-penggeseran dilakukan dalam percobaan ini untuk menghilangkan efek tiksotropi. dihilangkan; hasil Zhang adalah hasil gabungan aksi tiksotropi dan laju geser; pemisahan kedua metode ini akan dibahas secara rinci pada Bab 5.
2.3.3.1 Pengaruh rasio peracikan terhadap viskositas geser nol sistem peracikan
Hubungan antara sifat reologi sistem senyawa polimer homogen dan sifat reologi komponen dalam sistem sesuai dengan aturan penjumlahan logaritmik. Untuk sistem senyawa dua komponen, hubungan antara sistem senyawa dan masing-masing komponen dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Diantaranya, F adalah parameter properti reologi dari sistem kompleks;
F1, F2 berturut-turut adalah parameter reologi komponen 1 dan komponen 2;
∅1 dan ∅2 masing-masing adalah fraksi massa komponen 1 dan komponen 2, dan ∅1 ∅2 .
Oleh karena itu, viskositas geser nol dari sistem senyawa setelah peracikan dengan rasio peracikan yang berbeda dapat dihitung berdasarkan prinsip penjumlahan logaritmik untuk menghitung nilai prediksi yang sesuai. Nilai eksperimen larutan senyawa dengan perbandingan senyawa berbeda masih diekstrapolasi dengan menyesuaikan kurva laju geser viskositas. Nilai prediksi viskositas geser nol sistem kompon HPMC/HPS dengan perbandingan kompon berbeda dibandingkan dengan nilai eksperimen seperti terlihat pada Gambar 2-5.
Bagian garis putus-putus pada gambar adalah nilai prediksi viskositas geser nol larutan senyawa yang diperoleh dengan aturan penjumlahan logaritmik, dan grafik garis putus-putus adalah nilai eksperimen sistem senyawa dengan rasio peracikan berbeda. Dapat dilihat dari gambar bahwa nilai eksperimen larutan senyawa menunjukkan deviasi positif-negatif tertentu relatif terhadap aturan peracikan, yang menunjukkan bahwa sistem senyawa tidak dapat mencapai kompatibilitas termodinamika, dan sistem senyawa merupakan dispersi fasa kontinu pada suhu rendah Struktur “pulau laut” dari sistem dua fase; dan dengan penurunan rasio peracikan HPMC/HPS secara terus-menerus, fase kontinu sistem peracikan berubah setelah rasio peracikan menjadi 4:6. Bab ini membahas penelitian secara rinci.
Terlihat jelas dari gambar bahwa ketika rasio senyawa HPMC/HPS besar, sistem senyawa mempunyai deviasi negatif, hal ini mungkin karena HPS dengan viskositas tinggi didistribusikan dalam keadaan fase terdispersi dalam fase kontinu HPMC dengan viskositas lebih rendah. . Dengan bertambahnya kandungan HPS maka terjadi deviasi positif pada sistem senyawa yang menunjukkan bahwa terjadi transisi fasa kontinu pada sistem senyawa saat ini. HPS dengan viskositas tinggi menjadi fase kontinyu dari sistem senyawa, sedangkan HPMC terdispersi dalam fase kontinyu HPS dalam keadaan lebih seragam.
2.3.3.2 Pengaruh rasio peracikan terhadap perilaku fluida sistem peracikan
Gambar 2-6 menunjukkan indeks aliran n dari sistem gabungan sebagai fungsi dari konten HPS. Karena indeks aliran n dipasang dari koordinat log-logaritmik, n di sini adalah jumlah linier. Dapat dilihat dari gambar bahwa dengan meningkatnya kandungan HPS, indeks aliran n sistem senyawa secara bertahap menurun, menunjukkan bahwa HPS mengurangi sifat fluida Newton dari larutan senyawa dan meningkatkan perilaku fluida pseudoplastiknya. Bagian bawah adalah keadaan gel dengan viskositas lebih tinggi. Terlihat juga dari gambar bahwa hubungan indeks aliran sistem senyawa dengan kandungan HPS berada pada hubungan linier (R2 sebesar 0,98062), hal ini menunjukkan bahwa sistem senyawa mempunyai kesesuaian yang baik.
2.3.3.3 Pengaruh rasio peracikan terhadap koefisien viskositas sistem peracikan
Gambar 2-7 menunjukkan koefisien viskositas K dari larutan gabungan sebagai fungsi dari kandungan HPS. Terlihat dari gambar bahwa nilai K HPMC murni sangat kecil, sedangkan nilai K HPS murni paling besar, hal ini berkaitan dengan sifat gel HPMC dan HPS yang masing-masing berada dalam keadaan larutan dan gel pada suhu yang sama. suhu rendah. Bila kandungan komponen dengan viskositas rendah tinggi, yaitu bila kandungan HPS rendah, koefisien viskositas larutan senyawa mendekati koefisien viskositas komponen HPMC rendah; sedangkan ketika kandungan komponen dengan viskositas tinggi tinggi, nilai K larutan senyawa meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPS yang signifikan, yang menunjukkan bahwa HPS meningkatkan viskositas HPMC pada suhu rendah. Hal ini terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu terhadap viskositas sistem senyawa. Dalam kasus berbeda dimana komponen dengan viskositas rendah adalah fase kontinyu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fase kontinyu, kontribusi viskositas fase kontinyu terhadap viskositas sistem senyawa jelas berbeda. Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu; dan bila HPS dengan viskositas tinggi merupakan fasa kontinyu, maka HPMC sebagai fasa terdispersi akan menurunkan viskositas HPS dengan viskositas tinggi. memengaruhi.
2.3.4 Tiksotropi
Thixotropy dapat digunakan untuk mengevaluasi stabilitas suatu zat atau beberapa sistem, karena thixotropy dapat memperoleh informasi mengenai struktur internal dan tingkat kerusakan akibat gaya geser [323-325]. Thixotropy dapat dikorelasikan dengan efek temporal dan riwayat geser yang menyebabkan perubahan mikrostruktur [324, 326]. Metode tiksotropik tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh rasio peracikan yang berbeda terhadap sifat tiksotropik sistem peracikan. Seperti dapat dilihat dari Gambar 2-5, semua sampel menunjukkan derajat tiksotropi yang berbeda. Pada laju geser yang rendah, viskositas larutan senyawa meningkat secara signifikan seiring dengan peningkatan kandungan HPS, yang konsisten dengan perubahan viskositas geser nol dengan kandungan HPS.
Tingkat pemulihan struktural DSR sampel komposit pada waktu pemulihan yang berbeda dihitung dengan rumus (2-3), seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2-1. Jika DSR < 1, sampel mempunyai ketahanan geser yang rendah, dan sampel bersifat tiksotropik; sebaliknya jika DSR > 1 maka sampel mempunyai antitiksotropi. Dari tabel terlihat bahwa nilai DSR HPMC murni sangat tinggi, hampir 1, hal ini karena molekul HPMC merupakan rantai yang kaku, waktu relaksasinya singkat, dan struktur pulih dengan cepat pada gaya geser yang tinggi. Nilai DSR HPS relatif rendah, yang menegaskan sifat tiksotropiknya yang kuat, terutama karena HPS merupakan rantai yang fleksibel dan waktu relaksasinya yang lama. Struktur tersebut tidak sepenuhnya pulih dalam jangka waktu pengujian.
Untuk larutan senyawa, dalam waktu pemulihan yang sama, bila kandungan HPMC lebih besar dari 70%, DSR menurun dengan cepat seiring dengan meningkatnya kandungan HPS, karena rantai molekul HPS merupakan rantai fleksibel, dan jumlah rantai molekul kaku dalam sistem senyawa meningkat dengan penambahan HPS. Jika dikurangi, waktu relaksasi keseluruhan segmen molekul sistem senyawa akan diperpanjang, dan tiksotropi sistem senyawa tidak dapat dipulihkan dengan cepat di bawah aksi geser tinggi. Ketika kandungan HPMC kurang dari 70%, DSR meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPS, yang menunjukkan bahwa terdapat interaksi antara rantai molekul HPS dan HPMC dalam sistem senyawa, yang meningkatkan kekakuan molekul secara keseluruhan. segmen dalam sistem majemuk dan memperpendek waktu relaksasi sistem majemuk berkurang, dan tiksotropi berkurang.
Selain itu, nilai DSR sistem gabungan secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan HPMC murni, yang menunjukkan bahwa tiksotropi HPMC ditingkatkan secara signifikan dengan peracikan. Nilai DSR sebagian besar sampel dalam sistem senyawa lebih besar dibandingkan dengan HPS murni, yang menunjukkan bahwa stabilitas HPS ditingkatkan sampai batas tertentu.
Terlihat juga dari tabel bahwa pada waktu pemulihan yang berbeda, nilai DSR semuanya menunjukkan titik terendah ketika kandungan HPMC 70%, dan ketika kandungan pati lebih besar dari 60%, nilai DSR kompleks lebih tinggi dari yaitu HPS murni. Nilai DSR dalam waktu 10 detik dari semua sampel sangat mendekati nilai DSR akhir, yang menunjukkan bahwa struktur sistem komposit pada dasarnya menyelesaikan sebagian besar tugas pemulihan struktur dalam waktu 10 detik. Perlu dicatat bahwa sampel komposit dengan kandungan HPS tinggi menunjukkan tren peningkatan pada awalnya dan kemudian menurun seiring dengan bertambahnya waktu pemulihan, yang menunjukkan bahwa sampel komposit juga menunjukkan tingkat tiksotropi tertentu di bawah aksi geser rendah, dan strukturnya lebih tidak stabil.
Analisis kualitatif tiksotropi tiga tahap konsisten dengan hasil uji cincin tiksotropik yang dilaporkan, namun hasil analisis kuantitatif tidak konsisten dengan hasil uji cincin tiksotropik. Tiksotropi sistem senyawa HPMC/HPS diukur dengan metode cincin tiksotropik dengan peningkatan kandungan HPS [305]. Degenerasi mula-mula menurun dan kemudian meningkat. Uji cincin tiksotropik hanya dapat berspekulasi adanya fenomena tiksotropik, namun tidak dapat memastikannya, karena cincin tiksotropik merupakan hasil kerja waktu geser dan laju geser secara simultan [325-327].
2.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, gel termal HPMC dan gel dingin HPS digunakan sebagai bahan baku utama untuk membangun sistem komposit dua fase gel dingin dan panas. Pengaruh sifat reologi seperti viskositas, pola aliran dan tiksotropi. Menurut hubungan umum antara berbagai keadaan dan konsentrasi polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem senyawa HPMC/HPS dalam larutan suhu rendah diusulkan. Menurut prinsip penjumlahan logaritmik dari sifat-sifat berbagai komponen dalam sistem senyawa, kompatibilitas sistem senyawa dipelajari. Temuan utamanya adalah sebagai berikut:
- Sampel majemuk dengan konsentrasi berbeda semuanya menunjukkan tingkat penipisan geser tertentu, dan tingkat penipisan geser meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi.
- Dengan meningkatnya konsentrasi, indeks aliran sistem senyawa menurun, dan viskositas geser nol serta koefisien viskositas meningkat, yang menunjukkan bahwa perilaku sistem senyawa seperti padatan meningkat.
- Terdapat konsentrasi kritis (8%) dalam sistem senyawa HPMC/HPS, di bawah konsentrasi kritis, rantai molekul HPMC dan daerah fase gel HPS dalam larutan senyawa terpisah satu sama lain dan berdiri sendiri; ketika konsentrasi kritis tercapai, dalam larutan senyawa Keadaan mikrogel terbentuk dengan fase HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC terjalin dan terhubung satu sama lain; di atas konsentrasi kritis, rantai makromolekul HPMC yang padat dan keterjalinannya dengan wilayah fase HPS lebih kompleks, dan interaksinya lebih kompleks. lebih intens, sehingga larutan berperilaku seperti lelehan polimer.
- Rasio peracikan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat reologi larutan majemuk HPMC/HPS. Dengan meningkatnya kandungan HPS, fenomena penipisan geser pada sistem senyawa menjadi lebih jelas, indeks aliran secara bertahap menurun, dan viskositas geser nol serta koefisien viskositas secara bertahap meningkat. meningkat, menunjukkan bahwa perilaku kompleks seperti padat meningkat secara signifikan.
- Viskositas geser nol dari sistem senyawa menunjukkan deviasi positif-negatif tertentu relatif terhadap aturan penjumlahan logaritmik. Sistem senyawa adalah sistem dua fase dengan struktur “pulau laut” fase terdispersi fase kontinu pada suhu rendah, dan, Karena rasio peracikan HPMC/HPS menurun setelah 4:6, fase kontinu dari sistem peracikan berubah.
- Terdapat hubungan linier antara indeks aliran dan rasio peracikan larutan yang diperparah dengan perbandingan peracikan yang berbeda, yang menunjukkan bahwa sistem peracikan memiliki kompatibilitas yang baik.
- Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, ketika komponen dengan viskositas rendah adalah fase kontinu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fase kontinu, kontribusi viskositas fase kontinu terhadap viskositas sistem senyawa berbeda secara signifikan. Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu; sedangkan bila HPS dengan viskositas tinggi merupakan fasa kontinyu, maka HPMC sebagai fasa pendispersi akan menurunkan viskositas HPS dengan viskositas tinggi. memengaruhi.
- Tiksotropi tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh rasio peracikan pada tiksotropi sistem gabungan. Tiksotropi sistem gabungan menunjukkan tren mula-mula menurun dan kemudian meningkat seiring dengan menurunnya rasio gabungan HPMC/HPS.
- Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa melalui penggabungan HPMC dan HPS, sifat reologi kedua komponen seperti viskositas, fenomena penipisan geser dan tiksotropi telah seimbang sampai batas tertentu.
Bab 3 Persiapan dan Sifat Film Komposit yang Dapat Dimakan HPMC/HPS
Peracikan polimer adalah cara paling efektif untuk mencapai kinerja multi-komponen yang saling melengkapi, mengembangkan material baru dengan kinerja luar biasa, menurunkan harga produk, dan memperluas jangkauan aplikasi material [240-242, 328]. Kemudian, karena perbedaan struktur molekul tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeda, sebagian besar sistem peracikan polimer tidak kompatibel atau kompatibel sebagian [11, 12]. Sifat mekanik dan sifat makroskopis lainnya dari sistem senyawa polimer berkaitan erat dengan sifat fisikokimia setiap komponen, rasio peracikan setiap komponen, kompatibilitas antar komponen, dan struktur mikroskopis internal serta faktor lainnya [240, 329].
Dari sudut pandang struktur kimia, baik HPMC maupun HPS merupakan dadlan hidrofilik, memiliki unit struktural yang sama – glukosa, dan dimodifikasi oleh gugus fungsi yang sama – gugus hidroksipropil, sehingga HPMC dan HPS harus memiliki fase yang baik. Kapasitansi. Namun, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang berada dalam keadaan larutan dengan viskositas sangat rendah pada suhu rendah, dan membentuk koloid pada suhu tinggi; HPS adalah gel yang diinduksi dingin, yaitu gel bersuhu rendah dan berada dalam keadaan larutan pada suhu tinggi; kondisi gel dan perilakunya sangat berlawanan. Penggabungan HPMC dan HPS tidak kondusif bagi terbentuknya sistem homogen dengan kompatibilitas yang baik. Dengan mempertimbangkan struktur kimia dan termodinamika, maka sangat penting secara teoritis dan nilai praktis untuk menggabungkan HPMC dengan HPS untuk membentuk sistem senyawa gel dingin-panas.
Bab ini berfokus pada studi tentang sifat-sifat yang melekat pada komponen-komponen dalam sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS, rasio peracikan dan kelembaban relatif lingkungan pada morfologi mikroskopis, kompatibilitas dan pemisahan fasa, sifat mekanik, sifat optik. , dan sifat penurunan termal dari sistem senyawa. Dan pengaruh sifat makroskopis seperti sifat penghalang oksigen.
3.1 Bahan dan Peralatan
3.1.1 Bahan percobaan utama
3.1.2 Instrumen dan perlengkapan utama
3.2 Metode eksperimen
3.2.1 Persiapan film komposit yang dapat dimakan HPMC/HPS
Serbuk kering HPMC dan HPS 15% (b/b) dicampur dengan 3% (b/b) Pemlastis polietilen glikol diracik dalam air deionisasi untuk memperoleh cairan pembentuk film majemuk, dan film komposit HPMC/ yang dapat dimakan. HPS dibuat dengan metode pengecoran.
Cara pembuatan: pertama-tama timbang bubuk kering HPMC dan HPS, lalu campurkan sesuai perbandingan yang berbeda; kemudian tambahkan ke dalam air bersuhu 70 °C, dan aduk cepat pada kecepatan 120 rpm/menit selama 30 menit untuk membubarkan HPMC sepenuhnya; kemudian panaskan larutan hingga Di atas 95 °C, aduk cepat dengan kecepatan yang sama selama 1 jam hingga HPS menjadi gelatin sepenuhnya; setelah gelatinisasi selesai, suhu larutan diturunkan dengan cepat hingga 70 °C, dan larutan diaduk dengan kecepatan lambat 80 rpm/menit selama 40 menit. Larut sepenuhnya HPMC. Tuang 20 g larutan campuran pembentuk film ke dalam cawan petri polistiren berdiameter 15 cm, tuang rata, dan keringkan pada suhu 37 °C. Film kering dikupas dari cakram untuk mendapatkan membran komposit yang dapat dimakan.
Semua film yang dapat dimakan diseimbangkan pada kelembapan 57% selama lebih dari 3 hari sebelum pengujian, dan bagian film yang dapat dimakan yang digunakan untuk pengujian sifat mekanik diseimbangkan pada kelembapan 75% selama lebih dari 3 hari.
3.2.2 Mikromorfologi film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.2.1 Prinsip analisis pemindaian mikroskop elektron
Pistol elektron di bagian atas Scanning Electron Microscopy (SEM) dapat memancarkan elektron dalam jumlah besar. Setelah direduksi dan difokuskan, maka dapat terbentuk berkas elektron dengan energi dan intensitas tertentu. Didorong oleh medan magnet kumparan pemindai, menurut urutan waktu dan ruang tertentu Pindai permukaan sampel titik demi titik. Karena perbedaan karakteristik luas mikro permukaan, interaksi antara sampel dan berkas elektron akan menghasilkan sinyal elektron sekunder dengan intensitas berbeda, yang dikumpulkan oleh detektor dan diubah menjadi sinyal listrik, yang diperkuat oleh video. dan masukan ke Grid tabung gambar, setelah mengatur kecerahan tabung gambar, dapat diperoleh gambar elektron sekunder yang dapat mencerminkan morfologi dan karakteristik wilayah mikro pada permukaan sampel. Dibandingkan dengan mikroskop optik tradisional, resolusi SEM relatif tinggi, sekitar 3nm-6nm pada lapisan permukaan sampel, yang lebih cocok untuk mengamati fitur struktur mikro pada permukaan material.
3.2.2.2 Metode pengujian
Film yang dapat dimakan ditempatkan dalam desikator untuk dikeringkan, dan film yang dapat dimakan dengan ukuran yang sesuai dipilih, ditempelkan pada tahap sampel khusus SEM dengan perekat konduktif, dan kemudian dilapisi emas dengan pelapis vakum. Selama pengujian, sampel dimasukkan ke dalam SEM, dan morfologi mikroskopis sampel diamati dan difoto dengan pembesaran 300 kali dan 1000 kali di bawah tegangan percepatan berkas elektron 5 kV.
