ריאולוגיה ותאימות של קומפלקס HPMC/HPS

ריאולוגיה ותאימות שלHPMC/HPSמוּרכָּב

מילות מפתח: הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה; עמילן הידרוקסיפרופיל; תכונות ריאולוגיות; תְאִימוּת; שינוי כימי.

Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) הוא פולימר פוליסכריד הנפוץ בהכנת סרטים אכילים. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה. לסרט שקיפות טובה, תכונות מכניות ותכונות מחסום שמן. עם זאת, HPMC הוא ג'ל המושרה תרמית, מה שמוביל לביצועי העיבוד הגרועים שלו בטמפרטורה נמוכה ובצריכת אנרגיית ייצור גבוהה; בנוסף, מחיר חומר הגלם היקר שלו מגביל את היישום הרחב שלו כולל שדה התרופות. עמילן הידרוקסיפרופיל (HPS) הוא חומר אכיל הנמצא בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה. יש לו מגוון רחב של מקורות ומחיר נמוך. זהו חומר אידיאלי להפחתת עלות HPMC. יתר על כן, תכונות הג'ל הקרות של HPs יכולות לאזן בין הצמיגות ותכונות ריאולוגיות אחרות של HPMC. , כדי לשפר את ביצועי העיבוד שלה בטמפרטורה נמוכה. בנוסף, לסרט Edible HPS יש תכונות מחסום חמצן מצוינות, כך שהוא יכול לשפר משמעותית את תכונות מחסום החמצן של סרט אכיל HPMC.

HPS נוספה ל-HPMC לצורך תרכובת, ונבנתה מערכת תרכובת ג'ל של שלב הפוך HPMC/HPS קר וחם. נדונו חוק ההשפעה של מאפיינים, נדון מנגנון האינטראקציה בין HPS ו- HPMC בתמיסה, התאימות ומעבר הפאזות של מערכת התרכובת, ונקבע הקשר בין התכונות הריאולוגיות והמבנה של מערכת התרכובת. התוצאות מראות כי למערכת המורכבת יש ריכוז קריטי (8%), מתחת לריכוז הקריטי, HPMC ו- HPs קיימים בשרשראות מולקולריות עצמאיות ובאזורי פאזה; מעל הריכוז הקריטי, שלב ה- HPS נוצר בתמיסה כמרכז הג'ל, מבנה המיקרוגל, המחובר על ידי שזורה של שרשראות מולקולריות HPMC, מציג התנהגות הדומה לזו של נמס פולימר. התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת ויחס המורכב תואמים את כלל הסכום הלוגריתמי ומראים מידה מסוימת של סטייה חיובית ושלילית, מה שמצביע על כך שלשני הרכיבים יש תאימות טובה. המערכת המורכבת היא מבנה שלב מפוזר שלב "האי-אי-אי-אי-איי" בטמפרטורה נמוכה, ומעבר הפאזה הרציף מתרחש ב -4: 6 עם הירידה ביחס המתחם HPMC/HPS.

כמרכיב חשוב של מוצרי מזון, אריזות מזון יכולות למנוע פגיעה וזיהום של מזון על ידי גורמים חיצוניים בתהליך המחזור והאחסון, ובכך להאריך את חיי המדף ואת תקופת האחסון של המזון. כסוג חדש של חומרי אריזת מזון בטוחים ואכילים, ואפילו בעלי ערך תזונתי מסוים, לסרט אכיל סיכויי יישום רחבים באריזות ושימור מזון, מזון מהיר וקפסולות פרמצבטיות, והפך למוקד מחקר במזון הנוכחי. שדות הקשורים לאריזה.

הממברנה המורכבת HPMC/HPS הוכנה בשיטת יציקה. התאימות והפרדת הפאזות של המערכת המורכבת נבדקו עוד יותר על ידי סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים, ניתוח מאפיינים תרמו -מכניים דינאמיים וניתוח תרמוגרווימטרי, והתכונות המכניות של הממברנה המורכבת נבדקו. וחדירות חמצן ותכונות ממברנה אחרות. התוצאות מראות כי לא נמצא ממשק דו-פאזי ברור מאליו בתמונות SEM של כל הסרטים המורכבים, יש רק נקודת מעבר אחת זכוכית בתוצאות DMA של מרבית הסרטים המורכבים, ורק שיא השפלה תרמית אחד מופיע בעקומות DTG מבין מרבית הסרטים המורכבים. ל- HPMC יש תאימות מסוימת ל- HPS. תוספת של HPS ל- HPMC משפרת משמעותית את תכונות מחסום החמצן של הממברנה המורכבת. התכונות המכניות של הממברנה המורכבת משתנות מאוד ביחס ההרכבה והלחות היחסית של הסביבה, ומציגים נקודת מוצלב, שיכולה לספק הפניה לאופטימיזציה של מוצרים לדרישות יישום שונות.

The microscopic morphology, phase distribution, phase transition and other microstructures of the HPMC/HPS compound system were studied by simple iodine dyeing optical microscope analysis, and the transparency and mechanical properties of the compound system were studied by ultraviolet spectrophotometer and mechanical property tester. הוקם הקשר בין המבנה המורפולוגי המיקרוסקופי לבין הביצועים המקיפים המקרוסקופיים של מערכת המורכבת HPMC/HPS. התוצאות מראות כי מספר גדול של מזופאזים קיימים במערכת המורכבת, שיש לה תאימות טובה. קיימת נקודת מעבר שלב במערכת המורכבת, ולנקודת המעבר שלב זה יש יחס מורכב מסוים ותלות ריכוז תמיסה. נקודת השקיפות הנמוכה ביותר של המערכת המורכבת תואמת את נקודת המעבר שלב של HPMC משלב רציף לשלב מפוזר והנקודה המינימלית של מודול המתיחה. המודולוס וההארכה של הצעיר בהפסקה פחתו עם עליית ריכוז התמיסה, שהיה קשר סיבתי עם המעבר של HPMC מהשלב הרציף לשלב המפוזר.

ריאומטר שימש לחקר ההשפעה של שינוי כימי של HPs על התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכת תרכובת הג'ל של HPMC/HPS ומערכת ג'ל שלב הפוך. נבדקו יכולות ומעברים שלב, והוקם הקשר בין מיקרו -מבנה לתכונות ריאולוגיות וג'ל. תוצאות המחקר מראות כי ההידרוקסיפרופילציה של HPs יכולה להפחית את הצמיגות של המערכת המורכבת בטמפרטורה נמוכה, לשפר את נזילות הפיתרון המורכב ולהפחית את תופעת דילול הגזירה; ההידרוקסיפרופילציה של HPs יכולה לצמצם את הצמיגות הליניארית של המערכת המורכבת. באזור האלסטי מצטמצמת טמפרטורת המעבר שלב של מערכת ההתרכבות HPMC/HPS, וההתנהגות המוצקה של המערכת המורכבת בטמפרטורה נמוכה והנזילות בטמפרטורה גבוהה משופרת. HPMC ו- HPS יוצרים שלבים רציפים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, בהתאמה, וכשלבים מפוזרים קובעים את התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של המערכת המורכבת בטמפרטורות גבוהות ונמוכות. הן השינוי הפתאומי בעקומת הצמיגות של המערכת המורכבת והן שיא הדלתא השיזוף בעקומת גורם האובדן מופיע בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס, מה שהדהד את תופעת הפאזות הרציפות שנצפתה במיקרוגרפים המוכתמים ביוד ב 45 מעלות צלזיוס.

The effect of chemical modification of HPS on the crystalline structure and micro-divisional structure of the composite film was studied by synchrotron radiation small-angle X-ray scattering technology, and the mechanical properties, oxygen barrier properties and thermal stability of the composite film were systematically studied the influence of chemical structure changes of compound components on the microstructure and macroscopic properties of compound systems. התוצאות של קרינת סינכרוטרון הראו כי ההידרוקסיפרופילציה של HPs ושיפור התאימות של שני המרכיבים עלולים לעכב משמעותית את ההתגבשות מחדש של העמילן בקרום ולקדם את היווצרותו של מבנה דו-דמי משוחרר בממברנה המורכבת. התכונות המקרוסקופיות כמו תכונות מכניות, יציבות תרמית וחדירות חמצן של קרום מורכב HPMC/HPS קשורים קשר הדוק למבנה הגבישי הפנימי ולמבנה האזור האמורפי. ההשפעה המשולבת של שתי ההשפעות.

פרק ראשון מבוא

כמרכיב חשוב בסחורות מזון, חומרי אריזת מזון יכולים להגן על המזון מפני נזק וזיהום פיזי, כימי וביולוגי במהלך זרימת הדם והאחסון, לשמור על איכות המזון עצמו, להקל על צריכת המזון ולהבטיח מזון. אחסון ושימור לטווח ארוך, ולתת מראה למזון כדי למשוך צריכה ולהשיג ערך מעבר לעלות החומר [1-4]. כסוג חדש של חומר אריזת מזון שהוא בטוח ואכיל, ואף יש לו ערך תזונתי מסוים, לסרט אכיל יש סיכויי יישום רחבים באריזות ושימור מזון, מזון מהיר ותוספות תרופות, והפך לנקודה חמה מחקרית במזון הנוכחי packaging related fields.