3.2.3 Transmisi cahaya film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.3.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-Vis
Spektrofotometer UV-Vis dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 200~800nm dan menyinari objek. Beberapa panjang gelombang cahaya tertentu dalam cahaya datang diserap oleh material, dan terjadi transisi tingkat energi getaran molekul dan transisi tingkat energi elektronik. Karena setiap zat mempunyai struktur molekul, atom, dan tata ruang molekul yang berbeda, maka setiap zat mempunyai spektrum serapan yang spesifik, dan kandungan zat tersebut dapat ditentukan atau ditentukan menurut tingkat serapan pada panjang gelombang tertentu pada spektrum serapan. Oleh karena itu, analisis spektrofotometri UV-Vis merupakan salah satu cara yang efektif untuk mempelajari komposisi, struktur dan interaksi suatu zat.
Ketika seberkas cahaya mengenai suatu benda, sebagian cahaya datang diserap oleh benda tersebut, dan sebagian lagi cahaya datang disalurkan melalui benda; rasio intensitas cahaya yang ditransmisikan dengan intensitas cahaya datang disebut transmitansi.
Rumus hubungan antara serapan dan transmitansi adalah:
Diantaranya, A adalah serapan;
T adalah transmisi,%.
Absorbansi akhir dikoreksi secara seragam dengan absorbansi × 0,25 mm/ketebalan.
3.2.3.2 Metode pengujian
Siapkan larutan HPMC dan HPS 5%, campur sesuai perbandingan berbeda, tuangkan 10 g larutan pembentuk film ke dalam cawan petri polistiren berdiameter 15 cm, dan keringkan pada suhu 37 °C hingga membentuk film. Potong film yang dapat dimakan menjadi strip persegi panjang berukuran 1mm×3mm, masukkan ke dalam kuvet, dan letakkan film yang dapat dimakan dekat dengan dinding bagian dalam kuvet. Spektrofotometer UV-vis WFZ UV-3802 digunakan untuk memindai sampel pada panjang gelombang penuh 200-800 nm, dan setiap sampel diuji sebanyak 5 kali.
3.2.4 Sifat termomekanis dinamis film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.4.1 Prinsip analisis termomekanis dinamis
Analisis Termomekanis Dinamis (DMA) adalah instrumen yang dapat mengukur hubungan antara massa dan suhu sampel di bawah beban kejut tertentu dan suhu terprogram, serta dapat menguji sifat mekanik sampel di bawah pengaruh tegangan dan waktu bolak-balik berkala, suhu dan suhu. hubungan frekuensi.
Polimer dengan molekul tinggi memiliki sifat viskoelastik, yang dapat menyimpan energi mekanik seperti elastomer di satu sisi, dan mengkonsumsi energi seperti lendir di sisi lain. Ketika gaya bolak-balik periodik diterapkan, bagian elastis mengubah energi menjadi energi potensial dan menyimpannya; sedangkan bagian kental mengubah energi menjadi energi panas dan menghilangkannya. Bahan polimer umumnya menunjukkan dua keadaan yaitu keadaan kaca bersuhu rendah dan keadaan karet bersuhu tinggi, dan suhu transisi antara kedua keadaan tersebut adalah suhu transisi kaca. Suhu transisi gelas secara langsung mempengaruhi struktur dan sifat bahan, dan merupakan salah satu suhu karakteristik polimer yang paling penting.
Dengan menganalisis sifat termomekanik dinamis polimer, viskoelastisitas polimer dapat diamati, dan parameter penting yang menentukan kinerja polimer dapat diperoleh, sehingga dapat diterapkan dengan lebih baik pada lingkungan penggunaan sebenarnya. Selain itu, analisis termomekanikal dinamis sangat sensitif terhadap transisi kaca, pemisahan fasa, ikatan silang, kristalisasi, dan gerak molekul di semua tingkat segmen molekul, serta dapat memperoleh banyak informasi tentang struktur dan sifat polimer. Ini sering digunakan untuk mempelajari molekul polimer. perilaku pergerakan. Dengan menggunakan mode sapuan suhu DMA, terjadinya transisi fasa seperti transisi kaca dapat diuji. Dibandingkan dengan DSC, DMA memiliki sensitivitas lebih tinggi dan lebih cocok untuk analisis material yang mensimulasikan penggunaan sebenarnya.
3.2.4.2 Metode pengujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, rata dan tidak rusak, lalu potong menjadi potongan persegi panjang berukuran 10mm×20mm. Sampel diuji dalam mode tarik menggunakan penganalisis termomekanis dinamis Pydris Diamond dari PerkinElmer, AS. Kisaran suhu pengujian adalah 25~150 °C, laju pemanasan 2 °C/menit, frekuensi 1 Hz, dan pengujian diulang dua kali untuk setiap sampel. Selama percobaan, modulus penyimpanan (E') dan modulus kerugian (E”) sampel dicatat, dan rasio modulus kerugian terhadap modulus penyimpanan, yaitu sudut singgung tan δ, juga dapat dihitung.
3.2.5 Stabilitas termal film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.5.1 Prinsip analisis termogravimetri
Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) dapat mengukur perubahan massa sampel dengan suhu atau waktu pada suhu yang diprogram, dan dapat digunakan untuk mempelajari kemungkinan penguapan, peleburan, sublimasi, dehidrasi, dekomposisi dan oksidasi zat selama proses pemanasan. . dan fenomena fisik dan kimia lainnya. Kurva hubungan antara massa suatu zat dan suhu (atau waktu) yang diperoleh langsung setelah sampel diuji disebut termogravimetri (kurva TGA). penurunan berat badan dan informasi lainnya. Kurva Termogravimetri Turunan (kurva DTG) dapat diperoleh setelah turunan kurva TGA orde pertama, yang mencerminkan perubahan laju penurunan berat sampel yang diuji terhadap suhu atau waktu, dan titik puncak adalah titik maksimum konstanta kecepatan.
3.2.5.2 Metode pengujian
Pilih film yang dapat dimakan dengan ketebalan yang seragam, potong menjadi lingkaran dengan diameter yang sama dengan cakram uji penganalisis termogravimetri, kemudian letakkan rata di atas cakram uji, dan uji dalam atmosfer nitrogen dengan laju aliran 20 mL/menit . Kisaran suhu adalah 30–700 °C, laju pemanasan 10 °C/menit, dan setiap sampel diuji dua kali.
3.2.6.1 Prinsip analisis properti tarik
3.2.6 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
Penguji sifat mekanik dapat menerapkan beban tarik statis pada spline sepanjang sumbu memanjang pada kondisi suhu, kelembapan, dan kecepatan tertentu hingga spline putus. Selama pengujian, beban yang diterapkan pada spline dan jumlah deformasinya dicatat oleh penguji sifat mekanik, dan kurva tegangan-regangan selama deformasi tarik spline digambar. Dari kurva tegangan-regangan, kekuatan tarik (ζt), perpanjangan putus (εb) dan modulus elastisitas (E) dapat dihitung untuk mengevaluasi sifat tarik film.
Hubungan tegangan-regangan suatu bahan secara umum dapat dibagi menjadi dua bagian: daerah deformasi elastis dan daerah deformasi plastis. Di zona deformasi elastis, tegangan dan regangan material memiliki hubungan linier, dan deformasi pada saat ini dapat pulih sepenuhnya, yang sejalan dengan hukum Cook; pada zona deformasi plastis, tegangan dan regangan material tidak lagi linier, dan deformasi yang terjadi pada saat ini bersifat irreversible, yang pada akhirnya material tersebut pecah.
Rumus perhitungan kekuatan tarik：
Dimana: kekuatan tarik, MPa;
p adalah beban maksimum atau beban putus, N;
b adalah lebar sampel, mm;
d adalah ketebalan sampel, mm.
Rumus menghitung perpanjangan putus:
Dimana: εb adalah perpanjangan putus, %;
L adalah jarak antara garis penandaan saat sampel pecah, mm;
L0 adalah ukuran panjang asli sampel, mm.
Rumus perhitungan modulus elastis:
Diantaranya: E adalah modulus elastisitas, MPa;
ζ adalah stres, MPa;
ε adalah regangannya.
3.2.6.2 Metode pengujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, rata dan tidak rusak, mengacu pada standar nasional GB13022-91, dan potong menjadi spline berbentuk halter dengan panjang total 120mm, jarak awal antar perlengkapan 86mm, jarak antar tanda 40mm, dan lebar 10mm. Spline ditempatkan pada kelembaban 75% dan 57% (dalam atmosfer larutan natrium klorida dan natrium bromida jenuh), dan diseimbangkan selama lebih dari 3 hari sebelum pengukuran. Dalam percobaan ini, penguji sifat mekanik ASTM D638, 5566 dari Instron Corporation Amerika Serikat dan penjepit pneumatik 2712-003 digunakan untuk pengujian. Kecepatan tarik 10 mm/menit, sampel diulang sebanyak 7 kali, dan nilai rata-rata dihitung.
3.2.7 Permeabilitas oksigen film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.7.1 Prinsip analisis permeabilitas oksigen
Setelah benda uji dipasang, rongga uji dibagi menjadi dua bagian, A dan B; aliran oksigen dengan kemurnian tinggi dengan laju aliran tertentu dialirkan ke rongga A, dan aliran nitrogen dengan laju aliran tertentu dialirkan ke rongga B; selama proses pengujian, rongga A Oksigen meresap melalui sampel ke dalam rongga B, dan oksigen yang menyusup ke dalam rongga B dibawa oleh aliran nitrogen dan meninggalkan rongga B untuk mencapai sensor oksigen. Sensor oksigen mengukur kandungan oksigen dalam aliran nitrogen dan mengeluarkan sinyal listrik yang sesuai, sehingga menghitung sampel oksigen. transmisi.
3.2.7.2 Metode pengujian
Pilih film komposit yang dapat dimakan yang tidak rusak, potong menjadi sampel berbentuk berlian berukuran 10,16 x 10,16 cm, lapisi permukaan tepi klem dengan minyak vakum, dan jepit sampel ke blok uji. Diuji sesuai ASTM D-3985, setiap sampel mempunyai luas uji 50 cm2.
3.3 Hasil dan Pembahasan
3.3.1 Analisis struktur mikro film komposit yang dapat dimakan
Interaksi antara komponen cairan pembentuk film dan kondisi pengeringan menentukan struktur akhir film dan secara serius mempengaruhi berbagai sifat fisik dan kimia film [330, 331]. Sifat gel yang melekat dan rasio peracikan masing-masing komponen dapat mempengaruhi morfologi senyawa, yang selanjutnya mempengaruhi struktur permukaan dan sifat akhir membran [301, 332]. Oleh karena itu, analisis mikrostruktur film dapat memberikan informasi yang relevan mengenai penataan ulang molekul setiap komponen, yang pada gilirannya dapat membantu kita lebih memahami sifat penghalang, sifat mekanik, dan sifat optik film.
Mikrograf mikroskop elektron pemindaian permukaan film makanan HPS/HPMC dengan rasio berbeda ditunjukkan pada Gambar 3-1. Seperti dapat dilihat dari Gambar 3-1, beberapa sampel menunjukkan retakan mikro pada permukaannya, yang mungkin disebabkan oleh berkurangnya kelembapan sampel selama pengujian, atau oleh serangan berkas elektron pada rongga mikroskop [122 , 139]. Pada gambar, membran HPS murni dan HPMC murni. Membran menunjukkan permukaan mikroskopis yang relatif halus, dan struktur mikro membran HPS murni lebih homogen dan halus dibandingkan membran HPMC murni, yang mungkin terutama disebabkan oleh makromolekul pati (molekul amilosa dan molekul amilopektin) selama proses pendinginan.) mencapai penataan ulang molekul yang lebih baik. dalam larutan air. Banyak penelitian menunjukkan bahwa sistem amilosa-amilopektin-air dalam proses pendinginan
Mungkin ada mekanisme kompetitif antara pembentukan gel dan pemisahan fase. Jika laju pemisahan fasa lebih rendah dari laju pembentukan gel, maka pemisahan fasa tidak akan terjadi dalam sistem, sebaliknya pemisahan fasa akan terjadi dalam sistem [333, 334]. Selain itu, ketika kandungan amilosa melebihi 25%, gelatinisasi amilosa dan struktur jaringan amilosa yang kontinu dapat secara signifikan menghambat munculnya pemisahan fasa [334]. Kandungan amilosa HPS yang digunakan dalam makalah ini adalah 80%, jauh lebih tinggi dari 25%, sehingga lebih menggambarkan fenomena bahwa membran HPS murni lebih homogen dan halus dibandingkan membran HPMC murni.
Dari perbandingan gambar terlihat bahwa permukaan semua film komposit relatif kasar, dan terdapat beberapa tonjolan tidak beraturan yang tersebar, menunjukkan bahwa terdapat tingkat ketidakcampuran tertentu antara HPMC dan HPS. Selain itu, membran komposit dengan kandungan HPMC tinggi menunjukkan struktur yang lebih homogen dibandingkan dengan kandungan HPS tinggi. Kondensasi berbasis HPS pada suhu pembentukan film 37 °C
Berdasarkan sifat gelnya, HPS menyajikan keadaan gel kental; sedangkan berdasarkan sifat gel termal HPMC, HPMC menyajikan keadaan larutan seperti air. Pada membran komposit dengan kandungan HPS tinggi (7:3 HPS/HPMC), HPS kental adalah fase kontinu, dan HPMC seperti air terdispersi dalam fase kontinu HPS dengan viskositas tinggi sebagai fase terdispersi, yang tidak kondusif. untuk pemerataan fase terdispersi; Dalam film komposit dengan kandungan HPMC tinggi (3:7 HPS/HPMC), HPMC dengan viskositas rendah berubah menjadi fase kontinu, dan HPS kental didispersikan dalam fase HPMC dengan viskositas rendah sebagai fase terdispersi, yang kondusif untuk terbentuknya fase homogen. sistem majemuk.
Dapat dilihat dari gambar bahwa meskipun semua film komposit menunjukkan struktur permukaan yang kasar dan tidak homogen, tidak ditemukan antarmuka fase yang jelas, yang menunjukkan bahwa HPMC dan HPS memiliki kompatibilitas yang baik. Film komposit HPMC/pati tanpa bahan pemlastis seperti PEG menunjukkan pemisahan fasa yang jelas [301], sehingga menunjukkan bahwa modifikasi hidroksipropil dari bahan pemlastis pati dan PEG dapat meningkatkan kompatibilitas sistem komposit.
3.3.2 Analisis sifat optik film komposit yang dapat dimakan
Sifat transmisi cahaya film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan dengan rasio berbeda diuji dengan spektrofotometer UV-vis, dan spektrum UV ditunjukkan pada Gambar 3-2. Semakin besar nilai transmisi cahaya, semakin seragam dan transparan film tersebut; sebaliknya, semakin kecil nilai transmisi cahaya, maka film tersebut semakin tidak rata dan buram. Dapat dilihat dari Gambar 3-2(a) bahwa semua film komposit menunjukkan tren yang sama dengan peningkatan panjang gelombang pemindaian pada rentang pemindaian panjang gelombang penuh, dan transmisi cahaya meningkat secara bertahap seiring dengan peningkatan panjang gelombang. Pada 350nm, kurvanya cenderung datar.
Pilih transmitansi pada panjang gelombang 500nm sebagai perbandingan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-2(b), transmitansi film HPS murni lebih rendah dibandingkan film HPMC murni, dan dengan meningkatnya konten HPMC, transmitansinya menurun terlebih dahulu, dan kemudian meningkat setelah mencapai nilai minimum. Ketika kandungan HPMC ditingkatkan hingga 70%, transmisi cahaya film komposit lebih besar dibandingkan HPS murni. Telah diketahui bahwa sistem yang homogen akan menunjukkan transmisi cahaya yang lebih baik, dan nilai transmitansi yang diukur dengan UV umumnya lebih tinggi; bahan yang tidak homogen umumnya lebih buram dan memiliki nilai transmisi UV yang lebih rendah. Nilai transmitansi film komposit (7:3, 5:5) lebih rendah dibandingkan film HPS dan HPMC murni, yang menunjukkan bahwa terdapat derajat pemisahan fasa tertentu antara kedua komponen HPS dan HPMC.
Gambar 3-2 Spektrum UV pada semua panjang gelombang (a), dan pada 500 nm (b), untuk film campuran HPS/HPMC. Bilah tersebut mewakili rata-rata ±deviasi standar. ac: huruf yang berbeda berbeda nyata dengan berbagai rasio campuran (p <0,05), diterapkan dalam disertasi lengkap
3.3.3 Analisis termomekanis dinamis film komposit yang dapat dimakan
Gambar 3-3 menunjukkan sifat termomekanik dinamis dari film yang dapat dimakan HPMC/HPS dengan formulasi yang berbeda. Dapat dilihat dari Gambar 3-3(a) bahwa modulus penyimpanan (E') menurun dengan meningkatnya konten HPMC. Selain itu, modulus penyimpanan semua sampel menurun secara bertahap dengan meningkatnya suhu, kecuali modulus penyimpanan film HPS murni (10:0) sedikit meningkat setelah suhu ditingkatkan hingga 70 °C. Pada suhu tinggi, untuk film komposit dengan kandungan HPMC tinggi, modulus penyimpanan film komposit memiliki tren penurunan yang jelas seiring dengan meningkatnya suhu; sedangkan untuk sampel dengan kandungan HPS tinggi, modulus penyimpanannya hanya sedikit menurun seiring dengan kenaikan suhu.
Gambar 3-3 Modulus penyimpanan (E′) (a) dan tangen rugi (tan δ) (b) film campuran HPS/HPMC
Dapat dilihat dari Gambar 3-3(b) bahwa sampel dengan kandungan HPMC lebih tinggi dari 30% (5:5, 3:7, 0:10) semuanya menunjukkan puncak transisi gelas, dan dengan peningkatan kandungan HPMC, pada transisi kaca suhu transisi bergeser ke suhu tinggi yang menunjukkan bahwa fleksibilitas rantai polimer HPMC menurun. Di sisi lain, membran HPS murni menunjukkan puncak selubung yang besar sekitar 67 °C, sedangkan membran komposit dengan kandungan HPS 70% tidak memiliki transisi kaca yang jelas. Hal ini mungkin karena terdapat interaksi pada tingkat tertentu antara HPMC dan HPS, sehingga membatasi pergerakan segmen molekul HPMC dan HPS.
3.3.4 Analisis stabilitas termal film komposit yang dapat dimakan
Gambar 3-4 Kurva TGA (a) dan kurva turunannya (DTG) (b) film campuran HPS/HPMC
Stabilitas termal film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan diuji dengan alat penganalisis termogravimetri. Gambar 3-4 menunjukkan kurva termogravimetri (TGA) dan kurva laju kehilangan berat (DTG) dari film komposit. Dari kurva TGA pada Gambar 3-4(a), terlihat bahwa sampel membran komposit dengan rasio berbeda menunjukkan dua tahap perubahan termogravimetri yang jelas seiring dengan peningkatan suhu. Penguapan air yang diadsorpsi oleh makromolekul polisakarida menghasilkan fase kecil penurunan berat badan pada 30–180 °C sebelum terjadi degradasi termal yang sebenarnya. Selanjutnya, terdapat fase penurunan berat badan yang lebih besar pada 300~450 °C, di sini terdapat fase degradasi termal HPMC dan HPS.