סרטים אכילים הם סרטים עם מבנה רשת נקבובי, המתקבלים בדרך כלל על ידי עיבוד פולימרים אכילים טבעיים. פולימרים טבעיים רבים הקיימים באופיים הם בעלי תכונות ג'ל, והפתרונות המימיים שלהם יכולים ליצור הידרוגלים בתנאים מסוימים, כמו כמה פוליסכרידים טבעיים, חלבונים, ליפידים וכו '. פוליסכרידים מבניים טבעיים כמו עמילן ותאי, בגלל המבנה המולקולרי המיוחד שלהם של סליל ארוך שרשרת ותכונות כימיות יציבות, יכולים להיות מתאימים לסביבות אחסון ארוכות טווח ושונות, ונחקרו באופן נרחב כחומרים יוצרים סרטים אכילים. לסרטים אכילים העשויים מפוליסכריד יחיד יש לעתים קרובות מגבלות מסוימות בביצועים. לפיכך, על מנת לבטל את המגבלות של סרטי אכיל פוליסכרידים בודדים, להשיג נכסים מיוחדים או לפתח פונקציות חדשות, להפחית את מחירי המוצר ולהרחיב את היישומים שלהם, בדרך כלל משתמשים בשני סוגים של פוליסכרידים. או שהפוליסכרידים הטבעיים לעיל מורכבים כדי להשיג את ההשפעה של תכונות משלימות. עם זאת, בשל ההבדל במבנה המולקולרי בין פולימרים שונים, קיימת אנטרופיה קונפורמציה מסוימת, ורוב קומפלקסים הפולימריים תואמים באופן חלקי או לא תואמים. המורפולוגיה שלב ותאימות של מתחם הפולימר יקבעו את המאפיינים של החומר המורכב. לעיוות ולהיסטוריית הזרימה במהלך העיבוד יש השפעה משמעותית על המבנה. לפיכך, נחקרים התכונות המקרוסקופיות כמו התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת הפולימרית. יחסי הגומלין בין מבנים מורפולוגיים מיקרוסקופיים כמו מורפולוגיה שלב ותאימות חשובה לוויסות הביצועים, הניתוח והשינוי של חומרים מורכבים, טכנולוגיית עיבוד, הדרכת תכנון ועיצוב מכונות לעיבוד והערכת הייצור. לביצועי העיבוד של המוצר ופיתוח ויישום של חומרים פולימריים חדשים הם בעלי משמעות רבה.

בפרק זה נבדקים בפירוט מצב המחקר והתקדמות היישומים של חומרי סרטים אכילים; מצב המחקר של הידרוגלים טבעיים; המטרה והשיטה של ​​הרכבה פולימרית והתקדמות המחקר של הרכבה של פוליסכרידים; שיטת המחקר הריאולוגית של מערכת ההרכבה; התכונות הריאולוגיות ובניית המודל של מערכת הג'ל הקור והחם ההפוך חמים מנותחים ונידונים, כמו גם את המשמעות המחקרית, מטרת המחקר והמחקר של תוכן מאמר זה.

1.1 סרט אכיל

סרט אכיל מתייחס להוספת חומרי פלסטיק וחומרים צולבים המבוססים על חומרים אכילים טבעיים (כגון פוליסכרידים מבניים, שומנים, חלבונים), דרך אינטראקציות בין-מולקולריות שונות, דרך חיבור, חימום, ציפוי, ייבוש וכו'. הסרט עם רשת נקבוביות structure formed by treatment . זה יכול לספק פונקציות שונות כגון תכונות מחסום לבחירה לגזים, לחות, תכולה וחומרים מזיקים חיצוניים, כדי לשפר את האיכות החושית והמבנה הפנימי של המזון, ולהאריך את תקופת האחסון או חיי המדף של מוצרי מזון.

1.1.1 תולדות פיתוח של סרטי אכיל

The development of edible film can be traced back to the 12th and 13th centuries. באותה תקופה, הסינים השתמשו בשיטה פשוטה של ​​שעווה לכיסוי הדרים ולימונים, מה שהפחית ביעילות את אובדן המים בפירות ובירקות, כך שהפירות והירקות שמרו על הברק המקורי שלהם, ובכך מאריכים את חיי המדף של פירות וכיוון ירקות, אך מעכבים בצורה מוגזמת את הנשימה האירובית של פירות וירקות, וכתוצאה מכך הידרדרות תסיסה של פרי. במאה ה -15, אסייתים כבר החלו ליצור סרט אכיל מחלב סויה, והשתמשו בו כדי להגן על המזון ולהגדיל את מראה המזון [20]. במאה ה -16, הבריטים השתמשו בשומן לציפוי משטחי מזון כדי להפחית את אובדן לחות המזון. במאה ה -19 שימש סוכרוז לראשונה כציפוי אכיל על אגוזים, שקדים ואגוזי לוז כדי למנוע חמצון וזועפות במהלך האחסון. בשנות השלושים של המאה העשרים הופיעו סרטי פרפין מסחריים של חמות חמות עבור פירות כמו תפוחים ואגסים. At the end of the 19th century, Gelatin films are sprayed on the surface of meat products and other foods for food preservation . בתחילת שנות החמישים, שעווה קרנובה וכו ', הופכה לתחליבות שמן במים לציפוי ושימור של פירות וירקות טריים. בסוף שנות החמישים החלו להתפתח מחקרים על סרטי אכיל המיושמים על מוצרי בשר, והדוגמה הנרחבת והמצליחה ביותר היא מוצרי החוקן המעובדים ממעיים דקים של בעלי חיים למארזים.

מאז שנות החמישים ניתן לומר כי הרעיון של סרט אכיל רק הוצע באמת. מאז, חוקרים רבים פיתחו עניין חזק בסרטים אכילים. בשנת 1991, ניספר יישם את קרבוקסימתיל תאית (CMC) על ציפוי ושימור בננות ופירות אחרים, נשימה של הפירות הופחתה ואובדן הכלורופיל התעכב. פארק ואח '. בשנת 1994 דיווחו על תכונות המכשול האפקטיביות של סרט חלבון זיין ל- O2 ו- CO2, אשר שיפרו את אובדן המים, השבשה ושינוי צבע של עגבניות. בשנת 1995, לורדין השתמש בתמיסת אלקליין מדוללת לטיפול בעמילן, והוסיף גליצרין כדי לעטוף תותים לרעננות, מה שהפחית את קצב אובדן המים של תותים והעכבה קלקול. Baberjee שיפר את תכונות הסרט האכיל בשנת 1996 על ידי מיקרו-נליבה וטיפול קולי בנוזל היוצר הסרט, ולכן גודל החלקיקים של הנוזל היוצר את הסרט הופחת משמעותית ושופר היציבות ההומוגנית של התחליב. בשנת 1998, Padegett et al. הוסיפו ליזוזימים או ניסין לסרט אכיל חלבון סויה והשתמש בו כדי לעטוף מזון, ומצא כי צמיחת חיידקי חומצה לקטית במזון נעצרה ביעילות [30]. בשנת 1999, יין צ'ינגהונג ואח '. משמש שעוות דבורים כדי ליצור חומר ציפוי סרטים לשימור ואחסון של תפוחים ופירות אחרים, מה שעלול לעכב את הנשימה, למנוע הצטמקות וירידה במשקל ולעכב פלישה מיקרוביאלית.

במשך שנים רבות, באפיית אפיית תירס לאריזת גלידה, נייר אורז גלוטני לאריזת ממתקים, ועורות טופו למנות בשר הם אריזה אכילה טיפוסית. אולם יישומים מסחריים של סרטים אכילים כמעט ולא היו קיימים בשנת 1967, ואפילו שימור פירות מצופה שעווה היה שימוש מסחרי מאוד מוגבל. עד 1986, כמה חברות החלו לספק מוצרי קולנוע אכילים, ובשנת 1996 מספר חברות הקולנוע האכילות גדל ליותר מ 600 annual revenue of more than 100 million US dollars .

1.1.2 מאפיינים וסוגי סרטים אכילים

על פי מחקרים רלוונטיים, לסרט אכיל יש את היתרונות הבאים הבאים: סרט אכיל יכול למנוע את הירידה וההידרדרות של איכות המזון הנגרמת כתוצאה מהגירה הדדית של חומרי מזון שונים; לחלק מרכיבי הסרטים האכילים עצמם יש ערך תזונתי מיוחד ותפקוד שירותי הבריאות; לסרט אכיל יש מאפייני מחסום אופציונליים ל- CO2, O2 וגזים אחרים; ניתן להשתמש בסרט אכיל למיקרוגל, אפייה, אוכל מטוגן ורפואה סרט וציפוי; סרט אכיל יכול לשמש כנוגדי חמצון וחומרים משמרים ומובילים אחרים, ובכך להרחיב את חיי המדף של האוכל; סרט אכיל יכול לשמש כמוביל לצבעים וביצורים תזונתיים וכו ', כדי לשפר את איכות המזון ולשפר את תכונות חושיות המזון; סרט אכיל בטוח ואכיל, וניתן לצרוך אותו יחד עם אוכל; ניתן להשתמש בסרטי אריזה אכילים לאריזת כמויות קטנות או יחידות מזון, ויוצרים אריזה מורכבת רב שכבית עם חומרי אריזה מסורתיים, המשפרת את ביצועי המחסום הכוללים של חומרי אריזה.

הסיבה לכך שסרטי אריזה אכילים הם בעלי המאפיינים התפקודיים שלעיל מבוססת בעיקר על היווצרות של מבנה רשת תלת ממדי מסוים בתוכם, ובכך מציגה תכונות חוזק ומחסום מסוימות. המאפיינים הפונקציונליים של סרט האריזה האכילה מושפעים באופן משמעותי מהמאפיינים של רכיביו, ומידת הקישור הפולימרי הפנימי, האחידות והצפיפות של מבנה הרשת מושפעים גם מתהליכים יוצרים סרטים שונים. ישנם הבדלים ברורים בביצועים [15, 35]. לסרטים אכילים יש גם כמה מאפיינים אחרים כמו מסיסות, צבע, שקיפות וכו '. ניתן לבחור חומרי אריזת סרטים אכילים מתאימים בהתאם לסביבות השימוש השונות וההבדלים באובייקטים של המוצר שיש לארוז.

על פי שיטת היווצרות של סרט אכיל, ניתן לחלק אותו לסרטים וציפויים: (1) הסרטים העצמאיים שהוכנו מראש נקראים בדרך כלל סרטים. (2) The thin layer formed on the food surface by means of coating, dipping, and spraying is called coating . Films are mainly used for foods with different ingredients that need to be individually packaged (such as seasoning packets and oil packets in convenience foods), foods with the same ingredient but need to be packaged separately (such as small packages of coffee, milk powder, וכו ') ותרופות או מוצרי בריאות. חומר קפסולה; ציפוי משמש בעיקר לשימור מזון טרי כמו פירות וירקות, מוצרי בשר, ציפוי תרופות והרכבה של מיקרו-קפסולות בשחרור מבוקר.

1.1.3 יישום סרט אכיל

כסוג חדש של חומר אריזת מזון בטוח ואכיל, ואף בעל ערך תזונתי מסוים, נעשה שימוש נרחב בסרט אכיל בתעשיית אריזות המזון, בתחום התרופות, אחסון ושימור פירות וירקות, עיבוד ושימור. of meat and aquatic products, the production of fast food, and the production of oil. יש לו סיכויי יישום רחבים בשימור מזונות כמו סוכריות אפויות מטוגנות.

1.1.3.1 יישום באריזת מזון

הפיתרון היוצר הסרט מכוסה על המזון שיש לארוז על ידי ריסוס, צחצוח, טבילה וכו ', כדי למנוע חדירת לחות, חמצן וחומרים ארומטיים, שיכולים להפחית ביעילות את אובדן האריזה ולהפחית את מספר שכבות האריזה ; מצמצמים משמעותית את השכבה החיצונית של המזון המורכבות של מרכיבי אריזת הפלסטיק מאפשרת את מיחזורו ועיבודו ומפחיתה את הזיהום הסביבתי; זה מיושם על האריזה הנפרדת של כמה רכיבים של מזונות מורכבים רב-רכיבים כדי להפחית את ההגירה ההדדית בין רכיבים שונים, ובכך להפחית את הזיהום לסביבה. צמצם את קלקול המזון או את הירידה באיכות המזון. הסרט האכיל מעובד ישירות לנייר אריזה או שקיות אריזה לאריזות מזון, מה שלא רק משיג בטיחות, ניקיון ונוחות, אלא גם מצמצם את לחץ הזיהום הלבן על הסביבה.

Using corn, soybeans and wheat as the main raw materials, paper-like cereal films can be prepared and used for packaging of sausages and other foods. לאחר השימוש, גם אם הם מושלכים בסביבה הטבעית, הם מתכלים וניתן להפוך אותם לדשני אדמה כדי לשפר את האדמה. . בעזרת עמילן, צ'יטוסאן ושעועית שוטרים כחומרים העיקריים, ניתן להכין נייר עטיפה אכיל לאריזת מזון מהיר כמו אטריות מזון מהיר וצ'יפס, שהוא נוח, בטוח ופופולרי מאוד; משמש לחבילות תיבול, מרקים מוצקים אריזת מזונות נוחות כמו חומרי גלם, אשר ניתן לבשל ישירות בסיר בעת השימוש בהם, יכולה למנוע זיהום מזון, להגביר את תזונת המזון ולהקל על הניקוי. אבוקדו מיובש, תפוחי אדמה ואורז שבור תוססים ומומר לפוליסכרידים, אותם ניתן להשתמש בכדי להכין חומרי אריזה פנימיים חדשים אכילים חסרי צבע ושקופים, הם בעלי תכונות מחסום חמצן טובות ותכונות מכניות, ומשמשות לאריזת אבקת חלב , salad oil and other products [19]. עבור מזון צבאי, לאחר השימוש במוצר, חומר האריזה הפלסטי המסורתי מושלך בסביבה והופך לסמן למעקב אויב, וזה קל לחשוף את מקום הימצאו. במאכלים מיוחדים רב-רכיבים כמו פיצה, מאפה, קטשופ, גלידה, יוגורט, עוגות וקינוחים, לא ניתן להוסיף ישירות חומרי אריזה מפלסטיק, וסרט אריזה אכיל מראה את היתרונות הייחודיים שלו, שיכולים להפחית את מספר הקבוצות השברירות נדידת חומרי טעם משפרת את איכות המוצר ואת האסתטיקה [21]. ניתן להשתמש בסרט אריזה אכיל בעיבוד מזון במיקרוגל של מערכת הבלילה. מוצרי בשר, ירקות, גבינה ופירות ארוזים מראש על ידי ריסוס, טבילה או צחצוח וכו ', קפואים ומאוחסנים, ורק צריכים להיות מיקרוגל לצריכה.

למרות שקיימים מעט ניירות אריזה ותיקים מסחריים אכילים מסחריים, פטנטים רבים נרשמו בניסוח ויישום של חומרי אריזה אכילים פוטנציאליים. רשויות הרגולציה של המזון הצרפתי אישרו תיק אריזה אכיל מתועש בשם "Solupan", המורכב מהידרוקסיפרופיל מתיל -קלאולוזה, עמילן ונתרן סורבט, וזמין מסחרית.

1.1.3.2 יישום ברפואה

ניתן להשתמש בג'לטין, נגזרות תאית, עמילן ומסטיק אכיל להכנת פגזים קפסולות רכות וקשות של תרופות ומוצרי בריאות, שיכולים להבטיח ביעילות את יעילותם של תרופות ומוצרי בריאות, והם בטוחים ואכילים; לתרופות מסוימות יש טעם מר מובנה, שקשה להשתמש בו על ידי המטופלים. סרטים מקובלים ואכילים יכולים לשמש כציפויים למשימת טעם לתרופות כאלה; חלק מהפולימרים הפולימרים האנטריים אינם מתמוססים בסביבת הקיבה (pH 1.2), אלא מסיסים בסביבת המעי (pH 6.8) וניתן להשתמש בהם בציפוי התרופות לשחרור ממושך במעי; יכול לשמש גם כמוביל לתרופות ממוקדות.

Blanco-Fernandez et al. הכין סרט מורכב מונוגליצריד צ'יטוסאן אצטילטי והשתמש בו לשחרור מתמשך של הפעילות הנוגדת חמצון של ויטמין E, וההשפעה הייתה מדהימה. חומרי אריזה נוגדי חמצון לטווח הארוך. Zhang et al. עמילן מעורבב עם ג'לטין, הוסיף פלסטייזר פוליאתילן גליקול והשתמש מסורתי. כמוסות הקשות החלולות הוכנו על ידי תהליך הטבילה של הסרט המורכב, והשקיפות, התכונות המכניות, התכונות ההידרופיליות ומורפולוגיה שלב של הסרט המורכב נחקרו. חומר קפסולה טוב [52]. Lal et al. הפך את Kafirin לציפוי אכיל לציפוי enteric של כמוסות אקמול, ובחן את התכונות המכניות, התכונות התרמיות, תכונות המחסום ותכונות שחרור התרופות של הסרט האכיל. התוצאות הראו כי הציפוי של סורגום כמוסות קשות שונות של סרט גלידין לא נשבר בבטן, אלא שיחרר את התרופה במעי ב- pH 6.8. Paik et al. הוכנו חלקיקי HPMC phthalate המצופים באינדומטצין, וריססו את הנוזל היוצר הסרטים האכילים של HPMC על פני חלקיקי התרופה, ובחן את קצב הלכידה התרופתי, גודל החלקיקים הממוצע של חלקיקי התרופה, סרט אכיל התוצאות הראו כי ציפוי HPMCN תרופה דרך הפה של indomethacin עשויה להשיג את המטרה של מיסוך הטעם המר של התרופה ומיקוד למסירת תרופות. Oladzadabsabadi et al. עמילן סאגו משולב עם קרגנן כדי להכין סרט מורכב אכיל כתחליף לכמוסות ג'לטין מסורתיות, ובחן את קינטיקה הייבוש שלו, תכונות תרמומכניות, תכונות פיזיקוכימיות ותכונות מחסום, התוצאות מראות שלסרט המעידים המורכבים יש תכונות דומות לג'לטין ויכולות יכולות ויכולים לשמש בייצור כמוסות תרופות.