Dari kurva DTG pada Gambar 3-4(b), terlihat bahwa suhu puncak degradasi termal HPS murni dan HPMC murni masing-masing adalah 338 °C dan 400 °C, dan suhu puncak degradasi termal HPMC murni adalah lebih tinggi dari HPS, menunjukkan bahwa HPMC Stabilitas termal lebih baik daripada HPS. Ketika kandungan HPMC adalah 30% (7:3), satu puncak muncul pada 347 °C, yang sesuai dengan puncak karakteristik HPS, tetapi suhunya lebih tinggi dari puncak degradasi termal HPS; ketika kandungan HPMC 70% (3:7), hanya puncak karakteristik HPMC yang muncul pada 400 °C; ketika kandungan HPMC 50%, dua puncak degradasi termal muncul pada kurva DTG, masing-masing 345 °C dan 396 °C. Puncak tersebut masing-masing sesuai dengan puncak karakteristik HPS dan HPMC, tetapi puncak degradasi termal yang sesuai dengan HPS lebih kecil, dan kedua puncak tersebut mengalami pergeseran tertentu. Terlihat bahwa sebagian besar membran komposit hanya menunjukkan karakteristik puncak tunggal yang sesuai dengan komponen tertentu, dan offsetnya dibandingkan dengan membran komponen murni, yang menunjukkan adanya perbedaan tertentu antara komponen HPMC dan HPS. tingkat kompatibilitas. Suhu puncak degradasi termal membran komposit lebih tinggi dibandingkan HPS murni, menunjukkan bahwa HPMC dapat meningkatkan stabilitas termal membran HPS sampai batas tertentu.
3.3.5 Analisis sifat mekanik film komposit yang dapat dimakan
Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan perbandingan berbeda diukur dengan alat analisa sifat mekanik pada suhu 25 °C, kelembaban relatif 57% dan 75%. Gambar 3-5 menunjukkan modulus elastisitas (a), perpanjangan putus (b) dan kekuatan tarik (c) film komposit HPMC/HPS dengan rasio berbeda pada kelembaban relatif berbeda. Terlihat dari gambar bahwa pada kelembaban relatif 57%, modulus elastisitas dan kuat tarik film HPS murni paling besar, dan HPMC murni paling kecil. Dengan meningkatnya kandungan HPS maka modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit terus meningkat. Perpanjangan putus membran HPMC murni jauh lebih besar dibandingkan membran HPS murni, dan keduanya lebih besar dibandingkan membran komposit.
Ketika kelembaban relatif lebih tinggi (75%) dibandingkan dengan kelembaban relatif 57%, modulus elastisitas dan kekuatan tarik semua sampel menurun, sedangkan perpanjangan putus meningkat secara signifikan. Hal ini terutama karena air, sebagai bahan pemlastis umum, dapat mengencerkan matriks HPMC dan HPS, mengurangi gaya antar rantai polimer, dan meningkatkan mobilitas segmen polimer. Pada kelembapan relatif tinggi, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film HPMC murni lebih tinggi dibandingkan film HPS murni, namun perpanjangan putusnya lebih rendah, hasil yang sangat berbeda dengan hasil pada kelembapan rendah. Perlu dicatat bahwa variasi sifat mekanik film komposit dengan rasio komponen pada kelembaban tinggi 75% benar-benar berlawanan dengan kelembaban rendah dibandingkan dengan kelembaban relatif 57%. Di bawah kelembaban tinggi, kadar air film meningkat, dan air tidak hanya memiliki efek plastisisasi tertentu pada matriks polimer, tetapi juga mendorong rekristalisasi pati. Dibandingkan dengan HPMC, HPS memiliki kecenderungan rekristalisasi yang lebih kuat, sehingga pengaruh kelembaban relatif pada HPS jauh lebih besar dibandingkan dengan HPMC.
Gambar 3-5 Sifat tarik film HPS/HPMC dengan rasio HPS/HPMC berbeda yang diseimbangkan pada kondisi kerendahan relatif (RH) yang berbeda. * : beda angka huruf berbeda nyata dengan berbagai RH, diterapkan dalam disertasi lengkap
3.3.6 Analisis Permeabilitas Oksigen pada Film Komposit yang Dapat Dimakan
Film komposit yang dapat dimakan digunakan sebagai bahan pengemas makanan untuk memperpanjang umur simpan makanan, dan kinerja penghalang oksigennya merupakan salah satu indikator penting. Oleh karena itu, laju transmisi oksigen dari film yang dapat dimakan dengan rasio HPMC/HPS yang berbeda diukur pada suhu 23 °C, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3-6. Terlihat dari gambar bahwa permeabilitas oksigen pada membran HPS murni jauh lebih rendah dibandingkan dengan membran HPMC murni, hal ini menunjukkan bahwa membran HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang lebih baik dibandingkan membran HPMC. Karena viskositas rendah dan adanya daerah amorf, HPMC mudah membentuk struktur jaringan kepadatan rendah yang relatif longgar di dalam film; dibandingkan dengan HPS, ia memiliki kecenderungan rekristalisasi yang lebih tinggi, dan mudah untuk membentuk struktur padat pada film. Banyak penelitian menunjukkan bahwa film pati memiliki sifat penghalang oksigen yang baik dibandingkan dengan polimer lainnya [139, 301, 335, 336].
Gambar 3-6 Permeabilitas oksigen film campuran HPS/HPMC
Penambahan HPS secara signifikan dapat mengurangi permeabilitas oksigen pada membran HPMC, dan permeabilitas oksigen pada membran komposit menurun tajam dengan meningkatnya kandungan HPS. Penambahan HPS kedap oksigen dapat meningkatkan liku-liku saluran oksigen dalam membran komposit, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan laju permeasi oksigen dan pada akhirnya menurunkan permeabilitas oksigen. Hasil serupa telah dilaporkan untuk pati asli lainnya [139,301].
3.4 Ringkasan bab ini
Pada bab ini, dengan menggunakan HPMC dan HPS sebagai bahan baku utama, dan menambahkan polietilen glikol sebagai pemlastis, film komposit dapat dimakan HPMC/HPS dengan perbandingan berbeda dibuat dengan metode pengecoran. Pengaruh sifat bawaan komponen dan rasio peracikan pada morfologi mikroskopis membran komposit dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron; sifat mekanik membran komposit dipelajari oleh penguji sifat mekanik. Pengaruh sifat bawaan komponen dan rasio peracikan terhadap sifat penghalang oksigen dan transmisi cahaya film komposit dipelajari dengan alat uji transmisi oksigen dan spektrofotometer UV-vis. Pemindaian mikroskop elektron, analisis termogravimetri dan analisis termal dinamis digunakan. Analisis mekanis dan metode analisis lainnya digunakan untuk mempelajari kompatibilitas dan pemisahan fasa sistem senyawa gel dingin-panas. Temuan utamanya adalah sebagai berikut:
- Dibandingkan dengan HPMC murni, HPS murni lebih mudah membentuk morfologi permukaan mikroskopis yang homogen dan halus. Hal ini terutama disebabkan oleh penataan ulang molekul makromolekul pati (molekul amilosa dan molekul amilopektin) yang lebih baik dalam larutan air pati selama proses pendinginan.
- Senyawa dengan kandungan HPMC tinggi lebih cenderung membentuk struktur membran yang homogen. Hal ini terutama didasarkan pada sifat gel HPMC dan HPS. Pada suhu pembentukan film, HPMC dan HPS masing-masing menunjukkan keadaan larutan dengan viskositas rendah dan keadaan gel dengan viskositas tinggi. Fase terdispersi dengan viskositas tinggi didispersikan dalam fase kontinu dengan viskositas rendah. , lebih mudah untuk membentuk sistem yang homogen.
- Kelembaban relatif mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik film komposit HPMC/HPS, dan derajat pengaruhnya meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan HPS. Pada kelembaban relatif yang lebih rendah, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPS, dan perpanjangan putus film komposit secara signifikan lebih rendah dibandingkan film komponen murni. Dengan meningkatnya kelembaban relatif, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, dan hubungan antara sifat mekanik film komposit dan rasio peracikan menunjukkan pola perubahan yang sangat berlawanan dalam kondisi berbeda. kelembaban relatif. Sifat mekanik membran komposit dengan rasio peracikan berbeda menunjukkan perpotongan dalam kondisi kelembaban relatif berbeda, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimalkan kinerja produk sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda.
- Penambahan HPS secara signifikan meningkatkan sifat penghalang oksigen pada membran komposit. Permeabilitas oksigen pada membran komposit menurun tajam dengan meningkatnya kandungan HPS.
- Dalam sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS, terdapat kompatibilitas tertentu antara kedua komponen. Tidak ada antarmuka dua fase yang jelas ditemukan dalam gambar SEM dari semua film komposit, sebagian besar film komposit hanya memiliki satu titik transisi kaca dalam hasil DMA, dan hanya satu puncak degradasi termal yang muncul di kurva DTG dari sebagian besar film komposit. film. Hal ini menunjukkan adanya deskriptif tertentu antara HPMC dan HPS.
Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa penggabungan HPS dan HPMC tidak hanya dapat menurunkan biaya produksi film makanan HPMC, tetapi juga meningkatkan kinerjanya. Sifat mekanik, sifat penghalang oksigen, dan sifat optik dari film komposit yang dapat dimakan dapat dicapai dengan menyesuaikan rasio peracikan kedua komponen dan kelembaban relatif lingkungan luar.
Bab 4 Hubungan Mikromorfologi dan Sifat Mekanik Sistem Senyawa HPMC/HPS
Dibandingkan dengan entropi pencampuran yang lebih tinggi selama pencampuran paduan logam, entropi pencampuran selama peracikan polimer biasanya sangat kecil, dan panas peracikan selama peracikan biasanya positif, sehingga terjadi proses peracikan polimer. Perubahan energi bebas Gibbs adalah positif (���>), oleh karena itu, formulasi polimer cenderung membentuk sistem dua fase yang dipisahkan fase, dan formulasi polimer yang sepenuhnya kompatibel sangat jarang terjadi [242].
Sistem senyawa yang dapat larut biasanya dapat mencapai ketercampuran tingkat molekuler dalam termodinamika dan membentuk senyawa homogen, sehingga sebagian besar sistem senyawa polimer tidak dapat bercampur. Namun, banyak sistem senyawa polimer dapat mencapai keadaan kompatibel dalam kondisi tertentu dan menjadi sistem senyawa dengan kompatibilitas tertentu [257].
Sifat makroskopis seperti sifat mekanik sistem komposit polimer sangat bergantung pada interaksi dan morfologi fase komponennya, terutama kompatibilitas antar komponen dan komposisi fase kontinu dan fase terdispersi [301]. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis dari sistem komposit dan membangun hubungan di antara keduanya, yang sangat penting untuk mengontrol sifat-sifat material komposit dengan mengontrol struktur fase dan kompatibilitas sistem komposit.
Dalam proses mempelajari morfologi dan diagram fase suatu sistem yang kompleks, sangat penting untuk memilih cara yang tepat untuk membedakan komponen-komponen yang berbeda. Namun perbedaan antara HPMC dan HPS cukup sulit, karena keduanya memiliki transparansi yang baik dan indeks bias yang serupa, sehingga sulit membedakan kedua komponen tersebut dengan mikroskop optik; selain itu, karena keduanya merupakan bahan berbasis karbon organik, maka keduanya memiliki serapan energi yang serupa, sehingga pemindaian mikroskop elektron juga sulit membedakan pasangan komponen secara akurat. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier dapat mencerminkan perubahan morfologi dan diagram fase sistem kompleks protein-pati dengan rasio luas pita polisakarida pada 1180-953 cm-1 dan pita tengah pada 1750-1483 cm-1 [52, 337], tetapi teknik ini sangat kompleks dan biasanya memerlukan radiasi sinkrotron Teknik inframerah transformasi Fourier untuk menghasilkan kontras yang cukup untuk sistem hibrid HPMC/HPS. Ada juga teknik untuk mencapai pemisahan komponen ini, seperti mikroskop elektron transmisi dan hamburan sinar-X sudut kecil, namun teknik ini biasanya rumit [338]. Pada mata kuliah ini digunakan metode analisis mikroskop optik pencelupan yodium sederhana, dan prinsip bahwa gugus ujung struktur heliks amilosa dapat bereaksi dengan yodium membentuk kompleks inklusi digunakan untuk mewarnai sistem senyawa HPMC/HPS dengan pewarnaan yodium, sehingga bahwa HPS Komponen tersebut dibedakan dari komponen HPMC berdasarkan warnanya yang berbeda di bawah mikroskop cahaya. Oleh karena itu, metode analisis mikroskop optik pencelupan yodium merupakan metode penelitian yang sederhana dan efektif untuk morfologi dan diagram fase sistem kompleks berbasis pati.
Dalam bab ini, morfologi mikroskopis, distribusi fasa, transisi fasa dan struktur mikro lainnya dari sistem senyawa HPMC/HPS dipelajari melalui analisis mikroskop optik pencelupan yodium; dan sifat mekanik serta sifat makroskopis lainnya; dan melalui analisis korelasi morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis dari berbagai konsentrasi larutan dan rasio peracikan, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem senyawa HPMC/HPS ditetapkan, untuk mengendalikan HPMC/HPS. Berikan dasar untuk sifat-sifat material komposit.
4.1 Bahan dan Peralatan
4.1.1 Bahan percobaan utama
4.2 Metode eksperimen
4.2.1 Pembuatan larutan senyawa HPMC/HPS
Siapkan larutan HPMC dan larutan HPS dengan konsentrasi 3%, 5%, 7% dan 9%, lihat 2.2.1 untuk cara pembuatannya. Campurkan larutan HPMC dan larutan HPS sesuai dengan 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Rasio berbeda dicampur dengan kecepatan 250 rpm/menit pada 21 °C selama 30 menit, dan diperoleh larutan campuran dengan konsentrasi berbeda dan rasio berbeda.
4.2.2 Persiapan membran komposit HPMC/HPS
Lihat 3.2.1.
4.2.3 Persiapan kapsul komposit HPMC/HPS
Lihat larutan yang dibuat dengan metode pada 2.2.1, gunakan cetakan baja tahan karat untuk pencelupan, dan keringkan pada suhu 37 °C. Keluarkan kapsul kering, potong kelebihannya, dan satukan hingga membentuk sepasang.
4.2.4 Mikroskop optik film komposit HPMC/HPS
4.2.4.1 Prinsip Analisis Mikroskop Optik
Mikroskop optik menggunakan prinsip optik yaitu memperbesar gambar dengan lensa cembung, dan menggunakan dua lensa konvergen untuk memperluas sudut bukaan zat-zat kecil di dekatnya ke mata, dan memperbesar ukuran zat-zat kecil yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. hingga ukuran zat tersebut dapat dilihat oleh mata manusia.
4.2.4.2 Metode pengujian
Larutan senyawa HPMC/HPS dengan konsentrasi dan rasio peracikan yang berbeda dikeluarkan pada suhu 21 °C, diteteskan pada kaca objek, dituangkan ke dalam lapisan tipis, dan dikeringkan pada suhu yang sama. Film diwarnai dengan larutan yodium 1% (1 g yodium dan 10 g kalium iodida ditempatkan dalam labu ukur 100 mL, dan dilarutkan dalam etanol), ditempatkan di bidang mikroskop cahaya untuk observasi dan difoto.
4.2.5 Transmisi cahaya film komposit HPMC/HPS
4.2.5.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-vis
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.5.1 Metode pengujian
Lihat 3.2.3.2.
4.2.6 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS
4.2.6.1 Prinsip analisis sifat tarik
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.6.1 Metode pengujian
Sampel diuji setelah diseimbangkan pada kelembaban 73% selama 48 jam. Lihat 3.2.3.2 untuk metode pengujian.
4.3 Hasil dan Pembahasan
4.3.1 Pengamatan transparansi produk
Gambar 4-1 menunjukkan film dan kapsul yang dapat dimakan yang dibuat dengan menggabungkan HPMC dan HPS dengan perbandingan peracikan 70:30. Terlihat dari gambar, produk memiliki transparansi yang baik, yang menunjukkan bahwa HPMC dan HPS memiliki indeks bias yang sama, dan senyawa homogen dapat diperoleh setelah keduanya digabungkan.
4.3.2 Gambar mikroskop optik kompleks HPMC/HPS sebelum dan sesudah pewarnaan
Gambar 4-2 menunjukkan morfologi khas sebelum dan sesudah pewarnaan kompleks HPMC/HPS dengan rasio peracikan berbeda yang diamati di bawah mikroskop optik. Terlihat dari gambar, sulit membedakan fasa HPMC dan fasa HPS pada gambar tidak ternoda; HPMC murni yang diwarnai dan HPS murni menunjukkan warna yang unik, hal ini disebabkan oleh reaksi HPS dan yodium melalui pewarnaan yodium. Warnanya menjadi lebih gelap. Oleh karena itu, kedua fasa dalam sistem senyawa HPMC/HPS dapat dibedakan secara sederhana dan jelas, yang selanjutnya membuktikan bahwa HPMC dan HPS tidak dapat bercampur dan tidak dapat membentuk senyawa homogen. Terlihat dari gambar, seiring dengan meningkatnya kandungan HPS, luas area gelap (fase HPS) pada gambar terus meningkat seperti yang diharapkan, sehingga menegaskan bahwa terjadi penataan ulang dua fase selama proses ini. Ketika kandungan HPMC lebih tinggi dari 40%, HPMC menampilkan keadaan fase kontinyu, dan HPS terdispersi dalam fase kontinyu HPMC sebagai fase terdispersi. Sebaliknya, bila kandungan HPMC lebih rendah dari 40%, HPS menampilkan keadaan fase kontinyu, dan HPMC terdispersi dalam fase kontinyu HPS sebagai fase terdispersi. Oleh karena itu, pada larutan senyawa HPMC/HPS 5%, dengan meningkatnya kandungan HPS, terjadi hal sebaliknya pada larutan senyawa HPMC/HPS 40:60. Fase kontinyu berubah dari fase HPMC awal ke fase HPS selanjutnya. Dengan mengamati bentuk fasa terlihat bahwa fasa HPMC pada matriks HPS berbentuk bola setelah terdispersi, sedangkan bentuk fasa HPS terdispersi pada matriks HPMC lebih tidak beraturan.
Selain itu, dengan menghitung perbandingan luas area berwarna terang (HPMC) dengan area berwarna gelap (HPS) pada kompleks HPMC/HPS setelah pewarnaan (tanpa mempertimbangkan situasi mesofasa), diperoleh luas area HPMC (warna terang)/HPS (warna gelap) pada gambar Rasionya selalu lebih besar dari rasio senyawa HPMC/HPS sebenarnya. Misalnya pada diagram pewarnaan senyawa HPMC/HPS dengan perbandingan senyawa 50:50, luas HPS pada daerah interfase tidak dihitung, dan perbandingan luas terang/gelap adalah 71/29. Hasil ini menegaskan adanya sejumlah besar mesofasa dalam sistem komposit HPMC/HPS.
Telah diketahui dengan baik bahwa sistem peracikan polimer yang kompatibel sepenuhnya sangat jarang terjadi karena selama proses peracikan polimer, panas peracikan biasanya positif dan entropi peracikan biasanya sedikit berubah, sehingga mengakibatkan energi bebas selama peracikan berubah ke nilai positif. Namun, dalam sistem senyawa HPMC/HPS, HPMC dan HPS masih menjanjikan untuk menunjukkan tingkat kompatibilitas yang lebih besar, karena HPMC dan HPS keduanya merupakan polisakarida hidrofilik, memiliki unit struktural yang sama – glukosa, dan melewati gugus fungsi yang sama yang dimodifikasi dengan hidroksipropil. Fenomena mesofasa ganda pada sistem senyawa HPMC/HPS juga menunjukkan bahwa HPMC dan HPS dalam senyawa tersebut mempunyai tingkat kesesuaian tertentu, dan fenomena serupa terjadi pada sistem campuran pati-polivinil alkohol dengan penambahan pemlastis. juga muncul [339].
4.3.3 Hubungan antara morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis sistem senyawa
Hubungan antara morfologi, fenomena pemisahan fasa, transparansi dan sifat mekanik sistem komposit HPMC/HPS dipelajari secara rinci. Gambar 4-3 menunjukkan pengaruh kandungan HPS pada sifat makroskopis seperti transparansi dan modulus tarik sistem senyawa HPMC/HPS. Terlihat dari gambar bahwa transparansi HPMC murni lebih tinggi dibandingkan HPS murni, terutama karena rekristalisasi pati mengurangi transparansi HPS, dan modifikasi hidroksipropil pati juga merupakan alasan penting penurunan transparansi. HPS [340, 341]. Dari gambar tersebut terlihat bahwa transmitansi sistem senyawa HPMC/HPS akan mempunyai nilai minimum dengan selisih kandungan HPS. Transmisi sistem gabungan, dalam kisaran kandungan HPS di bawah 70%, meningkat seiring denganit menurun seiring dengan peningkatan konten HPS; bila kandungan HPS melebihi 70%, maka akan meningkat seiring dengan bertambahnya konten HPS. Fenomena ini berarti sistem senyawa HPMC/HPS tidak dapat bercampur, karena fenomena pemisahan fasa pada sistem menyebabkan penurunan transmitansi cahaya. Sebaliknya modulus Young sistem senyawa juga tampak titik minimum dengan proporsi yang berbeda-beda, dan modulus Young terus menurun seiring dengan bertambahnya kandungan HPS, dan mencapai titik terendah pada kandungan HPS 60%. Modulusnya terus meningkat, dan modulusnya sedikit meningkat. Modulus Young sistem senyawa HPMC/HPS menunjukkan nilai minimum yang juga menunjukkan bahwa sistem senyawa tersebut merupakan sistem yang tidak dapat bercampur. Titik terendah transmisi cahaya sistem senyawa HPMC/HPS konsisten dengan titik transisi fasa dari fasa kontinyu HPMC ke fasa terdispersi dan titik terendah nilai modulus Young pada Gambar 4-2.
4.3.4 Pengaruh konsentrasi larutan terhadap morfologi mikroskopis sistem senyawa
Gambar 4-4 menunjukkan pengaruh konsentrasi larutan terhadap morfologi dan transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS. Terlihat dari gambar, sistem senyawa HPMC/HPS konsentrasi rendah 3%, pada perbandingan senyawa HPMC/HPS adalah 40:60, dapat diamati penampakan struktur kontinuitas; sedangkan dalam larutan 7% konsentrasi tinggi, struktur kontinuitas ini diamati pada gambar dengan rasio peracikan 50:50. Hasil ini menunjukkan bahwa titik transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS mempunyai ketergantungan konsentrasi tertentu, dan rasio senyawa HPMC/HPS transisi fasa meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi larutan senyawa, dan HPS cenderung membentuk fase kontinu. . . Selain itu, domain HPS yang tersebar dalam fase kontinyu HPMC menunjukkan bentuk dan morfologi yang serupa dengan perubahan konsentrasi; sedangkan fase terdispersi HPMC yang terdispersi dalam fase kontinyu HPS menunjukkan bentuk dan morfologi yang berbeda pada konsentrasi yang berbeda. dan dengan bertambahnya konsentrasi larutan, luas dispersi HPMC menjadi semakin tidak beraturan. Alasan utama fenomena ini adalah viskositas larutan HPS jauh lebih tinggi dibandingkan larutan HPMC pada suhu kamar, dan kecenderungan fase HPMC untuk membentuk keadaan bola yang rapi ditekan karena tegangan permukaan.
4.3.5 Pengaruh konsentrasi larutan terhadap sifat mekanik sistem senyawa
Sesuai dengan morfologi Gambar 4-4, Gambar 4-5 menunjukkan sifat tarik film komposit yang terbentuk pada larutan dengan konsentrasi berbeda. Terlihat dari gambar bahwa modulus Young dan perpanjangan putus sistem komposit HPMC/HPS cenderung menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi larutan, hal ini sejalan dengan transformasi bertahap HPMC dari fasa kontinyu ke fasa terdispersi pada Gambar 4. -4. Morfologi mikroskopisnya konsisten. Karena modulus Young dari homopolimer HPMC lebih tinggi dibandingkan dengan HPS, maka modulus Young dari sistem komposit HPMC/HPS diperkirakan akan meningkat ketika HPMC dalam fase kontinu.
4.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, larutan senyawa HPMC/HPS dan film komposit yang dapat dimakan dengan konsentrasi dan rasio peracikan yang berbeda disiapkan, dan morfologi mikroskopis serta transisi fase sistem senyawa HPMC/HPS diamati dengan analisis mikroskop optik pewarnaan yodium untuk membedakan fase pati. Transmisi cahaya dan sifat mekanik film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan dipelajari dengan spektrofotometer UV-vis dan penguji sifat mekanik, dan pengaruh berbagai konsentrasi dan rasio peracikan pada sifat optik dan sifat mekanik sistem peracikan dipelajari. Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis sistem senyawa HPMC/HPS dibangun dengan menggabungkan struktur mikro sistem komposit, seperti struktur mikro, transisi fasa dan pemisahan fasa, serta sifat makroskopis seperti sifat optik dan sifat mekanik. Temuan utamanya adalah sebagai berikut:
- Metode analisis mikroskop optik untuk membedakan fase pati dengan pewarnaan yodium merupakan metode yang paling sederhana, langsung dan efektif untuk mempelajari morfologi dan transisi fase sistem senyawa berbasis pati. Dengan pewarnaan yodium, fase pati tampak semakin gelap di bawah mikroskop cahaya, sedangkan HPMC tidak ternoda sehingga warnanya tampak lebih terang.
- Sistem senyawa HPMC/HPS tidak dapat larut, dan terdapat titik transisi fasa dalam sistem senyawa, dan titik transisi fasa ini memiliki ketergantungan rasio senyawa dan ketergantungan konsentrasi larutan tertentu.
- Sistem senyawa HPMC/HPS memiliki kompatibilitas yang baik, dan sejumlah besar mesofasa terdapat dalam sistem senyawa. Pada fase perantara, fase kontinu terdispersi dalam fase terdispersi dalam keadaan partikel.
- Fase terdispersi HPS dalam matriks HPMC menunjukkan bentuk bola yang serupa pada konsentrasi berbeda; HPMC menunjukkan morfologi yang tidak teratur pada matriks HPS, dan ketidakteraturan morfologi tersebut meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi.
- Hubungan antara struktur mikro, transisi fasa, transparansi dan sifat mekanik sistem komposit HPMC/HPS telah ditetapkan. A. Titik terendah transparansi sistem senyawa sesuai dengan titik transisi fasa HPMC dari fasa kontinyu ke fasa terdispersi dan titik minimum penurunan modulus tarik. B. Modulus Young dan perpanjangan putus menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang berhubungan dengan perubahan morfologi HPMC dari fase kontinu ke fase terdispersi dalam sistem senyawa.
Singkatnya, sifat makroskopis sistem komposit HPMC/HPS berkaitan erat dengan struktur morfologi mikroskopis, transisi fasa, pemisahan fasa dan fenomena lainnya, dan sifat komposit dapat diatur dengan mengontrol struktur fasa dan kompatibilitas komposit. sistem.
Bab 5 Pengaruh Derajat Substitusi Hidroksipropil HPS terhadap Sifat Reologi Sistem Senyawa HPMC/HPS
Telah diketahui bahwa perubahan kecil pada struktur kimia pati dapat menyebabkan perubahan dramatis pada sifat reologinya. Oleh karena itu, modifikasi kimia menawarkan kemungkinan untuk memperbaiki dan mengendalikan sifat reologi produk berbasis pati [342]. Pada gilirannya, menguasai pengaruh struktur kimia pati terhadap sifat reologinya dapat lebih memahami sifat struktural produk berbasis pati, dan memberikan dasar untuk desain pati termodifikasi dengan sifat fungsional pati yang lebih baik [235]. Pati hidroksipropil adalah pati modifikasi profesional yang banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan. Biasanya dibuat melalui reaksi eterifikasi pati asli dengan propilen oksida dalam kondisi basa. Hidroksipropil adalah gugus hidrofilik. Masuknya gugus-gugus tersebut ke dalam rantai molekul pati dapat memutus atau melemahkan ikatan hidrogen intramolekul yang mempertahankan struktur granula pati. Oleh karena itu, sifat fisikokimia pati hidroksipropil berkaitan dengan derajat substitusi gugus hidroksipropil pada rantai molekulnya [233, 235, 343, 344].
Banyak penelitian telah menyelidiki pengaruh derajat substitusi hidroksipropil terhadap sifat fisikokimia pati hidroksipropil. Han dkk. mempelajari pengaruh pati lilin hidroksipropil dan tepung maizena hidroksipropil terhadap struktur dan karakteristik retrogradasi kue beras ketan Korea. Studi tersebut menemukan bahwa hidroksipropilasi dapat menurunkan suhu gelatinisasi pati dan meningkatkan kapasitas menahan air pati. kinerja, dan secara signifikan menghambat fenomena penuaan pati pada kue beras ketan Korea [345]. Kaur dkk. mempelajari pengaruh substitusi hidroksipropil terhadap sifat fisikokimia berbagai varietas tepung kentang, dan menemukan bahwa derajat substitusi hidroksipropil tepung kentang bervariasi dengan varietas yang berbeda, dan pengaruhnya terhadap sifat-sifat pati dengan ukuran partikel besar Lebih signifikan; reaksi hidroksipropilasi menyebabkan banyak fragmen dan alur pada permukaan butiran pati; Substitusi hidroksipropil dapat secara signifikan meningkatkan sifat pembengkakan, kelarutan air dan kelarutan pati dalam dimetil sulfoksida, dan meningkatkan transparansi pasta pati [346]. Lawal dkk. mempelajari pengaruh substitusi hidroksipropil terhadap sifat pati ubi jalar. Penelitian menunjukkan bahwa setelah modifikasi hidroksipropil, kapasitas pengembangan bebas dan kelarutan pati dalam air meningkat; rekristalisasi dan retrogradasi pati asli terhambat; Kecernaan ditingkatkan [347]. Schmitz dkk. menyiapkan tepung tapioka hidroksipropil dan ternyata memiliki kapasitas pengembangan dan viskositas yang lebih tinggi, laju penuaan yang lebih rendah, dan stabilitas beku-cair yang lebih tinggi [344].
Namun, hanya ada sedikit penelitian tentang sifat reologi pati hidroksipropil, dan efek modifikasi hidroksipropil terhadap sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa berbasis pati sejauh ini jarang dilaporkan. Chun dkk. mempelajari reologi larutan pati beras hidroksipropil konsentrasi rendah (5%). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh modifikasi hidroksipropil pada keadaan tunak dan viskoelastisitas dinamis larutan pati berhubungan dengan derajat substitusi, dan sejumlah kecil substitusi hidroksipropil Propil dapat mengubah sifat reologi larutan pati secara signifikan; koefisien viskositas larutan pati menurun dengan meningkatnya derajat substitusi, dan ketergantungan suhu dari sifat reologinya meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil. Jumlahnya menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi [342]. Lee dkk. mempelajari pengaruh substitusi hidroksipropil terhadap sifat fisik dan sifat reologi pati ubi jalar, dan hasilnya menunjukkan bahwa kemampuan pengembangan dan kelarutan air pati meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil; Nilai entalpi menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil; koefisien viskositas, viskositas kompleks, tegangan luluh, viskositas kompleks dan modulus dinamis larutan pati semuanya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, indeks fluida dan faktor kehilangan. Meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil; kekuatan gel lem pati menurun, stabilitas beku-cair meningkat, dan efek sineresis menurun [235].
Pada bab ini, pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS terhadap sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS dipelajari. Situasi transisi sangat penting untuk pemahaman mendalam tentang hubungan antara pembentukan struktur dan sifat reologi. Selain itu, mekanisme gelasi dari sistem senyawa pendingin balik HPMC/HPS telah dibahas sebelumnya, untuk memberikan beberapa panduan teoretis untuk sistem gel pendingin balik panas serupa lainnya.
5.1 Bahan dan Peralatan
5.1.1 Bahan percobaan utama
5.1.2 Instrumen dan perlengkapan utama
5.2 Metode eksperimen
5.2.1 Pembuatan larutan majemuk
Larutan senyawa HPMC/HPS 15% dengan rasio peracikan berbeda (100/0, 50/50, 0/100) dan HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil berbeda (G80, A939, A1081) telah disiapkan. Metode pembuatan A1081, A939, HPMC dan larutan senyawanya ditunjukkan pada 2.2.1. G80 dan larutan senyawanya dengan HPMC digelatinisasi dengan cara diaduk pada kondisi 1500psi dan 110°C dalam autoklaf, karena pati Asli G80 memiliki amilosa tinggi (80%), dan suhu gelatinisasinya lebih tinggi dari 100 °C, yang tidak dapat dicapai dengan metode gelatinisasi penangas air asli [348].
5.2.2 Sifat reologi larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
5.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Sama seperti 2.2.2.1
5.2.2.2 Metode pengujian mode aliran
Penjepit pelat paralel dengan diameter 60 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 1 mm.
- Ada metode uji aliran pra-geser dan tiksotropi tiga tahap. Sama seperti 2.2.2.2.
- Metode uji aliran tanpa pra-geser dan tiksotropi cincin tiksotropik. Suhu pengujian adalah 25 °C, a. Geser dengan kecepatan meningkat, rentang laju geser 0-1000 s-1, waktu geser 1 menit; B. Geser konstan, laju geser 1000 s-1, waktu geser 1 menit; C. Pengurangan kecepatan geser, kisaran laju geser 1000-0s-1, dan waktu geser 1 menit.
5.2.2.3 Metode uji mode osilasi
Perlengkapan pelat paralel dengan diameter 60 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 1 mm.
- Sapuan variabel deformasi. Suhu uji 25 °C, frekuensi 1 Hz, deformasi 0,01-100 %.
- Pemindaian suhu. Frekuensi 1 Hz, deformasi 0,1 %, a. Proses pemanasan, suhu 5-85 °C, laju pemanasan 2 °C/menit; B. Proses pendinginan, suhu 85-5 °C, laju pendinginan 2 °C/menit. Segel minyak silikon digunakan di sekitar sampel untuk menghindari hilangnya kelembapan selama pengujian.
- Sapuan frekuensi. Variasi 0,1 %, frekuensi 1-100 rad/s. Pengujian dilakukan masing-masing pada suhu 5 °C dan 85 °C, dan disetimbangkan pada suhu pengujian selama 5 menit sebelum pengujian.
Hubungan antara modulus penyimpanan G′ dan modulus kerugian G″ larutan polimer dan frekuensi sudut ω mengikuti hukum pangkat:
dimana n′ dan n″ masing-masing adalah kemiringan log G′-log ω dan log G″-log ω;
G0′ dan G0″ masing-masing merupakan perpotongan log G′-log ω dan log G″-log ω.
5.2.3 Mikroskop optik
5.2.3.1 Prinsip instrumen
Sama seperti 4.2.3.1
5.2.3.2 Metode pengujian
Larutan senyawa 3% 5:5 HPMC/HPS dikeluarkan pada suhu yang berbeda yaitu 25 °C, 45 °C, dan 85 °C, diteteskan pada kaca objek yang dijaga pada suhu yang sama, dan dicetak ke dalam film tipis. larutan lapisan dan dikeringkan pada suhu yang sama. Film diwarnai dengan larutan yodium 1%, ditempatkan di bidang mikroskop cahaya untuk diamati dan difoto.
5.3 Hasil dan Pembahasan
5.3.1 Analisis viskositas dan pola aliran
5.3.1.1 Metode uji aliran tanpa pra-geser dan tiksotropi cincin tiksotropik
Dengan menggunakan metode uji aliran tanpa pra-geser dan metode tiksotropik cincin tiksotropik, dipelajari viskositas larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-1. Terlihat dari gambar bahwa viskositas seluruh sampel menunjukkan tren menurun seiring dengan meningkatnya laju geser akibat aksi gaya geser, yang menunjukkan fenomena penipisan geser pada derajat tertentu. Sebagian besar larutan atau lelehan polimer dengan konsentrasi tinggi mengalami penguraian yang kuat dan penataan ulang molekul akibat geser, sehingga menunjukkan perilaku fluida pseudoplastik [305, 349, 350]. Namun, derajat pengenceran geser larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda adalah berbeda.
Gambar 5-1 Viskositas vs. laju geser larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda (tanpa pra-penggeseran, simbol padat dan berongga masing-masing menunjukkan laju peningkatan dan penurunan laju proses)
Terlihat dari gambar bahwa viskositas dan derajat ketipisan geser sampel HPS murni lebih tinggi dibandingkan dengan sampel senyawa HPMC/HPS, sedangkan derajat ketipisan geser larutan HPMC paling rendah, terutama karena viskositas HPS. pada suhu rendah secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan HPMC. Selain itu, untuk larutan senyawa HPMC/HPS dengan perbandingan senyawa yang sama, viskositasnya meningkat seiring dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS. Hal ini mungkin terjadi karena penambahan gugus hidroksipropil pada molekul pati memutus ikatan hidrogen antarmolekul dan menyebabkan disintegrasi butiran pati. Hidroksipropilasi secara signifikan mengurangi fenomena penipisan geser pati, dan fenomena penipisan geser pati asli adalah yang paling nyata. Dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil secara terus menerus, derajat penipisan geser HPS secara bertahap menurun.
Semua sampel mempunyai cincin tiksotropik pada kurva tegangan geser-laju geser, yang menunjukkan bahwa semua sampel mempunyai derajat tiksotropi tertentu. Kekuatan tiksotropik ditunjukkan dengan besar kecilnya luas cincin tiksotropik. Semakin banyak tiksotropik sampelnya [351]. Indeks aliran n dan koefisien viskositas K larutan sampel dapat dihitung dengan hukum pangkat Ostwald-de Waele (lihat persamaan (2-1)).