1.1.3.3 יישום בשימור פירות וירקות

בפירות וירקות טריים לאחר הקטיף, התגובות הביוכימיות והנשימה עדיין נמשכות במרץ, מה שיאיץ את נזק הרקמות של פירות וירקות, וקל לגרום לאובדן הלחות בפירות וירקות בטמפרטורת החדר, וכתוצאה מכך איכות הרקמות הפנימיות ותכונות חושיות של פירות וירקות. יְרִידָה. לפיכך, השימור הפך לנושא החשוב ביותר באחסון והובלה של פירות וירקות; לשיטות השימור המסורתיות יש השפעה גרועה לשימור ועלות גבוהה. שימור ציפוי של פירות וירקות הוא כיום השיטה היעילה ביותר בשימור בטמפרטורת החדר. הנוזל היוצר הסרטים האכיל מצופה על פני פירות וירקות, שיכולים למנוע ביעילות את הפלישה למיקרואורגניזמים, להפחית את הנשימה, אובדן מים ואובדן תזונה של רקמות פירות וירקות, מעכב את ההזדקנות הפיזיולוגית של רקמות פירות וירקות, ולשמור רקמות פירות וירקות השמנמן המקורי וחלק. מראה מבריק, כדי להשיג את המטרה של שמירה על טרי והארכת תקופת האחסון. אמריקאים משתמשים באצטיל מונוגליצריד ובגבינה המופקים משמן צמחי כחומרי הגלם העיקריים להכנת סרט אכיל, ולהשתמש בו כדי לחתוך פירות וירקות כדי לשמור על טריים, למנוע התייבשות, השחמה ופלישה למיקרואורגניזמים, כך שניתן יהיה לשמור עליה זמן רב. מצב טרי. יפן משתמשת במשי פסולת כחומר גלם להכנת סרט שמירת תפוחי אדמה, שיכול להשיג אפקט של שמירה טרייה הדומה לזה של האחסון הקר. האמריקאים משתמשים בשמן צמחי ופירות כחומרי הגלם העיקריים לייצור נוזל ציפוי, ושומרים על הפירות החתוכים טריים ומצאו כי אפקט השימור טוב.

Marquez et al. השתמשו בחלבון מי גבינה ופקטין כחומרי גלם, והוסיפו גלוטמינאז לקישור צולב להכנת סרט אכיל מורכב, ששימש לציפוי תפוחים, עגבניות וגזר טריים חתוכים טריים, שיכול להפחית משמעותית את קצב הירידה במשקל. , עיכבו את צמיחתם של מיקרואורגניזמים על פני פירות וירקות חתוכים טריים, ומאריכים את חיי המדף בהנחת היסוד של שמירה על הטעם והטעם של פירות וירקות חתוכים טריים. Shi Lei et al. ענבי גלובוס אדום מצופה עם סרט אכיל צ'יטוסאן, שיכולים להפחית את הירידה במשקל וקצב הריקבון של ענבים, לשמור על צבע הענבים והבהירות, ולעכב את השפלה של מוצקים מסיסים. באמצעות צ'יטוסאן, נתרן אלגינט, נתרן קרבוקסימתיל -סלולוזה ופוליאקרילט כחומרי גלם, Liu et al. מוכנים סרטים אכילים על ידי ציפוי רב שכבתי לשמירה על פירות וירקות טריים, ובחנו את המורפולוגיה שלהם, מסיסות המים וכו '. התוצאות הראו כי הסרט המורכב של נתרן קרבוקסימתיל תאית-צ'יטוסאן-גליצרול היה אפקט השימור הטוב ביותר. סאן קינגשן ואח '. בחן את הסרט המורכב של מבודד חלבון סויה, המשמש לשימור תותים, שיכול להפחית משמעותית את מעבר התותים, לעכב את נשימתם ולהפחית את קצב הפירות הרקובים. Ferreira et al. משמשת אבקת שאריות פירות וירקות ואבקת קליפות תפוחי אדמה להכנת סרט אכיל מורכב, בחנה את מסיסות המים והתכונות המכניות של הסרט המורכב, ושימוש בשיטת ציפוי לשימור עוזרד. התוצאות הראו כי חיי המדף של עוזרד התארכו. 50%, שיעור הירידה במשקל ירד ב- 30-57%, והחומצה האורגנית והלחות לא השתנו באופן משמעותי. Fu Xiaowei et al. בחן את שימור הפלפלים הטריים על ידי סרט מאכל צ'יטוסאן, והתוצאות הראו שהוא יכול להפחית משמעותית את עוצמת הנשימה של פלפלים טריים במהלך האחסון ולעכב את הזדקנות הפלפלים. Navarro-Tarazaga et al. השתמשו בסרט אכיל של HPMC שעבודת דבורים כדי לשמר שזיפים. התוצאות הראו כי שעוות דבורים עשויה לשפר את תכונות מחסום החמצן והלחות ואת התכונות המכניות של סרטי HPMC. שיעור הירידה במשקל של השזיפים הופחת באופן משמעותי, שופרו הריכוך והדימום של הפירות במהלך האחסון, ותקופת האחסון של השזיפים התארכה. Tang Liing et al. השתמש בפתרון אלקלי של Shellac בשינוי עמילן, סרט אריזה אכיל ובחן את תכונות הקולנוע שלו; במקביל, שימוש בנוזל היוצר הסרטים שלו בכדי לערוך מנגו לרעננות יכול להפחית ביעילות את הנשימה הוא יכול למנוע את תופעת השחמה במהלך האחסון, להפחית את קצב הירידה במשקל ולהאריך את תקופת האחסון.

מוצרי בשר עם חומרים מזינים עשירים ופעילות גבוהה במים פולשים בקלות על ידי מיקרואורגניזמים בתהליך של עיבוד, הובלה, אחסון וצריכה, וכתוצאה מכך הכהה של חמצון צבע ושומן וקלקול אחר. על מנת להאריך את תקופת האחסון ואת חיי המדף של מוצרי בשר, יש צורך לנסות לעכב את פעילותם של אנזימים במוצרי בשר ואת הפלישה למיקרואורגניזמים על פני השטח, ולמנוע הידרדרות של צבע וריח הנגרם כתוצאה מחמצון שומן. נכון לעכשיו, שימור סרטים אכיל הוא אחת השיטות הנפוצות הנמצאות בשימור בשר בבית ומחוצה לה. בהשוואה לכך עם השיטה המסורתית, נמצא כי הפלישה למיקרואורגניזמים חיצוניים, הגועשות החמצונית של השומן ואובדן המיץ שופרה משמעותית במוצרי בשר ארוזים בסרט אכיל, ואיכות מוצרי הבשר שופרה משמעותית. חיי המדף מורחבים.

המחקר על סרט אכיל של מוצרי בשר החל בסוף שנות החמישים, ומקרה היישום המצליח ביותר היה סרט Collagen Edible, שנמצא בשימוש נרחב בייצור ועיבוד נקניקיות. Emiroglu et al. הוסיף שמן סומסום לסרט אכיל חלבון סויה כדי ליצור סרט אנטיבקטריאלי, ובחן את השפעתו האנטיבקטריאלית על בקר קפוא. התוצאות הראו כי הסרט האנטיבקטריאלי יכול לעכב משמעותית את ההתרבות והגידול של Staphylococcus aureus. Wook et al. הכין סרט אכיל של Proanthocyanidin והשתמש בו כדי לצבוע חזיר בקירור לרעננות. נבדקו הצבע, pH, ערך TVB-N, חומצה תיוברטורית וספירת מיקרוביאלית של צלעות חזיר לאחר אחסון למשך 14 יום. התוצאות הראו כי סרט האכילה של פרואנטוצינידינים יכול להפחית ביעילות את היווצרות החומצה התיאוברטורית, למנוע קלקול של חומצות שומן, להפחית את הפלישה וההתרבות של מיקרואורגניזמים על פני מוצרי הבשר, לשפר את איכות מוצרי הבשר, ומאריך את תקופת האחסון והן חיי מדף. ג'יאנג שאוטונג ואח '. הוסיפו פוליפנולים תה ואליצין לתמיסת הממברנה המורכבת העמילן-נתרן-אלגינט, והשתמשו בהם כדי לשמור על הטריות של חזיר מצונן, שניתן לאחסן בטמפרטורה של 0-4 מעלות צלזיוס במשך יותר מ -19 יום. קרטחנה ואח '. דיווחו על ההשפעה האנטיבקטריאלית של סרט מאכל קולגן שנוסף עם חומר אנטי -מיקרוביאלי של ניסין על שימור פרוסות חזיר, מה שמצביע על כך שסרט אכיל קולגן יכול להפחית את נדידת הלחות של פרוסות חזיר בקירור, לעכב את הגבול של מוצרי בשר ולהוסיף 2 את סרט הקולגן עם % % לניסין הייתה אפקט השימור הטוב ביותר. וואנג רוי ואח '. חקר את השינויים בסיבי נתרן אלגינט, צ'יטוסאן וקרבימתית על ידי ניתוח השוואתי של ה- pH, חנקן בסיס נדיף, אדמומיות ומספר כולל של מושבות בקר בתוך 16 יום מהאחסון. שלושת סוגי הסרטים האכילים של נתרן ויטמין שימשו לשמירה על הרעננות של בשר בקר מצונן. התוצאות הראו כי לסרט האכיל של נתרן אלגינט היה אפקט שימור טריות אידיאלית. Caprioli et al. חזה טורקיה מבושל עטוף עם סרט אכיל נתרן מקרין ואז קירר אותו ב -4 מעלות צלזיוס. מחקרים הראו כי הסרט האכיל של נתרן קיים יכול להאט את בשר הודו במהלך הקירור. של נעימות.