Tabel 5-1 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) selama proses peningkatan laju dan penurunan laju serta area loop tiksotropi larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada 25 °C
Tabel 5-1 menunjukkan indeks aliran n, koefisien viskositas K dan luas cincin tiksotropik larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda pada proses geser naik dan geser menurun. Terlihat dari tabel bahwa indeks aliran n seluruh sampel kurang dari 1 yang menunjukkan bahwa semua larutan sampel merupakan fluida pseudoplastik. Untuk sistem senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang sama, indeks aliran n meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan HPMC, menunjukkan bahwa penambahan HPMC membuat larutan senyawa menunjukkan karakteristik fluida Newtonian yang lebih kuat. Namun dengan bertambahnya kandungan HPMC maka koefisien viskositas K terus menurun, hal ini menunjukkan bahwa penambahan HPMC menurunkan viskositas larutan senyawa, karena koefisien viskositas K sebanding dengan viskositas. Nilai n dan nilai K HPS murni dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda pada tahap geser naik keduanya mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, hal ini menunjukkan bahwa modifikasi hidroksipropilasi dapat meningkatkan pseudoplastisitas pati dan menurunkan Viskositas larutan pati. Sebaliknya, nilai n meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi pada tahap geser menurun, yang menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan perilaku fluida Newtonian larutan setelah geser berkecepatan tinggi. Nilai n dan nilai K dari sistem senyawa HPMC/HPS dipengaruhi oleh hidroksipropilasi HPS dan HPMC, yang merupakan hasil dari aksi gabungan keduanya. Dibandingkan dengan tahap geser meningkat, nilai n semua sampel pada tahap geser menurun menjadi lebih besar, sedangkan nilai K menjadi lebih kecil, menunjukkan bahwa viskositas larutan senyawa berkurang setelah geser kecepatan tinggi, dan Perilaku fluida Newton dari larutan majemuk ditingkatkan. .
Luas cincin tiksotropik menurun seiring dengan meningkatnya kandungan HPMC, yang menunjukkan bahwa penambahan HPMC mengurangi tiksotropi larutan senyawa dan meningkatkan stabilitasnya. Untuk larutan senyawa HPMC/HPS dengan perbandingan peracikan yang sama, luas cincin tiksotropik berkurang seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, yang menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan stabilitas HPS.
5.3.1.2 Metode pencukuran dengan metode pra-pemotongan dan metode tiksotropik tiga tahap
Metode geser dengan pra-geser digunakan untuk mempelajari perubahan viskositas larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda dengan laju geser. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-2. Terlihat dari gambar bahwa larutan HPMC hampir tidak menunjukkan penipisan geser, sedangkan sampel lainnya menunjukkan penipisan geser. Hal ini sesuai dengan hasil yang diperoleh dengan metode pencukuran tanpa pencukuran awal. Dapat juga dilihat dari gambar bahwa pada laju geser yang rendah, sampel yang tersubstitusi hidroksipropil tinggi menunjukkan daerah dataran tinggi.
Gambar 5-2 Viskositas vs. laju geser larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda (dengan pra-penggeseran)
Viskositas geser nol (h0), indeks aliran (n) dan koefisien viskositas (K) yang diperoleh melalui pemasangan ditunjukkan pada Tabel 5-2. Dari tabel, kita dapat melihat bahwa untuk sampel HPS murni, nilai n yang diperoleh dari kedua metode meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi, yang menunjukkan bahwa sifat padat larutan pati menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi. Dengan meningkatnya konten HPMC, nilai n semuanya menunjukkan tren menurun, menunjukkan bahwa HPMC mengurangi perilaku larutan yang berbentuk padat. Hal ini menunjukkan bahwa hasil analisis kualitatif kedua metode tersebut konsisten.
Membandingkan data yang diperoleh untuk sampel yang sama dengan metode pengujian yang berbeda, ditemukan bahwa nilai n yang diperoleh setelah pra-penggeseran selalu lebih besar dibandingkan dengan yang diperoleh dengan metode tanpa pra-penggeseran, yang menunjukkan bahwa sistem komposit yang diperoleh dengan metode pra-penggeseran. -metode geser adalah benda padat yang perilakunya lebih rendah dibandingkan dengan yang diukur dengan metode tanpa pemotongan awal. Hal ini dikarenakan hasil akhir yang diperoleh pada pengujian tanpa pra-geser sebenarnya merupakan hasil gabungan aksi laju geser dan waktu geser, sedangkan metode pengujian dengan pra-geser terlebih dahulu menghilangkan efek tiksotropik dengan geser tinggi selama jangka waktu tertentu. waktu. Oleh karena itu, metode ini dapat lebih akurat menentukan fenomena penipisan geser dan karakteristik aliran sistem senyawa.
Dari tabel tersebut, kita juga dapat melihat bahwa untuk perbandingan peracikan yang sama (5:5), nilai n dari sistem peracikan mendekati 1, dan n yang telah dicukur sebelumnya meningkat seiring dengan derajat substitusi hidroksipropil. Hal ini menunjukkan bahwa HPMC adalah fase kontinu dalam sistem senyawa, dan HPMC memiliki efek yang lebih kuat pada sampel pati dengan derajat substitusi hidroksipropil yang rendah, yang konsisten dengan hasil bahwa nilai n meningkat seiring dengan peningkatan derajat substitusi tanpa pra-penggeseran sebaliknya. Nilai K dari sistem senyawa dengan derajat substitusi yang berbeda pada kedua metode adalah serupa, dan tidak terdapat tren yang jelas, sedangkan viskositas geser nol menunjukkan tren penurunan yang jelas, karena viskositas geser nol tidak bergantung pada geser. kecepatan. Viskositas intrinsik dapat secara akurat mencerminkan sifat-sifat zat itu sendiri.
Gambar 5-3 Tixotropy tiga interval larutan campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Metode tiksotropik tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh derajat substitusi hidroksipropil pati hidroksipropil yang berbeda terhadap sifat tiksotropik sistem senyawa. Terlihat dari Gambar 5-3 bahwa pada tahap geser rendah, viskositas larutan menurun seiring dengan meningkatnya kandungan HPMC, dan menurun dengan meningkatnya derajat substitusi, yang sesuai dengan hukum viskositas geser nol.
Tingkat pemulihan struktur setelah waktu yang berbeda dalam tahap pemulihan dinyatakan dengan tingkat pemulihan viskositas DSR, dan metode perhitungannya ditunjukkan pada 2.3.2. Dapat dilihat dari Tabel 5-2 bahwa dalam waktu pemulihan yang sama, DSR HPS murni jauh lebih rendah dibandingkan HPMC murni, hal ini terutama karena molekul HPMC adalah rantai yang kaku, dan waktu relaksasinya singkat, dan strukturnya dapat dipulihkan dalam waktu singkat. pulih. Meskipun HPS adalah rantai yang fleksibel, waktu relaksasinya lama, dan pemulihan strukturnya memerlukan waktu lama. Dengan meningkatnya derajat substitusi, DSR HPS murni menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan fleksibilitas rantai molekul pati dan membuat waktu relaksasi HPS lebih lama. DSR larutan senyawa lebih rendah dibandingkan dengan sampel HPS murni dan HPMC murni, tetapi dengan meningkatnya derajat substitusi HPS hidroksipropil, DSR sampel senyawa meningkat, yang menunjukkan bahwa tiksotropi sistem senyawa meningkat seiring dengan peningkatan. peningkatan substitusi hidroksipropil HPS. Nilai ini menurun dengan meningkatnya derajat substitusi radikal, yang konsisten dengan hasil tanpa pemotongan awal.
Tabel 5-2 Viskositas geser nol (h0), indeks perilaku aliran (n), indeks konsistensi fluida (K) selama peningkatan laju dan derajat pemulihan struktur (DSR) setelah waktu pemulihan tertentu untuk larutan HPS/HPMC dengan hidropropil berbeda derajat substitusi HPS pada 25 °C
Singkatnya, uji keadaan tunak tanpa pra-penggeseran dan uji tiksotropi cincin tiksotropik dapat menganalisis sampel secara kualitatif dengan perbedaan kinerja yang besar, namun untuk senyawa dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda dengan perbedaan kinerja yang kecil Hasil penelitian larutan tersebut bertentangan dengan hasil yang sebenarnya, karena data yang diukur merupakan hasil komprehensif pengaruh laju geser dan waktu geser, serta tidak dapat benar-benar mencerminkan pengaruh satu variabel saja.
5.3.2 Daerah viskoelastik linier
Telah diketahui bahwa untuk hidrogel, modulus penyimpanan G′ ditentukan oleh kekerasan, kekuatan dan jumlah rantai molekul efektif, dan modulus kehilangan G′′ ditentukan oleh migrasi, pergerakan dan gesekan molekul kecil dan gugus fungsi. . Hal ini ditentukan oleh konsumsi energi gesekan seperti getaran dan rotasi. Adanya tanda perpotongan modulus penyimpanan G′ dan modulus kerugian G″ (yaitu tan δ = 1). Peralihan dari larutan ke gel disebut titik gel. Modulus penyimpanan G′ dan modulus kehilangan G″ sering digunakan untuk mempelajari perilaku gelasi, laju pembentukan dan sifat struktural struktur jaringan gel [352]. Mereka juga dapat mencerminkan perkembangan struktur internal dan struktur molekul selama pembentukan struktur jaringan gel. interaksi [353].
Gambar 5-4 menunjukkan kurva sapuan regangan larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda pada frekuensi 1 Hz dan rentang regangan 0,01%-100%. Terlihat dari gambar bahwa pada daerah deformasi bawah (0,01–1%), semua sampel kecuali HPMC berada pada G′ > G″, menunjukkan keadaan gel. Untuk HPMC, G′ berbentuk bilangan bulat. Rentang variabel selalu lebih kecil dari G”, yang menunjukkan bahwa HPMC berada dalam keadaan solusi. Selain itu, ketergantungan deformasi viskoelastisitas sampel yang berbeda berbeda. Untuk sampel G80, ketergantungan frekuensi viskoelastisitas lebih jelas: ketika deformasi lebih besar dari 0,3%, terlihat bahwa G' berangsur-angsur menurun, disertai dengan peningkatan G yang signifikan”. peningkatan, serta peningkatan tan δ yang signifikan; dan berpotongan ketika besaran deformasi 1,7%, yang menunjukkan bahwa struktur jaringan gel G80 rusak parah setelah besaran deformasi melebihi 1,7%, dan berada dalam keadaan larutan.
Gambar 5-4 Modulus penyimpanan (G′) dan modulus kehilangan (G″) vs. regangan untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidroipropil HPS yang berbeda (Simbol padat dan berongga masing-masing menunjukkan G′ dan G″)
Gambar 5-5 tan δ vs. regangan untuk larutan campuran HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Terlihat dari gambar bahwa daerah viskoelastik linier HPS murni jelas menyempit seiring dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil. Dengan kata lain, seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, perubahan signifikan pada kurva tan δ cenderung muncul pada kisaran jumlah deformasi yang lebih tinggi. Secara khusus, wilayah viskoelastik linier G80 adalah yang tersempit dari semua sampel. Oleh karena itu, daerah viskoelastik linier G80 digunakan untuk menentukan
Kriteria penentuan nilai variabel deformasi pada rangkaian pengujian berikut. Untuk sistem senyawa HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, daerah viskoelastik linier juga menyempit seiring dengan menurunnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, namun efek penyusutan derajat substitusi hidroksipropil pada daerah viskoelastik linier tidak begitu jelas.
5.3.3 Sifat viskoelastik selama pemanasan dan pendinginan
Sifat viskoelastik dinamis larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 5-6. Terlihat dari gambar, HPMC menunjukkan empat tahap selama proses pemanasan: daerah dataran tinggi awal, dua tahap pembentukan struktur, dan daerah dataran tinggi akhir. Pada tahap dataran tinggi awal, G′ < G″, nilai G′ dan G″ kecil, dan cenderung sedikit menurun seiring dengan kenaikan suhu, menunjukkan perilaku viskoelastik cairan yang umum. Gelasi termal HPMC memiliki dua tahap pembentukan struktur berbeda yang dibatasi oleh perpotongan G′ dan G″ (yaitu, titik transisi larutan-gel, sekitar 49 °C), yang konsisten dengan laporan sebelumnya. Konsisten [160, 354]. Pada suhu tinggi, karena asosiasi hidrofobik dan asosiasi hidrofilik, HPMC secara bertahap membentuk struktur lintas jaringan [344, 355, 356]. Pada daerah dataran tinggi bagian ekor, nilai G′ dan G″ yang tinggi menunjukkan bahwa struktur jaringan gel HPMC sudah terbentuk sempurna.
Keempat tahapan HPMC ini muncul secara berurutan dalam urutan terbalik seiring dengan penurunan suhu. Persimpangan G′ dan G″ bergeser ke wilayah suhu rendah sekitar 32 °C selama tahap pendinginan, yang mungkin disebabkan oleh histeresis [208] atau efek kondensasi rantai pada suhu rendah [355]. Mirip dengan HPMC, sampel lain selama proses pemanasan juga terdapat empat tahap, dan fenomena reversibel terjadi selama proses pendinginan. Namun terlihat dari gambar bahwa G80 dan A939 menunjukkan proses yang disederhanakan tanpa perpotongan antara G' dan G”, bahkan kurva G80 tidak muncul. Area platform di belakang.
Untuk HPS murni, derajat substitusi hidroksipropil yang lebih tinggi dapat menggeser suhu awal dan akhir pembentukan gel, terutama suhu awal, yaitu masing-masing 61 °C untuk G80, A939, dan A1081. , 62 °C dan 54 °C. Selain itu, untuk sampel HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, dengan meningkatnya derajat substitusi, nilai G′ dan G″ keduanya cenderung menurun, hal ini konsisten dengan hasil penelitian sebelumnya [357, 358]. Semakin tinggi derajat substitusi maka tekstur gel menjadi lunak. Oleh karena itu, hidroksipropilasi merusak struktur pati asli dan meningkatkan hidrofilisitasnya [343].
Untuk sampel senyawa HPMC/HPS, G′ dan G″ menurun seiring dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS, yang konsisten dengan hasil HPS murni. Terlebih lagi, dengan penambahan HPMC, derajat substitusi mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap G′. Efek dengan G” menjadi kurang terasa.
Kurva viskoelastik seluruh sampel komposit HPMC/HPS menunjukkan tren yang sama, yaitu HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi. Dengan kata lain, pada suhu rendah, HPS mendominasi sifat viskoelastik sistem senyawa, sedangkan pada suhu tinggi HPMC menentukan sifat viskoelastik sistem senyawa. Hasil ini terutama disebabkan oleh HPMC. Secara khusus, HPS adalah gel dingin, yang berubah dari bentuk gel menjadi larutan ketika dipanaskan; sebaliknya, HPMC adalah gel panas, yang secara bertahap membentuk gel dengan meningkatnya suhu struktur jaringan. Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, pada suhu rendah, sifat gel dari sistem senyawa terutama disumbangkan oleh gel dingin HPS, dan pada suhu tinggi, pada suhu hangat, gelasi HPMC mendominasi sistem senyawa.
Gambar 5-6 Modulus penyimpanan (G′), modulus kehilangan (G″) dan tan δ vs. suhu untuk larutan campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidroipropil HPS yang berbeda
Modulus sistem komposit HPMC/HPS, seperti yang diharapkan, berada di antara modulus HPMC murni dan HPS murni. Selain itu, sistem kompleks ini menunjukkan G′ > G″ di seluruh rentang pemindaian suhu, yang menunjukkan bahwa HPMC dan HPS masing-masing dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan molekul air, dan juga dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul satu sama lain. Selain itu, pada kurva faktor kerugian, semua sistem kompleks memiliki puncak tan δ pada suhu sekitar 45 °C, yang menunjukkan bahwa transisi fase kontinu telah terjadi dalam sistem kompleks. Transisi fase ini akan dibahas pada 5.3.6 berikutnya. melanjutkan diskusi.
5.3.4 Pengaruh suhu terhadap viskositas senyawa
Memahami pengaruh suhu terhadap sifat reologi bahan adalah penting karena beragamnya suhu yang mungkin terjadi selama pemrosesan dan penyimpanan [359, 360]. Pada kisaran 5 °C – 85 °C, pengaruh suhu terhadap viskositas kompleks larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 5-7. Dari Gambar 5-7(a), terlihat bahwa viskositas kompleks HPS murni menurun secara signifikan seiring dengan kenaikan suhu; viskositas HPMC murni sedikit menurun dari awal menjadi 45 °C dengan meningkatnya suhu. memperbaiki.
Kurva viskositas semua sampel senyawa menunjukkan tren yang sama terhadap suhu, pertama menurun dengan meningkatnya suhu dan kemudian meningkat dengan meningkatnya suhu. Selain itu, viskositas sampel yang diperparah mendekati HPS pada suhu rendah dan mendekati HPMC pada suhu tinggi. Hasil ini juga terkait dengan perilaku gelasi yang khas pada HPMC dan HPS. Kurva viskositas sampel gabungan menunjukkan transisi yang cepat pada 45 °C, mungkin karena transisi fase dalam sistem gabungan HPMC/HPS. Namun, perlu dicatat bahwa viskositas sampel senyawa G80/HPMC 5:5 pada suhu tinggi lebih tinggi dibandingkan HPMC murni, yang terutama disebabkan oleh viskositas intrinsik G80 yang lebih tinggi pada suhu tinggi [361]. Pada rasio peracikan yang sama, viskositas senyawa dari sistem peracikan menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS. Oleh karena itu, masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati dapat menyebabkan putusnya ikatan hidrogen intramolekul dalam molekul pati.
Gambar 5-7 Viskositas kompleks vs. suhu untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidroipropil HPS yang berbeda
Pengaruh suhu terhadap viskositas kompleks sistem senyawa HPMC/HPS sesuai dengan hubungan Arrhenius dalam kisaran suhu tertentu, dan viskositas kompleks memiliki hubungan eksponensial dengan suhu. Persamaan Arrheniusnya adalah sebagai berikut:
Diantaranya, η* adalah viskositas kompleks, Pa s;
A adalah sebuah konstanta, Pa s;
T adalah suhu absolut, K;
R adalah konstanta gas, 8,3144 J·mol–1·K–1;
E adalah energi aktivasi, J·mol–1.
Sesuai dengan rumus (5-3), kurva suhu-viskositas sistem senyawa dapat dibagi menjadi dua bagian menurut puncak tan δ pada 45 °C; sistem senyawa pada 5 °C – 45 °C dan 45 °C – 85 ° Nilai energi aktivasi E dan konstanta A yang diperoleh dengan menyesuaikan kisaran C ditunjukkan pada Tabel 5-3. Nilai energi aktivasi E yang dihitung adalah antara −174 kJ·mol−1 dan 124 kJ·mol−1, dan nilai konstanta A adalah antara 6,24×10−11 Pa·s dan 1,99×1028 Pa·s. Dalam kisaran pemasangan, koefisien korelasi yang dipasang lebih tinggi (R2 = 0,9071 –0,9892) kecuali untuk sampel G80/HPMC. Sampel G80/HPMC memiliki koefisien korelasi yang lebih rendah (R2= 0,4435) pada kisaran suhu 45 °C – 85 °C, yang mungkin disebabkan oleh kekerasan G80 yang lebih tinggi dan bobotnya yang lebih cepat dibandingkan dengan laju Kristalisasi HPS lainnya [ 362]. Sifat G80 ini membuatnya lebih mungkin membentuk senyawa non-homogen bila digabungkan dengan HPMC.
Pada kisaran suhu 5 °C – 45 °C, nilai E sampel komposit HPMC/HPS sedikit lebih rendah dibandingkan dengan HPS murni, hal ini mungkin disebabkan oleh interaksi antara HPS dan HPMC. Mengurangi ketergantungan viskositas pada suhu. Nilai E HPMC murni lebih tinggi dibandingkan sampel lainnya. Energi aktivasi untuk semua sampel yang mengandung pati memiliki nilai positif yang rendah, menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih rendah, penurunan viskositas seiring dengan suhu tidak terlalu terasa dan formulasi menunjukkan tekstur seperti pati.
Tabel 5-3 Parameter persamaan Arrhenius (E: energi aktivasi; A: konstanta; R 2 : koefisien determinasi) dari Persamaan (1) untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat hidroksipropilasi HPS yang berbeda
Namun, pada kisaran suhu yang lebih tinggi yaitu 45 °C – 85 °C, nilai E berubah secara kualitatif antara sampel HPS murni dan sampel komposit HPMC/HPS, dan nilai E HPS murni adalah 45,6 kJ·mol−1 – Dalam kisaran suhu 124 kJ·mol−1, nilai E kompleks berada pada kisaran -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1 . Perubahan ini menunjukkan pengaruh kuat HPMC terhadap energi aktivasi sistem kompleks, karena nilai E HPMC murni adalah -174 kJ mol−1. Nilai E HPMC murni dan sistem gabungan adalah negatif, yang menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih tinggi, viskositas meningkat seiring dengan peningkatan suhu, dan senyawa tersebut menunjukkan tekstur perilaku seperti HPMC.
Pengaruh HPMC dan HPS pada viskositas kompleks sistem senyawa HPMC/HPS pada suhu tinggi dan suhu rendah konsisten dengan sifat viskoelastik yang dibahas.
5.3.5 Sifat mekanik dinamis
Gambar 5-8 menunjukkan kurva sapuan frekuensi pada 5 °C larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda. Dapat dilihat dari gambar bahwa HPS murni menunjukkan perilaku khas seperti benda padat (G′ > G″), sedangkan HPMC menunjukkan perilaku seperti cairan (G′ < G″). Semua formulasi HPMC/HPS menunjukkan perilaku seperti padat. Untuk sebagian besar sampel, G′ dan G″ meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi, yang menunjukkan bahwa perilaku material seperti padat adalah kuat.
HPMC murni menunjukkan ketergantungan frekuensi yang jelas yang sulit dilihat pada sampel HPS murni. Seperti yang diharapkan, sistem kompleks HPMC/HPS menunjukkan tingkat ketergantungan frekuensi tertentu. Untuk semua sampel yang mengandung HPS, n′ selalu lebih rendah dari n″, dan G″ menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, yang menunjukkan bahwa sampel ini lebih elastis daripada kental [352, 359, 363]. Oleh karena itu, kinerja sampel yang diperparah terutama ditentukan oleh HPS, yang terutama karena HPMC menyajikan keadaan larutan dengan viskositas lebih rendah pada suhu rendah.
Tabel 5-4 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada 5 °C sebagaimana ditentukan dari Persamaan. (5-1) dan (5-2)
Gambar 5-8 Modulus penyimpanan (G′) dan modulus kehilangan (G″) vs. frekuensi untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidroipropil HPS yang berbeda pada 5 °C
HPMC murni menunjukkan ketergantungan frekuensi yang jelas yang sulit dilihat pada sampel HPS murni. Seperti yang diharapkan untuk kompleks HPMC/HPS, sistem ligan menunjukkan tingkat ketergantungan frekuensi tertentu. Untuk semua sampel yang mengandung HPS, n′ selalu lebih rendah dari n″, dan G″ menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, yang menunjukkan bahwa sampel ini lebih elastis daripada kental [352, 359, 363]. Oleh karena itu, kinerja sampel yang diperparah terutama ditentukan oleh HPS, yang terutama karena HPMC menyajikan keadaan larutan dengan viskositas lebih rendah pada suhu rendah.
Gambar 5-9 menunjukkan kurva sapuan frekuensi larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda pada 85°C. Seperti dapat dilihat dari gambar, semua sampel HPS lainnya kecuali A1081 menunjukkan perilaku khas seperti benda padat. Untuk A1081, nilai G' dan G” sangat dekat, dan G' sedikit lebih kecil dari G”, yang menunjukkan bahwa A1081 berperilaku sebagai fluida.
Hal ini mungkin karena A1081 adalah gel dingin dan mengalami transisi gel-ke-larutan pada suhu tinggi. Di sisi lain, untuk sampel dengan rasio peracikan yang sama, nilai n′, n″, G0′ dan G0″ (Tabel 5-5) semuanya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, yang menunjukkan bahwa hidroksipropilasi menurunkan solid- seperti perilaku pati pada suhu tinggi (85°C). Secara khusus, n′ dan n″ dari G80 mendekati 0, menunjukkan perilaku seperti benda padat yang kuat; sebaliknya, nilai n′ dan n″ dari A1081 mendekati 1, menunjukkan perilaku fluida yang kuat. Nilai n' dan n” ini konsisten dengan data untuk G' dan G”. Selain itu, seperti dapat dilihat dari Gambar 5-9, derajat substitusi hidroksipropil dapat meningkatkan ketergantungan frekuensi HPS secara signifikan pada suhu tinggi.
Gambar 5-9 Modulus penyimpanan (G′) dan modulus kehilangan (G″) vs. frekuensi untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidroipropil HPS yang berbeda pada 85 °C
Gambar 5-9 menunjukkan bahwa HPMC menunjukkan perilaku seperti benda padat (G′ > G″) pada 85°C, yang terutama disebabkan oleh sifat termogelnya. Selain itu, G′ dan G″ HPMC bervariasi terhadap frekuensi. Peningkatannya tidak banyak berubah, menunjukkan tidak memiliki ketergantungan frekuensi yang jelas.
Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, nilai n′ dan n″ keduanya mendekati 0, dan G0′ secara signifikan lebih tinggi daripada G0 (Tabel″ 5-5), yang menegaskan perilakunya yang seperti benda padat. Di sisi lain, substitusi hidroksipropil yang lebih tinggi dapat mengubah perilaku HPS dari padat menjadi cair, sebuah fenomena yang tidak terjadi dalam larutan majemuk. Selain itu, untuk sistem gabungan yang ditambah dengan HPMC, dengan peningkatan frekuensi, baik G' dan G” tetap relatif stabil, dan nilai n' dan n” mendekati nilai HPMC. Semua hasil ini menunjukkan bahwa HPMC mendominasi viskoelastisitas sistem gabungan pada suhu tinggi 85°C.
Tabel 5-5 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada 85 °C sebagaimana ditentukan dari Persamaan. (5-1) dan (5-2)
5.3.6 Morfologi sistem komposit HPMC/HPS
Transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS dipelajari dengan mikroskop optik pewarnaan yodium. Sistem kompon HPMC/HPS dengan perbandingan kompon 5:5 diuji pada suhu 25 °C, 45 °C dan 85 °C. Gambar mikroskop cahaya berwarna di bawah ini ditunjukkan pada Gambar 5-10. Terlihat dari gambar bahwa setelah pewarnaan dengan iodium, fasa HPS diwarnai menjadi warna yang lebih gelap, dan fasa HPMC menunjukkan warna yang lebih terang karena tidak dapat diwarnai dengan iodium. Oleh karena itu, kedua fase HPMC/HPS dapat dibedakan dengan jelas. Pada suhu yang lebih tinggi, luas daerah gelap (fase HPS) bertambah dan luas daerah terang (fase HPMC) berkurang. Khususnya, pada 25 °C, HPMC (warna cerah) adalah fase kontinu dalam sistem komposit HPMC/HPS, dan fase HPS bola kecil (warna gelap) tersebar dalam fase kontinu HPMC. Sebaliknya, pada suhu 85 °C, HPMC menjadi fase terdispersi yang sangat kecil dan berbentuk tidak beraturan yang terdispersi dalam fase kontinu HPS.
Gambar 5-8 Morfologi campuran HPMC/HPS 1:1 yang diwarnai pada 25 °C, 45 °C, dan 85 °C
Dengan meningkatnya suhu, seharusnya terdapat titik transisi morfologi fasa dari fasa kontinyu dari HPMC ke HPS pada sistem senyawa HPMC/HPS. Secara teori, hal ini seharusnya terjadi jika viskositas HPMC dan HPS sama atau sangat mirip. Seperti dapat dilihat dari mikrograf 45 °C pada Gambar 5-10, diagram fase “pulau laut” yang khas tidak muncul, namun fase kontinyu teramati. Pengamatan ini juga menegaskan fakta bahwa transisi fase dari fase kontinu mungkin terjadi pada puncak tan δ pada kurva suhu faktor disipasi yang dibahas pada 5.3.3.
Dapat juga dilihat dari gambar bahwa pada suhu rendah (25 °C), beberapa bagian fasa terdispersi HPS gelap menunjukkan derajat warna cerah tertentu, hal ini mungkin disebabkan karena sebagian fasa HPMC ada pada fasa HPS di dalam. bentuk fase terdispersi. tengah. Secara kebetulan, pada suhu tinggi (85 °C), beberapa partikel kecil berwarna gelap terdistribusi dalam fase terdispersi HPMC berwarna cerah, dan partikel kecil berwarna gelap ini merupakan fase kontinu HPS. Pengamatan ini menunjukkan bahwa terdapat tingkat mesofasa tertentu dalam sistem senyawa HPMC-HPS, sehingga juga menunjukkan bahwa HPMC memiliki kompatibilitas tertentu dengan HPS.
5.3.7 Diagram skema transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS
Berdasarkan perilaku reologi klasik larutan polimer dan titik gel komposit [216, 232] dan perbandingan dengan kompleks yang dibahas dalam makalah, diusulkan model prinsip untuk transformasi struktural kompleks HPMC/HPS dengan suhu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5-11.
Gambar 5-11 Struktur skema transisi sol-gel HPMC (a); HPS (b); dan HPMC/HPS (c)
Perilaku gel HPMC dan mekanisme transisi larutan-gel terkait telah banyak dipelajari [159, 160, 207, 208]. Salah satu yang diterima secara luas adalah bahwa rantai HPMC ada dalam solusi dalam bentuk kumpulan agregat. Gugus-gugus ini saling berhubungan dengan membungkus beberapa struktur selulosa yang tidak tersubstitusi atau sedikit larut, dan terhubung ke daerah yang tersubstitusi secara padat melalui agregasi hidrofobik gugus metil dan gugus hidroksil. Pada suhu rendah, molekul air membentuk struktur seperti sangkar di luar gugus metil hidrofobik dan struktur cangkang air di luar gugus hidrofilik seperti gugus hidroksil, sehingga mencegah HPMC membentuk ikatan hidrogen antar rantai pada suhu rendah. Ketika suhu meningkat, HPMC menyerap energi dan struktur sangkar air serta cangkang air ini rusak, yang merupakan kinetika transisi larutan-gel. Pecahnya keramba air dan cangkang air memaparkan gugus metil dan hidroksipropil ke lingkungan berair, yang mengakibatkan peningkatan volume bebas secara signifikan. Pada suhu yang lebih tinggi, karena asosiasi hidrofobik gugus hidrofobik dan asosiasi hidrofilik gugus hidrofilik, struktur jaringan tiga dimensi gel akhirnya terbentuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(a).
Setelah gelatinisasi pati, amilosa larut dari butiran pati membentuk struktur heliks tunggal berongga, yang terus menerus digulung dan akhirnya menimbulkan keadaan kumparan acak. Struktur heliks tunggal ini membentuk rongga hidrofobik di bagian dalam dan permukaan hidrofilik di bagian luar. Struktur pati yang padat ini memberikan stabilitas yang lebih baik [230-232]. Oleh karena itu, HPS ada dalam bentuk kumparan acak variabel dengan beberapa segmen heliks terentang dalam larutan air pada suhu tinggi. Ketika suhu menurun, ikatan hidrogen antara HPS dan molekul air terputus dan ikatan air hilang. Akhirnya, struktur jaringan tiga dimensi terbentuk karena pembentukan ikatan hidrogen antar rantai molekul, dan terbentuklah gel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(b).
Biasanya, ketika dua komponen dengan viskositas yang sangat berbeda digabungkan, komponen dengan viskositas tinggi cenderung membentuk fase terdispersi dan terdispersi dalam fase kontinu dari komponen dengan viskositas rendah. Pada suhu rendah, viskositas HPMC jauh lebih rendah dibandingkan HPS. Oleh karena itu, HPMC membentuk fase kontinu yang mengelilingi fase gel HPS dengan viskositas tinggi. Di tepi kedua fase, gugus hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebagian air yang terikat dan membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPS. Selama proses pemanasan, rantai molekul HPS berpindah karena menyerap energi yang cukup dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air sehingga mengakibatkan pecahnya struktur gel. Pada saat yang sama, struktur keramba air dan struktur cangkang air pada rantai HPMC dihancurkan dan secara bertahap pecah sehingga memperlihatkan gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur jaringan gel karena ikatan hidrogen antarmolekul dan asosiasi hidrofobik, dan dengan demikian menjadi fase terdispersi dengan viskositas tinggi yang terdispersi dalam fase kontinu HPS dari kumparan acak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(c). Oleh karena itu, HPS dan HPMC mendominasi sifat reologi, sifat gel dan morfologi fasa gel komposit masing-masing pada suhu rendah dan tinggi.
Masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati memutus struktur ikatan hidrogen intramolekul internalnya, sehingga molekul amilosa yang tergelatinisasi berada dalam keadaan membengkak dan meregang, yang meningkatkan volume hidrasi efektif molekul dan menghambat kecenderungan molekul pati untuk terjerat secara acak. dalam larutan air [362]. Oleh karena itu, sifat hidrofilik dan hidrofilik yang besar membuat rekombinasi rantai molekul amilosa dan pembentukan daerah ikatan silang menjadi sulit [233]. Oleh karena itu, dengan penurunan suhu dibandingkan dengan pati asli, HPS cenderung membentuk struktur jaringan gel yang lebih longgar dan lembut.
Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, semakin banyak fragmen heliks yang teregang dalam larutan HPS, yang dapat membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPMC pada batas kedua fase, sehingga membentuk struktur yang lebih seragam. Selain itu, hidroksipropilasi mengurangi viskositas pati, sehingga mengurangi perbedaan viskositas antara HPMC dan HPS dalam formulasi. Oleh karena itu, titik transisi fasa dalam sistem kompleks HPMC/HPS bergeser ke suhu rendah seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS. Hal ini dapat dipastikan dengan perubahan viskositas secara tiba-tiba seiring dengan suhu sampel yang dilarutkan pada 5.3.4.
5.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda telah disiapkan, dan pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS terhadap sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS diselidiki dengan rheometer. Distribusi fase sistem komposit gel dingin dan panas HPMC/HPS dipelajari dengan analisis mikroskop optik pewarnaan yodium. Temuan utamanya adalah sebagai berikut:
- Pada suhu kamar, viskositas dan shear Thinning larutan senyawa HPMC/HPS menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS. Hal ini terutama karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati menghancurkan struktur ikatan hidrogen intramolekulnya dan meningkatkan hidrofilisitas pati.
- Pada suhu kamar, viskositas geser nol h0, indeks aliran n, dan koefisien viskositas K larutan senyawa HPMC/HPS dipengaruhi oleh HPMC dan hidroksipropilasi. Dengan meningkatnya kandungan HPMC, viskositas geser nol h0 menurun, indeks aliran n meningkat, dan koefisien viskositas K menurun; viskositas geser nol h0, indeks aliran n dan koefisien viskositas K HPS murni semuanya meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi propil, hidroksil menjadi lebih kecil; tetapi untuk sistem senyawa, viskositas geser nol h0 berkurang dengan meningkatnya derajat substitusi, sedangkan indeks aliran n dan konstanta viskositas K meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi.
- Metode geser dengan pra-penggeseran dan tiksotropi tiga tahap dapat lebih akurat mencerminkan viskositas, sifat aliran, dan tiksotropi larutan senyawa.
- Daerah viskoelastik linier sistem senyawa HPMC/HPS menyempit seiring dengan menurunnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.
- Dalam sistem senyawa gel dingin-panas ini, HPMC dan HPS masing-masing dapat membentuk fase kontinu pada suhu rendah dan tinggi. Perubahan struktur fasa ini secara signifikan dapat mempengaruhi viskositas kompleks, sifat viskoelastik, ketergantungan frekuensi dan sifat gel dari gel kompleks.
- Sebagai fase terdispersi, HPMC dan HPS dapat menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa HPMC/HPS pada suhu tinggi dan rendah. Kurva viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
- Perbedaan derajat modifikasi kimia struktur pati juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat gel. Hasilnya menunjukkan bahwa viskositas kompleks, modulus penyimpanan, dan modulus kehilangan semuanya menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS. Oleh karena itu, hidroksipropilasi pati asli dapat mengganggu keteraturan strukturnya dan meningkatkan hidrofilisitas pati sehingga menghasilkan tekstur gel yang lembut.
- Hidroksipropilasi dapat mengurangi sifat padat larutan pati pada suhu rendah dan sifat cair pada suhu tinggi. Pada suhu rendah, nilai n′ dan n″ menjadi lebih besar seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS; pada suhu tinggi, nilai n′ dan n″ menjadi lebih kecil dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.
- Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel sistem komposit HPMC/HPS telah ditetapkan. Baik perubahan mendadak pada kurva viskositas sistem gabungan maupun puncak tan δ pada kurva faktor kerugian muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fase kontinu yang diamati pada mikrograf (pada 45 °C).
Singkatnya, sistem komposit gel dingin-panas HPMC/HPS menunjukkan morfologi dan sifat fase yang dikontrol suhu khusus. Melalui berbagai modifikasi kimia pati dan selulosa, sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS dapat digunakan untuk pengembangan dan penerapan material cerdas bernilai tinggi.
Bab 6 Pengaruh Derajat Substitusi HPS terhadap Sifat dan Kompatibilitas Sistem Membran Komposit HPMC/HPS
Terlihat dari Bab 5 bahwa perubahan struktur kimia komponen-komponen dalam sistem senyawa menentukan perbedaan sifat reologi, sifat gel dan sifat pengolahan lainnya dari sistem senyawa. Kinerja secara keseluruhan memiliki dampak yang signifikan.
Bab ini berfokus pada pengaruh struktur kimia komponen terhadap struktur mikro dan sifat makroskopis membran komposit HPMC/HPS. Dikombinasikan dengan pengaruh Bab 5 pada sifat reologi sistem komposit, sifat reologi sistem komposit HPMC/HPS ditentukan hubungan antara sifat film.
6.1 Bahan dan Peralatan
6.1.1 Bahan percobaan utama
6.1.2 Instrumen dan perlengkapan utama
6.2 Metode eksperimen
6.2.1 Pembuatan membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Konsentrasi total larutan senyawa adalah 8% (b/b), rasio senyawa HPMC/HPS adalah 10:0, 5:5, 0:10, pemlastisnya adalah 2,4% (b/b) polietilen glikol, Yang dapat dimakan film komposit HPMC/HPS dibuat dengan metode casting. Untuk metode persiapan spesifik, lihat 3.2.1.