הירידה האיכותית של מוצרים מימיים באה לידי ביטוי בעיקר בהפחתת הלחות החופשית, הידרדרות הטעם והידרדרות מרקם המוצר המים. פירוק של מוצרים מימיים, חמצון, דנטורציה וצריכה יבשה הנגרמת על ידי פלישת חיידקים הם כולם גורמים חשובים המשפיעים על חיי המדף של מוצרים מימיים. אחסון קפוא הוא שיטה נפוצה לשימור מוצרים מימיים, אך תהיה גם מידה מסוימת של פגיעה באיכות בתהליך, החמור במיוחד עבור דגי מים מתוקים.

שימור הסרטים האכילים של מוצרים מימיים החל בסוף שנות השבעים וכעת הוא היה בשימוש נרחב. סרט אכיל יכול לשמר ביעילות מוצרים קפואים, להפחית את אובדן המים, וניתן לשלב אותו גם עם נוגדי חמצון למניעת חמצון שומן, ובכך להשיג את המטרה של הארכת חיי המדף וחיי המדף. Meenatchisundaram et al. הכין סרט אכיל מורכב מבוסס עמילן באמצעות עמילן כמטריצה ​​והוסיף תבלינים כמו ציפורן וקינמון, והשתמש בו לשימור שרימפס לבן. התוצאות הראו כי סרט העמילן האכיל יכול לעכב ביעילות את צמיחתם של מיקרואורגניזמים, להאט את חמצון השומן, להאריך את חיי המדף של שרימפס לבן בקירור ב 10 מעלות צלזיוס ו -4 מעלות צלזיוס היה ארוך עד 14 ו 12 יום, בהתאמה. צ'נג יואניואן ואחרים חקרו את השומר של תמיסת פולולן וביצעו את דג המים המתוקים. השימור יכול לעכב ביעילות את צמיחתם של מיקרואורגניזמים, להאט את חמצון חלבון הדגים והשומן, ויש להם השפעה מצוינת לשימור. Yunus et al. פורל קשת מצופה עם סרט אכיל ג'לטין אליו נוספה שמן אתרי של עלה מפרץ, ובחן את ההשפעה של שימור בקירור ב -4 מעלות צלזיוס. התוצאות הראו כי הסרט האכיל של הג'לטין היה יעיל לשמירה על איכות פורל הקשת עד 22 יום. הרבה זמן. Wang Siwei et al. השתמשו בנתרן אלגינט, צ'יטוסאן ו- CMC כחומרים העיקריים, הוסיפו חומצה סטארית להכנת נוזל סרט אכיל, והשתמשו בו לציפוי Penaeus vannamei לרעננות. המחקר הראה כי לסרט המורכב של CMC וצ'יטוסאן לנוזל יש אפקט שימור טוב ויכול להאריך את חיי המדף בערך יומיים. יאנג שאנגינג ואחרים השתמשו בסרט מאכלת פוליפנול של צ'יטוסאן-תומה לצורך קירור ושימורו של חורש טרי, שיכול לעכב ביעילות את ההתרבות של חיידקים על פני השטח של החורש, לעכב את היווצרות חומצה הידרוכלורית נדיפה, ולהרחיב את חיי המדף של חורש ל בערך 12 יום.

אוכל מטוגן בשמן עמוק הוא אוכל מוכן לאכילה פופולרית מאוד עם תפוקה גדולה. הוא עטוף בסרט פוליסכריד ובסרט אכיל חלבון, שיכול למנוע את שינוי הצבע של המזון במהלך תהליך הטיגון ולהפחית את צריכת הנפט. כניסת חמצן ולחות [80]. ציפוי מזון מטוגן עם מסטיק גלן יכול להפחית את צריכת הנפט ב -35%-63%, כמו למשל בעת טיגון סשימי, זה יכול להפחית את צריכת הנפט ב -63%; כאשר מטגנים שבבי תפוחי אדמה, זה יכול להפחית את צריכת הנפט ב -35%-63%. Reduced fuel consumption by 60%, etc. [81].

Singthong et al. יצרו סרטים אכילים של פוליסכרידים כמו נתרן אלגינט, קרבוקסימתיל תאית ופקטין, ששימשו לציפוי רצועות בננה מטוגנות, ובחנו את קצב ספיגת הנפט לאחר הטיגון. התוצאות הראו כי פקטין וקרבוקסיל רצועות הבננה המטוגנות המצופות במתיל -סלולוזה הראו איכות חושית טובה יותר, ביניהם הסרט האכיל של הפקטין השפיע בצורה הטובה ביותר על הפחתת ספיגת הנפט [82]. Holownia et al. סרטי HPMC ו- MC מצופים על פני פילה של עוף מטוגן כדי לחקור את השינויים בצריכת השמן, בתכולת חומצות שומן חופשיות וערך צבע בשמן. ציפוי מראש יכול להפחית את ספיגת הנפט ולשפר את חיי הנפט [83]. Sheng Meixiang et al. עשו סרטים אכילים של CMC, צ'יטוסאן וחלבון חלבון סויה, שבבי תפוחי אדמה מצופים וטיגנו אותם בטמפרטורה גבוהה כדי ללמוד את ספיגת השמן, תכולת המים, הצבע, תכולת האקרילאמיד ואיכות חושית של שבבי תפוחי אדמה. , התוצאות הראו כי לסרט האכיל של חלבון הסויה מבודד יש השפעה משמעותית על צמצום צריכת השמן של שבבי תפוחי אדמה מטוגנים, ולסרט האכיל של צ'יטוסאן יש השפעה טובה יותר על הפחתת תכולת האקרילאמיד [84]. סלבדור ואח '. coated the surface of fried squid rings with wheat starch, modified corn starch, dextrin and gluten, which could improve the crispness of the squid rings and reduce the oil absorption rate [85].

סרט אכיל יכול לשמש כציפוי חלק לשיפור הופעתם של מוצרי מאפה; יכול לשמש כמחסום ללחות, חמצן, גריז וכו 'כדי לשפר את חיי המדף של מוצרי מאפה, למשל, סרט אכיל צ'יטוסאן משמש למשטח ציפוי לחם, הוא יכול לשמש גם כדבק לחטיפים וחטיפים פריכים, לדוגמה, לעתים קרובות בוטנים קלויים מצופים דבקים לציפוי מלח ותיבול [87].

כריסטוס ואח '. יצרו סרטים אכילים של נתרן אלגינט וחלבון מי גבינה וציפו אותם על פני הלחם הפרוביוטיים של Lactobacillus rhamnosus. המחקר הראה כי שיעור ההישרדות של הפרוביוטיקה שופר משמעותית, אך שני סוגי הלחם הראו מנגנוני עיכול דומים מאוד, כך שציפוי הסרט האכיל אינו משנה את המרקם, הטעם והתכונות התרמופיזיות של הלחם [88]. Panuwat et al. הוסיף תמצית דומדמניות הודית למטריצת מתיל תאית כדי להכין סרט מורכב אכיל, והשתמש בו כדי לשמור על הטריות של קשיו קלוי. התוצאות הראו כי הסרט האכיל המורכב יכול לעכב ביעילות קשיו קלוי במהלך האחסון. האיכות התדרדרה וחיי המדף של קשיו קלוי הורחבו עד 90 יום [89]. Schou et al. עשה סרט אכיל שקוף וגמיש עם נתרן קזאינד וגליצרין, ובחן את תכונותיו המכניות, חדירות המים ואת השפעת האריזה שלו על פרוסות לחם אפוי. התוצאות הראו כי הסרט האכיל של נתרן קריסינט לחם אפוי עטוף. לאחר ההנחיה ניתן להפחית את קשיותו תוך 6 שעות מהאחסון בטמפרטורת החדר [90]. דו ואח '. השתמשו בסרט אכיל מבוסס תפוחים וסרט אכיל מבוסס עגבניות שנוספו עם שמנים אתרים צמחיים כדי לעטוף עוף צלוי, מה שלא רק עיכב את צמיחתם של מיקרואורגניזמים לפני צליית העוף, אלא גם שיפר את טעם העוף לאחר הצלייה [91]. Javanmard et al. הכין סרט אכיל של עמילן חיטה והשתמש בו כדי לעטוף גרעיני פיסטוק אפויים. התוצאות הראו שסרט העמילן האכיל יכול למנוע את הטרדות החמצונית של האגוזים, לשפר את איכות האגוזים ולהאריך את חיי המדף שלהם [92]. Majid et al. השתמשו בסרט אכיל חלבון מי גבינה כדי לעטוף בוטנים קלויים, שיכולים להגביר את מחסום החמצן, להפחית את נעימות הבוטנים, לשפר את שברי הבוטנים הקלויים ולהאריך את תקופת האחסון שלו [93].