6.2.2 Struktur mikrodomain membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.2.1 Prinsip analisis struktur mikro radiasi sinkrotron hamburan sinar-X sudut kecil
Hamburan Sinar-X Malaikat Kecil (SAXS) mengacu pada fenomena hamburan yang disebabkan oleh sinar X-ray yang menyinari sampel yang diuji dalam sudut kecil dekat dengan sinar X-ray. Berdasarkan perbedaan kerapatan elektron skala nano antara hamburan dan medium sekitarnya, hamburan sinar-X sudut kecil biasanya digunakan dalam studi bahan polimer padat, koloid, dan cair dalam rentang skala nano. Dibandingkan dengan teknologi difraksi sinar-X sudut lebar, SAXS dapat memperoleh informasi struktural dalam skala yang lebih besar, yang dapat digunakan untuk menganalisis konformasi rantai molekul polimer, struktur periode panjang, dan struktur fasa serta distribusi fasa sistem kompleks polimer. . Sumber cahaya sinar-X Synchrotron adalah sumber cahaya berkinerja tinggi jenis baru, yang memiliki keunggulan kemurnian tinggi, polarisasi tinggi, pulsa sempit, kecerahan tinggi, dan kolimasi tinggi, sehingga dapat memperoleh informasi struktur material berskala nano lebih cepat. dan akurat. Menganalisis spektrum SAXS dari zat yang diukur secara kualitatif dapat memperoleh keseragaman kerapatan awan elektron, keseragaman kerapatan awan elektron satu fasa (deviasi positif dari Porod atau teorema Debye), dan kejelasan antarmuka dua fase (deviasi negatif dari Porod atau teorema Debye). ), kesamaan diri pencar (apakah memiliki fitur fraktal), dispersi pencar (monodispersitas atau polidispersitas ditentukan oleh Guinier) dan informasi lainnya, serta dimensi fraktal pencar, radius girasi, dan lapisan rata-rata unit berulang juga dapat diperoleh secara kuantitatif. Ketebalan, ukuran rata-rata, fraksi volume sebar, luas permukaan spesifik dan parameter lainnya.
6.2.2.2 Metode pengujian
Di Pusat Radiasi Sinkronisasi Australia (Clayton, Victoria, Australia), sumber radiasi sinkrotron generasi ketiga yang canggih di dunia (fluks 1013 foton/dtk, panjang gelombang 1,47 Å) digunakan untuk menentukan struktur domain mikro dan informasi terkait lainnya dari komposit film. Pola hamburan dua dimensi dari sampel uji dikumpulkan oleh detektor Pilatus 1M (area 169 × 172 μm, ukuran piksel 172 × 172 μm), dan sampel yang diukur berada dalam kisaran 0,015 < q < 0,15 Å−1 ( q adalah vektor hamburan) Kurva hamburan sinar-X sudut kecil satu dimensi bagian dalam diperoleh dari pola hamburan dua dimensi dengan perangkat lunak ScatterBrain, dan vektor hamburan q dan sudut hamburan 2 diubah dengan rumus i / , dimana adalah panjang gelombang sinar-X. Semua data telah dinormalisasi sebelum analisis data.
6.2.3 Analisis termogravimetri membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.3.1 Prinsip analisis termogravimetri
Sama seperti 3.2.5.1
6.2.3.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.5.2
6.2.4 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.4.1 Prinsip analisis properti tarik
Sama seperti 3.2.6.1
6.2.4.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.6.2
Menggunakan standar ISO37, dipotong menjadi spline berbentuk dumbbell, dengan panjang total 35mm, jarak antar garis penanda 12mm, dan lebar 2mm. Semua benda uji diseimbangkan pada kelembaban 75% selama lebih dari 3 hari.
6.2.5 Permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.5.1 Prinsip analisis permeabilitas oksigen
Sama seperti 3.2.7.1
6.2.5.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.7.2
6.3 Hasil dan Pembahasan
6.3.1 Analisis struktur kristal film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Gambar 6-1 menunjukkan spektrum hamburan sinar-X sudut kecil dari film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Dapat dilihat dari gambar bahwa dalam rentang skala yang relatif besar q > 0,3 Å (2θ > 40), puncak karakteristik yang jelas muncul di semua sampel membran. Dari pola hamburan sinar-X pada film komponen murni (Gbr. 6-1a), HPMC murni memiliki puncak karakteristik hamburan sinar-X yang kuat pada 0,569 Å, yang menunjukkan bahwa HPMC memiliki puncak hamburan sinar-X pada sudut lebar. wilayah 7,70 (2θ > 50). Puncak karakteristik kristal, menunjukkan bahwa HPMC memiliki struktur kristal tertentu di sini. Sampel film pati A939 dan A1081 murni menunjukkan puncak hamburan sinar-X yang berbeda pada 0,397 Å, yang menunjukkan bahwa HPS memiliki puncak karakteristik kristalin di wilayah sudut lebar 5,30, yang sesuai dengan puncak kristalin tipe B dari pati. Terlihat jelas dari gambar bahwa A939 dengan substitusi hidroksipropil rendah memiliki luas puncak lebih besar dibandingkan A1081 dengan substitusi tinggi. Hal ini terutama karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam rantai molekul pati merusak struktur asli molekul pati, meningkatkan kesulitan penataan ulang dan ikatan silang antara rantai molekul pati, dan mengurangi derajat rekristalisasi pati. Dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil, efek penghambatan gugus hidroksipropil pada rekristalisasi pati menjadi lebih jelas.
Hal ini dapat dilihat dari spektrum hamburan sinar-X sudut kecil dari sampel komposit (Gbr. 6-1b) bahwa film komposit HPMC-HPS semuanya menunjukkan puncak karakteristik yang jelas pada 0,569 Å dan 0,397 Å, sesuai dengan kristal 7,70 HPMC puncak karakteristik, masing-masing. Area puncak kristalisasi HPS pada film komposit HPMC/A939 secara signifikan lebih besar dibandingkan dengan film komposit HPMC/A1081. Penataan ulang ditekan, yang konsisten dengan variasi luas puncak kristalisasi HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil dalam film komponen murni. Luas puncak kristalin yang sesuai dengan HPMC pada 7,70 untuk membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda tidak banyak berubah. Dibandingkan dengan spektrum sampel komponen murni (Gambar 5-1a), area puncak kristalisasi HPMC dan puncak kristalisasi HPS pada sampel komposit menurun, yang menunjukkan bahwa melalui kombinasi keduanya, HPMC dan HPS dapat efektif untuk kelompok lainnya. Fenomena rekristalisasi bahan pemisahan film memainkan peran penghambatan tertentu.
Gambar 6-1 Spektrum SAXS dari film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Kesimpulannya, peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS dan peracikan kedua komponen dapat menghambat fenomena rekristalisasi membran komposit HPMC/HPS sampai batas tertentu. Peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS terutama menghambat rekristalisasi HPS pada membran komposit, sedangkan senyawa dua komponen memainkan peran penghambatan tertentu dalam rekristalisasi HPS dan HPMC pada membran komposit.
6.3.2 Analisis struktur fraktal serupa membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Rata-rata panjang rantai (R) molekul polisakarida seperti molekul pati dan molekul selulosa berada pada kisaran 1000-1500 nm, dan q berada pada kisaran 0,01-0,1 Å-1, dengan qR >> 1. Menurut Rumus Porod, pada sampel film polisakarida dapat dilihat Hubungan antara intensitas hamburan sinar X sudut kecil dengan sudut hamburan adalah:
Diantaranya, I(q) adalah intensitas hamburan sinar-X sudut kecil;
q adalah sudut hamburan;
α adalah lereng Porod.
Kemiringan Porod α berhubungan dengan struktur fraktal. Jika α < 3 berarti struktur material relatif longgar, permukaan hamburan halus, merupakan fraktal massa, dan dimensi fraktalnya D = α; jika 3 < α < 4, berarti struktur material padat dan hamburannya adalah permukaan kasar yang merupakan permukaan fraktal, dan dimensi fraktalnya D = 6 – α.
Gambar 6-2 menunjukkan plot lnI(q)-lnq membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Dapat dilihat dari gambar bahwa semua sampel mempunyai struktur fraktal yang serupa dalam kisaran tertentu, dan kemiringan Porod α kurang dari 3, yang menunjukkan bahwa film komposit mempunyai fraktal massa, dan permukaan film komposit relatif mulus. Dimensi fraktal massa membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 6-1.
Tabel 6-1 menunjukkan dimensi fraktal membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Dapat dilihat dari tabel bahwa untuk sampel HPS murni, dimensi fraktal A939 yang disubstitusi dengan hidroksipropil rendah jauh lebih tinggi dibandingkan dengan A1081 yang disubstitusi dengan hidroksipropil tinggi, yang menunjukkan bahwa dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, pada membran. Kepadatan struktur serupa berkurang secara signifikan. Hal ini karena masuknya gugus hidroksipropil pada rantai molekul pati secara signifikan menghambat ikatan timbal balik segmen HPS, yang mengakibatkan penurunan kepadatan struktur serupa dalam film. Gugus hidroksipropil hidrofilik dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan molekul air, sehingga mengurangi interaksi antar segmen molekul; gugus hidroksipropil yang lebih besar membatasi rekombinasi dan ikatan silang antara segmen molekul pati, sehingga dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, HPS membentuk struktur serupa yang lebih longgar.
Untuk sistem senyawa HPMC/A939, dimensi fraktal HPS lebih tinggi daripada HPMC, hal ini karena pati mengkristal kembali, dan struktur yang lebih teratur terbentuk di antara rantai molekul, yang mengarah pada struktur serupa pada membran. . Kepadatan tinggi. Dimensi fraktal sampel senyawa lebih rendah dibandingkan dengan dua komponen murni, karena melalui penggabungan, ikatan timbal balik dari segmen molekul kedua komponen terhalang satu sama lain, sehingga kepadatan struktur serupa menurun. Sebaliknya, dalam sistem gabungan HPMC/A1081, dimensi fraktal HPS jauh lebih rendah dibandingkan HPMC. Hal ini karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati secara signifikan menghambat rekristalisasi pati. Struktur serupa diri pada kayu lebih longgar. Pada saat yang sama, dimensi fraktal sampel senyawa HPMC/A1081 lebih tinggi dibandingkan dengan HPS murni, yang juga berbeda secara signifikan dengan sistem senyawa HPMC/A939. Struktur serupa diri, molekul HPMC yang mirip rantai dapat memasuki rongga strukturnya yang longgar, sehingga meningkatkan kepadatan struktur serupa diri HPS, yang juga menunjukkan bahwa HPS dengan substitusi hidroksipropil tinggi dapat membentuk kompleks yang lebih seragam setelah peracikan dengan HPMC. bahan-bahan. Dari data sifat reologi terlihat bahwa hidroksipropilasi dapat menurunkan kekentalan pati, sehingga pada saat proses peracikan, perbedaan kekentalan kedua komponen dalam sistem peracikan berkurang sehingga lebih kondusif bagi terbentuknya senyawa yang homogen. menggabungkan.
Gambar 6-2 Pola lnI(q)-lnq dan kurva kesesuaiannya untuk film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Tabel 6-1 Parameter struktur fraktal film campuran HPS/HPMC dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Untuk membran komposit dengan rasio peracikan yang sama, dimensi fraktal juga menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil. Masuknya hidroksipropil ke dalam molekul HPS dapat mengurangi ikatan timbal balik segmen polimer dalam sistem senyawa, sehingga mengurangi kepadatan membran komposit; HPS dengan substitusi hidroksipropil tinggi memiliki kompatibilitas yang lebih baik dengan HPMC, Lebih mudah membentuk senyawa yang seragam dan padat. Oleh karena itu, densitas struktur self-similar pada membran komposit menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi HPS, yang merupakan akibat dari pengaruh gabungan derajat substitusi hidroksipropil HPS dan kompatibilitas kedua komponen dalam komposit. sistem.
6.3.3 Analisis stabilitas termal film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Alat analisa termogravimetri digunakan untuk menguji stabilitas termal film komposit dapat dimakan HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda. Gambar 6-3 menunjukkan kurva termogravimetri (TGA) dan kurva laju kehilangan berat (DTG) dari film komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Terlihat dari kurva TGA pada Gambar 6-3(a) bahwa sampel membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda-beda. Ada dua tahap perubahan termogravimetri yang jelas seiring dengan meningkatnya suhu. Pertama, ada tahap penurunan berat badan kecil pada suhu 30~180 °C, yang terutama disebabkan oleh penguapan air yang diserap oleh makromolekul polisakarida. Terdapat fase penurunan berat badan yang besar pada 300~450 °C, yang merupakan fase degradasi termal nyata, terutama disebabkan oleh degradasi termal HPMC dan HPS. Terlihat juga dari gambar bahwa kurva penurunan berat badan HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda adalah serupa dan berbeda nyata dengan HPMC. Antara dua jenis kurva penurunan berat badan untuk sampel HPMC murni dan HPS murni.
Dari kurva DTG pada Gambar 6-3(b), terlihat bahwa suhu degradasi termal HPS murni dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda sangat dekat, dan suhu puncak degradasi termal sampel A939 dan A081 adalah 310 °C. dan 305 °C, masing-masing Suhu puncak degradasi termal sampel HPMC murni jauh lebih tinggi dibandingkan HPS, dan suhu puncaknya adalah 365 °C; Film komposit HPMC/HPS memiliki dua puncak degradasi termal pada kurva DTG, yang masing-masing sesuai dengan degradasi termal HPS dan HPMC. Karakteristik puncak, yang menunjukkan adanya derajat pemisahan fasa tertentu pada sistem komposit dengan perbandingan komposit 5:5, sesuai dengan hasil degradasi termal film komposit dengan perbandingan komposit 5:5 pada Bab 3 Suhu puncak degradasi termal sampel film komposit HPMC/A939 masing-masing adalah 302 °C dan 363 °C; suhu puncak degradasi termal sampel film komposit HPMC/A1081 masing-masing adalah 306 °C dan 363 °C. Suhu puncak sampel film komposit bergeser ke suhu yang lebih rendah dibandingkan sampel komponen murni, yang mengindikasikan bahwa stabilitas termal sampel komposit berkurang. Untuk sampel dengan rasio peracikan yang sama, suhu puncak degradasi termal menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, menunjukkan bahwa stabilitas termal film komposit menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil. Hal ini karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati mengurangi interaksi antar segmen molekul dan menghambat penataan ulang molekul secara teratur. Hal ini konsisten dengan hasil bahwa kepadatan struktur serupa menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.
Gambar 6-3 Kurva TGA (a) dan kurva turunannya (DTG) (b) film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
6.3.4 Analisis sifat mekanik membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Gambar 6-5 Sifat tarik film HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda diuji dengan penganalisis sifat mekanik pada suhu 25 °C dan kelembaban relatif 75%. Gambar 6-5 menunjukkan modulus elastisitas (a), perpanjangan putus (b) dan kekuatan tarik (c) film komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Terlihat dari gambar bahwa untuk sistem kompon HPMC/A1081, dengan bertambahnya kandungan HPS maka modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit berangsur-angsur menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, yaitu konsisten dengan 3,3. 5 kelembaban sedang dan tinggi. Hasil membran komposit dengan rasio peracikan berbeda konsisten.
Untuk membran HPS murni, modulus elastisitas dan kekuatan tarik meningkat dengan menurunnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi mengurangi kekakuan membran komposit dan meningkatkan fleksibilitasnya. Hal ini terutama karena dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, hidrofilisitas HPS meningkat, dan struktur membran menjadi lebih longgar, yang konsisten dengan hasil bahwa dimensi fraktal menurun dengan meningkatnya derajat substitusi pada sudut kecil X-. uji hamburan sinar. Namun, perpanjangan putus menurun seiring dengan penurunan derajat substitusi gugus hidroksipropil HPS, hal ini terutama karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati dapat menghambat rekristalisasi pati. Hasilnya konsisten dengan peningkatan dan penurunan.
Untuk membran komposit HPMC/HPS dengan perbandingan senyawa yang sama, modulus elastisitas bahan membran meningkat dengan menurunnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, dan kekuatan tarik serta perpanjangan putus keduanya menurun dengan menurunnya derajat substitusi. Perlu dicatat bahwa sifat mekanik membran komposit bervariasi sepenuhnya dengan rasio peracikan dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda. Hal ini terutama karena sifat mekanik membran komposit tidak hanya dipengaruhi oleh derajat substitusi HPS pada struktur membran, tetapi juga oleh kompatibilitas antar komponen dalam sistem senyawa. Viskositas HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, sehingga lebih menguntungkan untuk membentuk senyawa seragam melalui peracikan.
6.3.5 Analisis permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Oksidasi yang disebabkan oleh oksigen merupakan tahap awal dalam banyak hal yang menyebabkan pembusukan makanan, sehingga film komposit yang dapat dimakan dengan sifat penghalang oksigen tertentu dapat meningkatkan kualitas makanan dan memperpanjang umur simpan makanan (108, 364). Oleh karena itu, laju transmisi oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda diukur, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-6. Terlihat dari gambar bahwa permeabilitas oksigen pada semua membran HPS murni jauh lebih rendah dibandingkan dengan membran HPMC murni, hal ini menunjukkan bahwa membran HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang lebih baik dibandingkan membran HPMC, hal ini sejalan dengan hasil sebelumnya. Untuk membran HPS murni dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda, laju transmisi oksigen meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi, yang menunjukkan bahwa area perembesan oksigen dalam bahan membran meningkat. Hal ini sesuai dengan analisis struktur mikro hamburan sinar-X sudut kecil bahwa struktur membran menjadi semakin longgar seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, sehingga saluran permeasi oksigen dalam membran menjadi lebih besar, dan oksigen dalam membran menjadi lebih besar. meresap Seiring bertambahnya area, laju transmisi oksigen juga meningkat secara bertahap.
Gambar 6-6 Permeabilitas oksigen film HPS/HPMC dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Untuk membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda, laju transmisi oksigen menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil. Hal ini terutama karena dalam sistem peracikan 5:5, HPS berada dalam bentuk fase terdispersi dalam fase kontinyu HPMC dengan viskositas rendah, dan viskositas HPS menurun seiring dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil. Semakin kecil perbedaan viskositas maka semakin kondusif bagi pembentukan senyawa homogen, semakin berliku saluran permeasi oksigen pada bahan membran, dan semakin kecil laju transmisi oksigen.
6.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, film komposit dapat dimakan HPMC/HPS dibuat dengan menuang HPS dan HPMC dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda, dan menambahkan polietilen glikol sebagai pemlastis. Pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda pada struktur kristal dan struktur mikrodomain membran komposit dipelajari dengan teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron. Pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda terhadap stabilitas termal, sifat mekanik dan permeabilitas oksigen membran komposit serta hukumnya dipelajari dengan penganalisis termogravimetri, penguji sifat mekanik, dan penguji permeabilitas oksigen. Temuan utamanya adalah sebagai berikut:
- Untuk membran komposit HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, luas puncak kristalisasi yang sesuai dengan HPS pada 5,30 berkurang, sedangkan luas puncak kristalisasi yang sesuai dengan HPMC pada 7,70 tidak banyak berubah, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi pati dapat menghambat rekristalisasi pati pada film komposit.