לתעשיית הממתקים יש דרישות גבוהות להתפשטות של רכיבים נדיפים, ולכן עבור שוקולד וסוכריות עם משטחים מלוטשים, יש צורך להשתמש בסרטי אכיל מסיסים במים כדי להחליף את נוזל הציפוי המכיל רכיבים נדיפים. סרט האריזה האכיל יכול ליצור סרט מגן חלק על פני הממתק כדי להפחית את נדידת החמצן והלחות [19]. היישום של סרטי אכילת חלבון מי גבינה בקונדיטוריה יכול להפחית משמעותית את ההתפשטות של רכיביו הנדיפים. כאשר משתמשים בשוקולד כדי להכיל מזונות שומניים כמו עוגיות וחמאת בוטנים, השמן ינודד לשכבה החיצונית של השוקולד, יהפוך את השוקולד לדביק ויגרום לתופעה "הכפור הפוך", אך החומר הפנימי יתייבש, וכתוצאה מכך שינוי בטעמו. הוספת שכבה של חומר אריזת סרטים אכיל עם פונקציית מחסום גריז יכולה לפתור בעיה זו [94].

נלסון ואח '. השתמשו בסרט אכיל של מתיל -סלולוזה כדי לערוך סוכריות המכילות שומנים מרובים והראו חדירות שומנים נמוכה מאוד, ובכך מעכבים את תופעת ההקצפה בשוקולד [95]. מאיירס יישמה סרט אכיל של דו-שכבתי של הידרוג'ל על מסטיק, שיכול לשפר את הידבונו, להפחית את התנודתית המים ולהאריך את חיי המדף שלו [21]. Water prepared by Fadini et al. סרט מורכב אכיל של חמאת Decollagen-Cocoa נחקר בזכות תכונותיו המכניות וחדירות המים שלו, והוא שימש כציפוי למוצרי שוקולד עם תוצאות טובות [96].

1.1.4 סרטי אכיל מבוססי תאית

סרט אכיל מבוסס תאית הוא סוג של סרט אכיל העשוי מהתא השופע ביותר ונגזרותיו באופיו כחומרי הגלם העיקריים. סרט אכיל על בסיס תאית הוא חסר ריח וטעם, ויש לו חוזק מכני טוב, תכונות מחסום שמן, שקיפות, גמישות ותכונות מחסום גז טובות. עם זאת, בשל האופי ההידרופילי של תאית, העמידות של סרט אכיל על בסיס תאית היא ביצועי המים בדרך כלל גרועים יחסית [82, 97-99].

הסרט האכיל מבוסס התאית העשוי מחומרי פסולת בייצור תעשיית המזון יכול להשיג סרטי אריזה אכילים עם ביצועים מצוינים, ויכול לעשות שימוש חוזר בחומרי פסולת כדי להגדיל את הערך המוסף של המוצרים. Ferreira et al. אבקת שאריות פירות וירקות מעורבבות עם אבקת קליפות תפוחי אדמה להכנת סרט מורכב אכיל מבוסס תאית, והחלה אותו על ציפוי עוזרד כדי לשמור על רעננות והשיג תוצאות טובות [62]. Tan Huizi et al. השתמשו בסיבים התזונתיים המופקים משקעי שעועית כחומר הבסיס והוסיפו כמות מסוימת של מעבה להכנת סרט אכיל של סיבי סויה, שיש להם תכונות מכניות טובות ותכונות מחסום [100], המשמש בעיקר לאריזת תיבולת מזון מהיר , נוח ומזין להמיס את חבילת החומרים ישירות במים חמים.

נגזרות תאית מסיסות במים, כמו מתיל תאית (MC), קרבוקסימתיל תאית (CMC) והידרוקסיפרופיל מתיל תאית (HPMC), יכולות ליצור מטריצה ​​רציפה ומשמשים בדרך כלל בפיתוח סרטים אכילים ובמחקר. Xiao Naiyu et al. השתמש ב- MC כמצע הראשי של יצירת הסרטים, הוסיף פוליאתילן גליקול וסידן כלוריד וחומרים עזר אחרים, הכין סרט מאכל MC ​​בשיטת יציקה, והחיל אותו על שימור האולקרנון, שיכול להאריך את פיו של האולקרנון. The shelf life of peach is 4.5 days [101]. Esmaeili et al. הכין סרט אכיל MC על ידי ליהוק והחיל אותו על ציפוי מיקרו -קפסות שמן אתרי. התוצאות הראו כי לסרט MC יש אפקט טוב לחסימת שמן וניתן ליישם אותו על אריזות מזון כדי למנוע קלקול של חומצות שומן [102]. טיאן ואח '. שונו סרטים אכילים של MC עם חומצה סטארית וחומצות שומן בלתי רוויות, שיכולות לשפר את תכונות חסימת המים של סרטים אכילים של MC [103]. Lai Fenging et al. למד את ההשפעה של סוג הממס על תהליך יצירת הסרטים של סרט MC Edible ותכונות המחסום והתכונות המכניות של הסרט האכיל [104].

לממברנות CMC יש תכונות מחסום טובות ל- O2, CO2 ושמנים, והם נמצאים בשימוש נרחב בתחום המזון והתרופות [99]. Bifani et al. הכינו ממברנות CMC וחקרו את ההשפעה של תמציות עלים על תכונות מחסום המים ותכונות מחסום הגז של הממברנות. התוצאות הראו כי תוספת של תמציות עלים עשויה לשפר משמעותית את תכונות הלחות ואת מחסום החמצן של הממברנות, אך לא עבור CO2. תכונות המחסום קשורות לריכוז התמצית [105]. דה מורה ואח '. חלקיקי ננו -צ'יטוסאן מוכנים חיזקו סרטי CMC, ובחנו את היציבות התרמית, התכונות המכניות ומסיסות המים של הסרטים המורכבים. התוצאות מראות כי חלקיקי ננו -צ'יטוסאן יכולים לשפר ביעילות את התכונות המכניות ואת היציבות התרמית של סרטי CMC. סקס [98]. Ghanbarzadeh et al. הכינו סרטים אכילים של CMC ולמד את ההשפעות של גליצרול וחומצה אולאית על התכונות הפיזיקו -כימיות של סרטי CMC. התוצאות הראו כי תכונות המחסום של הסרטים שופרו משמעותית, אך התכונות המכניות והשקיפות ירדו [99]. Cheng et al. הכין סרט מורכב מאכלת Carboxymethyl Cellulose-Konjac Glucomannan, ובחן את ההשפעה של שמן דקלים על התכונות הפיזיקו-כימיות של הסרט המורכב. התוצאות הראו כי המיקרוספירות הקטנות יותר של השומנים יכולים להגדיל משמעותית את הסרט המורכב. ההידרופוביות של פני השטח ועקמומיות תעלת החדירה של מולקולת המים יכולים לשפר את ביצועי מחסום הלחות של הממברנה [106].

ל- HPMC יש תכונות טובות ליצירת סרטים, וסרטו גמיש, שקוף, חסר צבע וחסר ריח, ובעל תכונות מחסום שמן טובות, אך יש לשפר את תכונותיו המכניות ותכונות חסימת המים. המחקר שנערך על ידי Zuniga et al. הראה כי המיקרו-מבנה הראשוני והיציבות של תמיסת היצירת הסרטים של HPMC יכולים להשפיע באופן משמעותי על פני השטח ועל המבנה הפנימי של הסרט, ואופן התכנסות טיפות השמן במהלך היווצרות מבנה הסרט יכול להשפיע באופן משמעותי על העברת האור ופעילות פני השטח של סֶרֶט. תוספת של הסוכן יכולה לשפר את היציבות של הפיתרון היוצר הסרט, אשר בתורו משפיע על מבנה השטח ותכונות האופטיות של הסרט, אך התכונות המכניות וחדירות האוויר אינן מופחתות [107]. Klangmuang et al. השתמשו בחימר ושעוות דבורים שהשתנו באופן אורגני כדי לשפר ולשנות סרט אכיל HPMC כדי לשפר את המאפיינים המכניים ותכונות המחסום של סרט HPMC. המחקר הראה כי לאחר שינוי שעוות דבורים וחימר, התכונות המכניות של סרט אכיל HPMC היו דומות לאלה של סרט אכיל. הביצועים של רכיבי הלחות שופרו [108]. Dogan et al. הכין סרט אכיל של HPMC, והשתמש בתאי מיקרו -גבישי כדי לשפר ולשנות את סרט HPMC, ובחן את חדירות המים ואת התכונות המכניות של הסרט. התוצאות הראו כי תכונות מחסום הלחות של הסרט שהשתנה לא השתנו באופן משמעותי. אך תכונותיו המכניות שופרו באופן משמעותי [109]. Choi et al. הוסיפו עלה אורגנו ושמן אתרי ברגמוט למטריצת HPMC כדי להכין סרט מורכב מאכל, והחלו אותו על שימור הציפוי של שזיפים טריים. המחקר הראה כי הסרט המורכב האכיל יכול לעכב ביעילות את נשימת השזיפים, להפחית את ייצור האתילן, להפחית את קצב הירידה במשקל ולשפר את איכות השזיפים [110]. Esteghlal et al. מעורבב HPMC עם ג'לטין להכנת סרטים מורכבים אכילים ולמד סרטים מורכבים אכילים. התכונות הפיזיקו -כימיות, התכונות המכניות והתאימות של ג'לטין HPMC הראו כי תכונות המתיחה של סרטי מורכב של ג'לטין HPMC לא השתנו באופן משמעותי, שניתן להשתמש בהן בהכנת כמוסות רפואיות [111]. Villacres et al. חקר את התכונות המכניות, תכונות מחסום הגז ואת התכונות האנטיבקטריאליות של סרטים מורכבים מעמבי HPMC-Cassava. התוצאות הראו כי לסרטים המורכבים היו תכונות מחסום חמצן טובות והשפעות אנטיבקטריאליות [112]. Byun et al. הכינו ממברנות מורכבות של Shellac-HPMC, ובחנו את ההשפעות של סוגי התחליבים וריכוז הזרק על הממברנות המורכבות. התחליב הפחית את תכונות חסימת המים של הממברנה המורכבת, אך תכונותיו המכניות לא פחתו באופן משמעותי; התוספת של Shellac שיפרה מאוד את היציבות התרמית של קרום HPMC, והשפעתו עלתה עם העלייה בריכוז Shellac [113].

1.1.5 סרטי אכיל מבוססי עמילן

עמילן הוא פולימר טבעי להכנת סרטים אכילים. יש לו היתרונות של מקור רחב, מחיר נמוך, תאימות ביולוגית וערך תזונתי, והוא נמצא בשימוש נרחב בענפי המזון והתרופות [114-117]. לאחרונה, מחקרים על סרטי אכיל עמילן טהורים וסרטים מורכבים אכילים מבוססי עמילן לאחסון ושימור מזון צצו בזה אחר זה [118]. עמילן אמילוז גבוה ועמילן ההידרוקסיפרופילילציה שלו שהשתנה הם החומרים העיקריים להכנת סרטי אכיל מבוססי עמילן [119]. רטרו -סדרה של עמילן היא הסיבה העיקרית ליכולתו ליצור סרט. ככל שתכולת העמילוזה גבוהה יותר, כך הקשר בין מולקולרי חזק יותר, כך קל יותר להפיק רטרו-סדרציה, וככל שהרכוש היוצר את הסרט, וכוח המתיחה הסופי של הסרט. גדול יותר. אמילוז יכול ליצור סרטים מסיסים במים עם חדירות חמצן נמוכה, ותכונות המחסום של סרטי אמילוז גבוה לא יקטנו תחת סביבות טמפרטורה גבוהה, מה שיכול להגן ביעילות על המזון הארוז [120].

לסרט מאכל עמילן, חסר צבע וחסר ריח, יש שקיפות טובה, מסיסות מים ותכונות מחסום גז, אך הוא מראה הידרופיליות חזקה יחסית ותכונות מחסום לחות ירודות, כך שהוא משמש בעיקר באריזת חמצן ומחסום שמן [121-123]. בנוסף, ממברנות מבוססות עמילן מועדות להזדקנות ורטרוגרדציה, ותכונותיהם המכניות הן גרועות יחסית [124]. על מנת להתגבר על החסרונות לעיל, ניתן לשנות את העמילן על ידי שיטות פיזיקליות, כימיות, אנזימטיות, גנטיות ותוספות לשיפור התכונות של סרטי אכיל מבוססי עמילן [114].

Zhang Zhengmao et al. השתמשו בסרט מכאול עמילן אולטרה-סחף כדי לעטוף תותים ומצא שהוא יכול להפחית ביעילות את אובדן המים, לעכב את הפחתת תכולת הסוכר המסיסה ולהאריך ביעילות את תקופת האחסון של תותים [125]. Garcia et al. עמילן שונה עם יחסי שרשרת שונים כדי להשיג נוזל יצירת סרטים שעמילן שהשתנה, ששימש לשימור סרטים טריים של ציפוי תות. שיעור השיעור והריקבון היו טובים יותר מאלו של הקבוצה הלא מצופה [126]. Ghanbarzadeh et al. עמילן שונה על ידי חומצה לימונית קישור צולב והתקבל סרט עמילן שהשתנה צולב כימית. מחקרים הראו כי לאחר שינוי קישור בין קישור, שופרו תכונות מחסום הלחות והתכונות המכניות של סרטי עמילן [127]. Gao Qunyu et al. ביצע טיפול הידרוליזה אנזימטית בעמילן והתקבל בסרט אכיל עמילן, ותכונותיו המכניות כמו חוזק מתיחה, התארכות והתנגדות מתקפלת עלו, וביצועי מחסום הלחות עלו עם עליית זמן הפעולה של האנזים. השתפר משמעותית [128]. Parra et al. הוסיף חומר קישור צולב לעמילן טפיוקה כדי להכין סרט אכיל עם תכונות מכניות טובות וקצב העברת אדי מים נמוך [129]. Fonseca et al. השתמש בנתרן היפוכלוריט כדי לחמצן עמילן תפוחי אדמה והכין סרט אכיל של עמילן מחומצן. המחקר הראה כי קצב העברת אדי המים שלו ומסיסות המים הצטמצמו באופן משמעותי, אשר ניתן ליישם על אריזת המזון הפעילות במים גבוהים [130].

הרכבת עמילן עם פולימרים ופלסטייזרים אכילים אחרים היא שיטה חשובה לשיפור התכונות של סרטי אכיל מבוססי עמילן. נכון לעכשיו, הפולימרים המורכבים הנפוצים הם בעיקר קולואידים הידרופיליים, כגון פקטין, תאית, פוליסכריד אצות ים, צ'יטוזן, קרגינן וקסנטן מסטיק [131].

מריה רודריגז ואח '. משומשים עמילן תפוחי אדמה ופלסטייזרים או פעילי שטח כחומרים העיקריים להכנת סרטי אכיל מבוססי עמילן, ומראים כי פלסטייזרים יכולים להגביר את גמישות הסרטים וחומרים פעילי שטח יכולים להפחית את יכולת המתיחה של הסרט [132]. Santana et al. השתמשו בננו-סיבים כדי לשפר ולשנות סרטים אכילים של קסאבה עמילן, והשיגו סרטים מורכבים אכילים מבוססי עמילן עם תכונות מכניות משופרות, תכונות מחסום ויציבות תרמית [133]. Azevedo et al. חלבון מי גבינה מורכב עם עמילן תרמופלסטי להכנת חומר קולנוע אחיד, מה שמצביע על כך שחלבון מי גבינה ועמילן תרמופלסטי יש הידבקות ממשקית חזקה, וחלבון מי גבינה יכול לשפר משמעותית את זמינות העמילן. חסימת מים ותכונות מכניות של סרטים אכילים [134]. Edhirej et al. הכין סרט אכיל מבוסס עמילן טפיוקה, ובחן את ההשפעה של הפלסטייזר על המבנה הפיזי והכימי, התכונות המכניות והתכונות התרמיות של הסרט. התוצאות מראות כי סוג וריכוז הפלסטייזר יכולים להשפיע באופן משמעותי על סרט העמילן של טפיוקה. בהשוואה לפלסטייזרים אחרים כמו אוריאה וטריאילן גליקול, לפקטין יש את האפקט הטוב ביותר מפלסטיק, ולסרט העמילן הפלסטי-פלסטיק יש תכונות חסימת מים טובות [135]. Saberi et al. משומש עמילן אפונה, מסטיק גואר וגליצרין להכנת סרטים מורכבים אכילים. The results showed that pea starch played a major role in film thickness, density, cohesion, water permeability and tensile strength. Guar gum It can affect the tensile strength and elastic modulus of the membrane, and glycerol can improve the flexibility of the membrane [136]. ג'י ואח '. compounded chitosan and corn starch, and added calcium carbonate nanoparticles to prepare a starch-based antibacterial film. המחקר הראה כי נוצרו קשרי מימן בין -מולקולריים בין עמילן לצ'יטוסאן, והתכונות המכניות של הסרט היו ותכונות אנטיבקטריאליות שופרו [137]. Meira et al. שופרו סרט אנטיבקטריאלי משופר ושונו עמילן תירס עם חלקיקי חלקיקים של קאולין, והתכונות המכניות והתרמיות של הסרט המורכב שופרו, והאפקט האנטיבקטריאלי לא הושפע [138]. Ortega-Toro et al. הוסיף HPMC לעמילן והוסיף חומצת לימון להכנת סרט אכיל. המחקר הראה כי תוספת של HPMC וחומצת לימון יכולה לעכב ביעילות את הזדקנות העמילן ולהפחית את חדירות המים של סרט אכיל, אך תכונות מחסום החמצן יורדות [139].