- Dibandingkan dengan membran komponen murni HPMC dan HPS, area puncak kristalisasi HPS (5,30) dan HPMC (7,70) dari membran komposit berkurang, yang menunjukkan bahwa melalui kombinasi keduanya, HPMC dan HPS dapat efektif dalam membran komposit. Rekristalisasi komponen lain memainkan peran penghambatan tertentu.
- Semua membran komposit HPMC/HPS menunjukkan struktur fraktal massa yang serupa. Untuk membran komposit dengan perbandingan senyawa yang sama, densitas bahan membran menurun secara signifikan dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil; substitusi hidroksipropil HPS rendah Kepadatan bahan membran komposit secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan bahan dua komponen murni, sedangkan kepadatan bahan membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS tinggi lebih tinggi dibandingkan dengan membran HPS murni, yaitu terutama karena kepadatan bahan membran komposit terpengaruh pada saat yang bersamaan. Pengaruh hidroksipropilasi HPS terhadap pengurangan pengikatan segmen polimer dan kompatibilitas antara dua komponen sistem senyawa.
- Hidroksipropilasi HPS dapat menurunkan stabilitas termal film komposit HPMC/HPS, dan suhu puncak degradasi termal film komposit bergeser ke daerah suhu rendah dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, hal ini disebabkan oleh gugus hidroksipropil dalam molekul pati. Pengenalan mengurangi interaksi antara segmen molekul dan menghambat penataan ulang molekul secara teratur.
- Modulus elastisitas dan kekuatan tarik membran HPS murni menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, sedangkan perpanjangan putus meningkat. Hal ini terutama karena hidroksipropilasi menghambat rekristalisasi pati dan membuat film komposit membentuk struktur yang lebih longgar.
- Modulus elastisitas film komposit HPMC/HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, namun kekuatan tarik dan perpanjangan putus meningkat, karena sifat mekanik film komposit tidak dipengaruhi oleh derajat substitusi hidroksipropil HPS. Selain pengaruh juga dipengaruhi oleh kesesuaian kedua komponen sistem senyawa tersebut.
- Permeabilitas oksigen HPS murni meningkat seiring dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, karena hidroksipropilasi mengurangi kepadatan daerah amorf HPS dan meningkatkan luas permeasi oksigen dalam membran; Membran komposit HPMC/HPS Permeabilitas oksigen menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, hal ini terutama karena HPS hiperhidroksipropilasi memiliki kompatibilitas yang lebih baik dengan HPMC, yang menyebabkan peningkatan liku-liku saluran permeasi oksigen pada membran komposit. Mengurangi permeabilitas oksigen.
Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa sifat makroskopis seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS berkaitan erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf, yang tidak hanya dipengaruhi oleh substitusi hidroksipropil HPS, tetapi juga dipengaruhi oleh substitusi hidroksipropil HPS. juga oleh kompleks. Pengaruh kompatibilitas dua komponen sistem ligan.
Kesimpulan dan Pandangan
- Kesimpulan
Dalam tulisan ini, gel termal HPMC dan gel dingin HPS digabungkan, dan sistem senyawa gel terbalik dingin dan panas HPMC/HPS dibangun. Konsentrasi larutan, rasio peracikan dan efek geser pada sistem senyawa dipelajari secara sistematis pengaruh sifat reologi seperti viskositas, indeks aliran dan tiksotropi, dikombinasikan dengan sifat mekanik, sifat termomekanik dinamis, permeabilitas oksigen, sifat transmisi cahaya dan stabilitas termal dari film komposit dibuat dengan metode pengecoran. Sifat komprehensif, dan kompatibilitas pewarnaan anggur yodium, transisi fase dan morfologi fase sistem komposit dipelajari dengan mikroskop optik, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis HPMC/HPS ditetapkan. Untuk mengontrol sifat-sifat komposit dengan mengontrol struktur fasa dan kompatibilitas sistem komposit HPMC/HPS sesuai dengan hubungan antara sifat makroskopis dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS. Dengan mempelajari efek HPS yang dimodifikasi secara kimia dengan derajat yang berbeda pada sifat reologi, sifat gel, struktur mikro dan sifat makroskopis membran, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis dari sistem gel terbalik dingin dan panas HPMC/HPS diselidiki lebih lanjut. Hubungan antara keduanya, dan model fisik dibuat untuk memperjelas mekanisme gelasi dan faktor-faktor yang mempengaruhinya serta hukum gel dingin dan panas dalam sistem senyawa. Studi yang relevan telah menarik kesimpulan berikut.
- Mengubah rasio peracikan sistem senyawa HPMC/HPS dapat secara signifikan meningkatkan sifat reologi seperti viskositas, fluiditas dan tiksotropi HPMC pada suhu rendah. Hubungan antara sifat reologi dan struktur mikro sistem senyawa dipelajari lebih lanjut. Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Pada suhu rendah, sistem senyawa merupakan struktur “pulau laut” fase terdispersi fase kontinu, dan transisi fase kontinu terjadi pada 4:6 dengan penurunan rasio senyawa HPMC/HPS. Ketika rasio peracikan tinggi (kandungan HPMC lebih banyak), HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, dan HPS adalah fase terdispersi. Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, ketika komponen dengan viskositas rendah adalah fase kontinu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fase kontinu, kontribusi viskositas fase kontinu terhadap viskositas sistem senyawa berbeda secara signifikan. Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu; bila HPS dengan viskositas tinggi merupakan fasa kontinyu, maka HPMC sebagai fasa terdispersi akan menurunkan viskositas HPS dengan viskositas tinggi. memengaruhi. Dengan meningkatnya kandungan HPS dan konsentrasi larutan dalam sistem senyawa, fenomena viskositas dan penipisan geser sistem senyawa secara bertahap meningkat, fluiditas menurun, dan perilaku sistem senyawa seperti padat meningkat. Viskositas dan tiksotropi HPMC diimbangi dengan formulasi dengan HPS.
(2) Untuk sistem peracikan 5:5, HPMC dan HPS masing-masing dapat membentuk fase kontinyu pada suhu rendah dan tinggi. Perubahan struktur fasa ini secara signifikan dapat mempengaruhi viskositas kompleks, sifat viskoelastik, ketergantungan frekuensi dan sifat gel dari gel kompleks. Sebagai fase terdispersi, HPMC dan HPS dapat menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa HPMC/HPS pada suhu tinggi dan rendah. Kurva viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
(3) Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel sistem komposit HPMC/HPS telah ditetapkan. Baik perubahan mendadak pada kurva viskositas sistem gabungan maupun puncak tan delta pada kurva faktor kerugian muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fase kontinu yang diamati pada mikrograf (pada 45 °C).
- Dengan mempelajari struktur mikro dan sifat mekanik, sifat termomekanis dinamis, transmisi cahaya, permeabilitas oksigen dan stabilitas termal membran komposit yang dibuat dengan rasio peracikan dan konsentrasi larutan yang berbeda, dikombinasikan dengan teknologi mikroskop optik pewarnaan yodium, penelitian Morfologi fase, transisi fase dan kompatibilitas kompleks diselidiki, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis kompleks ditetapkan. Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Tidak ada antarmuka dua fase yang jelas pada gambar SEM film komposit dengan rasio peracikan berbeda. Sebagian besar film komposit hanya memiliki satu titik transisi kaca pada hasil DMA, dan sebagian besar film komposit hanya memiliki satu puncak degradasi termal pada kurva DTG. Kombinasi ini menunjukkan bahwa HPMC mempunyai kompatibilitas tertentu dengan HPS.
(2) Kelembaban relatif mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik film komposit HPMC/HPS, dan derajat pengaruhnya meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan HPS. Pada kelembaban relatif yang lebih rendah, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPS, dan perpanjangan putus film komposit secara signifikan lebih rendah dibandingkan film komponen murni. Dengan meningkatnya kelembaban relatif, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, dan hubungan antara sifat mekanik film komposit dan rasio peracikan menunjukkan pola perubahan yang sangat berlawanan dalam kondisi berbeda. kelembaban relatif. Sifat mekanik membran komposit dengan rasio peracikan berbeda menunjukkan perpotongan dalam kondisi kelembaban relatif berbeda, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimalkan kinerja produk sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda.
(3) Hubungan antara struktur mikro, transisi fasa, transparansi dan sifat mekanik sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan. A. Titik terendah transparansi sistem senyawa sesuai dengan titik transisi fasa HPMC dari fasa kontinyu ke fasa terdispersi dan titik minimum penurunan modulus tarik. B. Modulus Young dan perpanjangan putus menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang berhubungan dengan perubahan morfologi HPMC dari fase kontinu ke fase terdispersi dalam sistem senyawa.
(4) Penambahan HPS meningkatkan liku-liku saluran permeasi oksigen pada membran komposit, secara signifikan mengurangi permeabilitas oksigen pada membran, dan meningkatkan kinerja penghalang oksigen pada membran HPMC.
- Pengaruh modifikasi kimia HPS terhadap sifat reologi sistem komposit dan sifat komprehensif membran komposit seperti struktur kristal, struktur daerah amorf, sifat mekanik, permeabilitas oksigen dan stabilitas termal dipelajari. Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Hidroksipropilasi HPS dapat menurunkan viskositas sistem senyawa pada suhu rendah, meningkatkan fluiditas larutan senyawa, dan mengurangi fenomena penipisan geser; hidroksipropilasi HPS dapat mempersempit daerah viskoelastik linier sistem senyawa, mengurangi suhu transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS, dan meningkatkan perilaku padat sistem senyawa pada suhu rendah dan fluiditas pada suhu tinggi.
(2) Hidroksipropilasi HPS dan peningkatan kompatibilitas kedua komponen dapat secara signifikan menghambat rekristalisasi pati dalam membran, dan mendorong pembentukan struktur serupa yang lebih longgar pada membran komposit. Pengenalan gugus hidroksipropil besar pada rantai molekul pati membatasi pengikatan timbal balik dan penataan ulang segmen molekul HPS yang teratur, sehingga menghasilkan pembentukan struktur HPS yang serupa dan lebih longgar. Untuk sistem yang kompleks, peningkatan derajat substitusi hidroksipropil memungkinkan molekul HPMC yang mirip rantai memasuki daerah rongga longgar HPS, yang meningkatkan kompatibilitas sistem kompleks dan meningkatkan kepadatan struktur HPS yang serupa. Kompatibilitas sistem senyawa meningkat seiring dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil, yang sejalan dengan hasil sifat reologi.
(3) Sifat makroskopis seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS berkaitan erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf. Efek gabungan dari kedua efek kompatibilitas kedua komponen tersebut.
- Dengan mempelajari pengaruh konsentrasi larutan, suhu dan modifikasi kimia HPS pada sifat reologi sistem senyawa, mekanisme gelasi sistem senyawa gel invers panas-dingin HPMC/HPS dibahas. Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Terdapat konsentrasi kritis (8%) dalam sistem senyawa, di bawah konsentrasi kritis, HPMC dan HPS terdapat dalam rantai molekul independen dan daerah fase; ketika konsentrasi kritis tercapai, fase HPS terbentuk dalam larutan sebagai kondensat. Pusat gel adalah struktur mikrogel yang dihubungkan melalui jalinan rantai molekul HPMC; di atas konsentrasi kritis, jalinan menjadi lebih kompleks dan interaksinya lebih kuat, serta larutan menunjukkan perilaku yang serupa dengan perilaku lelehan polimer.
(2) Sistem kompleks memiliki titik transisi fase kontinu dengan perubahan suhu, yang berhubungan dengan perilaku gel HPMC dan HPS dalam sistem kompleks. Pada suhu rendah, viskositas HPMC secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan HPS, sehingga HPMC membentuk fase kontinu yang mengelilingi fase gel HPS dengan viskositas tinggi. Di tepi kedua fase, gugus hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebagian air pengikatnya dan membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPS. Selama proses pemanasan, rantai molekul HPS berpindah karena menyerap energi yang cukup dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air sehingga mengakibatkan pecahnya struktur gel. Pada saat yang sama, struktur keramba air dan cangkang air pada rantai HPMC dihancurkan, dan secara bertahap pecah sehingga memperlihatkan gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur jaringan gel karena ikatan hidrogen antarmolekul dan asosiasi hidrofobik, dan dengan demikian menjadi fase terdispersi dengan viskositas tinggi yang terdispersi dalam fase kontinu kumparan acak HPS.
(3) Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, kompatibilitas sistem senyawa HPMC/HPS meningkat, dan suhu transisi fasa dalam sistem senyawa berpindah ke suhu rendah. Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, semakin banyak fragmen heliks yang teregang dalam larutan HPS, yang dapat membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPMC pada batas kedua fase, sehingga membentuk struktur yang lebih seragam. Hidroksipropilasi menurunkan viskositas pati, sehingga perbedaan viskositas antara HPMC dan HPS dalam senyawa menyempit, sehingga mendorong pembentukan senyawa yang lebih homogen, dan nilai minimum perbedaan viskositas antara kedua komponen bergerak ke rendah. wilayah suhu.
2. Poin inovasi
1. Merancang dan membangun sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS, dan mempelajari secara sistematis sifat reologi unik dari sistem ini, terutama konsentrasi larutan senyawa, rasio senyawa, suhu dan modifikasi kimia komponen. Hukum pengaruh sifat reologi, sifat gel dan kompatibilitas sistem senyawa dipelajari lebih lanjut, dan morfologi fasa dan transisi fasa dari sistem senyawa dipelajari lebih lanjut dikombinasikan dengan pengamatan mikroskop optik pencelupan yodium, dan mikromorfologi. struktur sistem senyawa didirikan- Hubungan sifat reologi-sifat gel. Untuk pertama kalinya, model Arrhenius digunakan agar sesuai dengan hukum pembentukan gel dari gel komposit fase terbalik dingin dan panas dalam rentang suhu berbeda.
2. Distribusi fasa, transisi fasa, dan kompatibilitas sistem komposit HPMC/HPS diamati dengan teknologi analisis mikroskop optik pewarnaan yodium, dan sifat transparansi-mekanis ditentukan dengan menggabungkan sifat optik dan sifat mekanik film komposit. Hubungan antara sifat mikrostruktur dan makroskopis seperti sifat-morfologi fasa dan sifat konsentrasi-mekanik-morfologi fasa. Untuk pertama kalinya mengamati secara langsung hukum perubahan morfologi fasa sistem senyawa ini dengan perbandingan peracikan, suhu dan konsentrasi, terutama kondisi transisi fasa dan pengaruh transisi fasa terhadap sifat-sifat sistem senyawa.
3. Struktur kristal dan struktur amorf membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda dipelajari oleh SAXS, dan mekanisme gelasi serta pengaruh gel komposit dibahas dalam kombinasi dengan hasil reologi dan sifat makroskopis seperti permeabilitas oksigen pada membran komposit. Faktor dan hukum, untuk pertama kalinya ditemukan bahwa viskositas sistem komposit berkaitan dengan kepadatan struktur serupa dalam membran komposit, dan secara langsung menentukan sifat makroskopik seperti permeabilitas oksigen dan sifat mekanik komposit. membran, dan menetapkan hubungan sifat reologi-struktur mikro-membran antara sifat material.
3. Pandangan
Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan bahan kemasan makanan yang aman dan dapat dimakan dengan menggunakan polimer alami terbarukan sebagai bahan bakunya telah menjadi pusat penelitian di bidang kemasan makanan. Dalam tulisan ini, polisakarida alami digunakan sebagai bahan baku utama. Dengan menggabungkan HPMC dan HPS, biaya bahan baku berkurang, kinerja pemrosesan HPMC pada suhu rendah ditingkatkan, dan kinerja penghalang oksigen dari membran komposit ditingkatkan. Melalui kombinasi analisis reologi, analisis mikroskop optik pencelupan yodium dan struktur mikro film komposit serta analisis kinerja komprehensif, morfologi fase, transisi fase, pemisahan fase dan kompatibilitas sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas dipelajari. Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis dari sistem komposit telah ditetapkan. Berdasarkan hubungan antara sifat makroskopis dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS, struktur fasa dan kompatibilitas sistem komposit dapat dikontrol untuk mengontrol material komposit. Penelitian dalam makalah ini memiliki arti penting sebagai panduan bagi proses produksi sebenarnya; mekanisme pembentukan, faktor-faktor yang mempengaruhi dan hukum gel komposit invers dingin dan panas dibahas, yang merupakan sistem komposit serupa dari gel invers dingin dan panas. Penelitian makalah ini memberikan model teoretis untuk memberikan panduan teoretis untuk pengembangan dan penerapan material pintar khusus yang dikontrol suhu. Hasil penelitian makalah ini mempunyai nilai teoritis yang baik. Penelitian makalah ini melibatkan persimpangan makanan, bahan, gel dan peracikan dan disiplin ilmu lainnya. Karena keterbatasan waktu dan metode penelitian, penelitian tentang topik ini masih memiliki banyak hal yang belum terselesaikan, yang dapat diperdalam dan ditingkatkan dari aspek-aspek berikut. memperluas:
Aspek teoretis:
- Untuk mengeksplorasi pengaruh rasio cabang rantai yang berbeda, berat molekul dan varietas HPS pada sifat reologi, sifat membran, morfologi fase, dan kompatibilitas sistem senyawa, dan untuk mengeksplorasi hukum pengaruhnya terhadap mekanisme pembentukan gel senyawa. sistem.
- Menyelidiki pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPMC, derajat substitusi metoksil, berat molekul dan sumber terhadap sifat reologi, sifat gel, sifat membran dan kompatibilitas sistem sistem senyawa, serta menganalisis pengaruh modifikasi kimia HPMC terhadap kondensasi senyawa. Mempengaruhi aturan mekanisme pembentukan gel.
- Pengaruh garam, pH, pemlastis, zat pengikat silang, zat antibakteri dan sistem senyawa lainnya terhadap sifat reologi, sifat gel, struktur dan sifat membran serta hukumnya dipelajari.
Aplikasi:
- Mengoptimalkan formula untuk aplikasi pengemasan paket bumbu, paket sayuran dan sup padat, dan mempelajari efek pengawetan bumbu, sayuran dan sup selama masa penyimpanan, sifat mekanik bahan, dan perubahan kinerja produk ketika terkena kekuatan eksternal. , dan Kelarutan air dan indeks higienis bahan. Ini juga dapat diterapkan pada makanan berbutir seperti kopi dan teh susu, serta kemasan kue, keju, makanan penutup, dan makanan lainnya yang dapat dimakan.
- Mengoptimalkan desain formula untuk penerapan kapsul tumbuhan obat botani, mempelajari lebih lanjut kondisi pengolahan dan pemilihan bahan pembantu yang optimal, serta menyiapkan produk kapsul berongga. Indikator fisika dan kimia seperti kerapuhan, waktu hancur, kandungan logam berat, dan kandungan mikroba diuji.
- Untuk aplikasi pemeliharaan segar buah-buahan dan sayuran, produk daging, dll., sesuai dengan metode pemrosesan yang berbeda yaitu penyemprotan, pencelupan, dan pengecatan, pilih formula yang sesuai, dan pelajari tingkat pembusukan buah, kehilangan kelembapan, konsumsi nutrisi, kekerasan sayuran setelah pengemasan selama masa penyimpanan, kilap dan rasa serta indikator lainnya; warna, pH, nilai TVB-N, asam tiobarbiturat dan jumlah mikroorganisme produk daging setelah pengemasan.
Waktu posting: 17 Oktober 2022