1.2 הידרוג'לים פולימריים

הידרוגלים הם סוג של פולימרים הידרופיליים עם מבנה רשת תלת מימדי שאינו מסיס במים אך ניתן לנפח אותם על ידי מים. מקרוסקופית, להידרוגל יש צורה מוגדרת, אינה יכולה לזרום והיא חומר מוצק. מבחינה מיקרוסקופית, ניתן להפיץ מולקולות מסיסות במים בצורות ובגדלים שונים בהידרוג'ל ולהפזר בשיעורי דיפוזיה שונים, ולכן ההידרוג'ל מציג את התכונות של תמיסה. למבנה הפנימי של ההידרוגלים יש חוזק מוגבל והוא נהרס בקלות. זה במצב בין מוצק לנוזל. יש לו גמישות דומה למוצק, והוא שונה בבירור ממוצק אמיתי.

1.2.1 סקירה של הידרוגלים פולימריים

1.2.1.1 סיווג הידרוגלים פולימריים

Polymer Hydrogel הוא מבנה רשת תלת ממדי הנוצר על ידי קישור צולב פיזי או כימי בין מולקולות פולימריות [143-146]. הוא סופג כמות גדולה של מים במים כדי להתנפח את עצמו, ובו בזמן הוא יכול לשמור על המבנה התלת ממדי שלה ולהיות בלתי מסיס במים. מַיִם.

ישנן דרכים רבות לסווג הידרוגלים. Based on the difference in cross-linking properties, they can be divided into physical gels and chemical gels. ג'לים פיזיים נוצרים על ידי קשרי מימן חלשים יחסית, קשרים יוניים, אינטראקציות הידרופוביות, כוחות ואן דר וואלס והסתבכות פיזית בין שרשראות מולקולריות פולימריות לכוחות פיזיים אחרים, וניתן להמיר אותם לפתרונות בסביבות חיצוניות שונות. זה נקרא ג'ל הפיך; ג'ל כימי הוא בדרך כלל מבנה רשת תלת ממדי קבוע הנוצר על ידי קישור צולב של קשרים כימיים כמו קשרים קוולנטיים בנוכחות חום, אור, יוזם וכו '. לאחר יצירת הג'ל, הוא בלתי הפיך וקבוע, הידוע גם בשם עבור הקצב האמיתי [147-149]. ג'לים פיזיים בדרך כלל אינם דורשים שינוי כימי ובעלי רעילות נמוכה, אך תכונותיהם המכניות הן יחסית גרועות וקשה לעמוד בפני לחץ חיצוני גדול; chemical gels generally have better stability and mechanical properties.

בהתבסס על מקורות שונים, ניתן לחלק את ההידרוגלים להידרוגלים פולימריים סינתטיים והידרוגלים פולימריים טבעיים. הידרוגלים פולימריים סינתטיים הם הידרוגלים הנוצרים על ידי פילמור כימי של פולימרים סינתטיים, בעיקר כולל חומצה פוליאקרילית, פוליוויניל אצטט, פוליאקרילאמיד, תחמוצת פוליאתילן וכו '; הידרוגלים פולימריים טבעיים הם הידרוגלים פולימריים נוצרים על ידי קישור צולב של פולימרים טבעיים כמו פוליסכרידים וחלבונים בטבע, כולל תאית, אלגינט, עמילן, אגרוזה, חומצה היאלורונית, ג'לטין וקולגן [6, 7, 150], 151]. הידרוגלים פולימריים טבעיים בדרך כלל הם בעלי מאפיינים של מקור רחב, מחיר נמוך ורעילות נמוכה, והידרוגלים פולימריים סינתטיים הם בדרך כלל קלים לעיבודם ויש להם תשואות גדולות.

בהתבסס על תגובות שונות לסביבה החיצונית, ניתן לחלק הידרוגלים גם להידרוגלים מסורתיים והידרוגלים חכמים. הידרוגלים מסורתיים אינם רגישים יחסית לשינויים בסביבה החיצונית; הידרוגלים חכמים יכולים לחוש שינויים קטנים בסביבה החיצונית ולייצר שינויים תואמים במבנה הפיזי ותכונות כימיות [152-156]. עבור הידרוגלים רגישים לטמפרטורה, הנפח משתנה עם טמפרטורת הסביבה. בדרך כלל, הידרוגלים פולימריים כאלה מכילים קבוצות הידרופיליות כמו הידרוקסיל, אתר ואמיד או קבוצות הידרופוביות כמו מתיל, אתיל ופרופיל. הטמפרטורה של הסביבה החיצונית יכולה להשפיע על האינטראקציה ההידרופילית או ההידרופובית בין מולקולות ג'ל, קשירת מימן והאינטראקציה בין מולקולות מים לשרשראות פולימריות, ובכך להשפיע על איזון מערכת הג'ל. עבור הידרוגלים רגישים ל- pH, המערכת מכילה בדרך כלל קבוצות שינוי בסיס חומצות כמו קבוצות קרבוקסיל, קבוצות חומצות סולפוניות או קבוצות אמינו. בסביבת pH משתנה, קבוצות אלה יכולות לספוג או לשחרר פרוטונים, לשנות את קשירת המימן בג'ל וההבדל בין ריכוזי היונים הפנימיים והחיצוניים, וכתוצאה מכך שינוי נפח של הג'ל. עבור שדה חשמלי, שדה מגנטי והידרוגלים רגישים לאור, הם מכילים קבוצות פונקציונליות כמו פוליאלקטרוליטים, תחמוצות מתכת וקבוצות רגישות לצילום, בהתאמה. תחת גירויים חיצוניים שונים, טמפרטורת המערכת או תואר היינון משתנים ואז נפח הג'ל משתנה לפי העיקרון הדומה לטמפרטורה או להידרוגל רגיש ל- pH.

Based on different gel behaviors, hydrogels can be divided into cold-induced gels and thermal-induced gels [157]. ג'ל קר, המכונה ג'ל קר בקיצור, הוא מקרומולקולה הקיימת בצורה של סלילים אקראיים בטמפרטורה גבוהה. During the cooling process, due to the action of intermolecular hydrogen bonds, helical fragments are gradually formed, thereby completing the process from solution. המעבר לג'ל [158]; ג'ל הנגרם על ידי תרמו, המכונה ג'ל תרמי, הוא מקרומולקולה במצב תמיסה בטמפרטורה נמוכה. במהלך תהליך החימום נוצר מבנה רשת תלת ממדי באמצעות אינטראקציה הידרופובית וכו ', ובכך משלים את מעבר הג'לציה [159], 160].

ניתן לחלק הידרוג'לים גם להידרוג'לים הומפולימריים, הידרוג'לים קופולימריים והידרוג'לים ברשת חודרים המבוססים על תכונות רשת שונות, הידרוג'לים מיקרוסקופיים והידרוג'לים מקרוסקופיים המבוססים על גדלי ג'ל שונים ותכונות מתכלות. מחולק באופן שונה להידרוגלים מתכלים והידרוגלים שאינם מתקדמים.

1.2.1.2 יישום הידרוג'לים פולימריים טבעיים

הידרוגלים פולימריים טבעיים הם בעלי מאפיינים של תאימות ביולוגית טובה, גמישות גבוהה, מקורות שופעים, רגישות לסביבה, שמירת מים גבוהה ורעילות נמוכה, והם נמצאים בשימוש נרחב בביו -רפואה, עיבוד מזון, הגנה על הסביבה, חקלאות וייצור יערות וזה היה נרחב משמש בתעשייה ושדות אחרים [142, 161-165].

יישום של הידרוגלים פולימריים טבעיים בשדות הקשורים לביו -רפואה. הידרוגלים פולימריים טבעיים הם בעלי תאימות ביולוגית טובה, התדרדרות ביולוגית וללא תופעות לוואי רעילות, כך שניתן להשתמש בהן כתלבושות פצעים וליצור קשר ישירות לרקמות אנושיות, מה שיכול להפחית ביעילות את הפלישה למיקרואורגניזמים במבחנה, למנוע אובדן נוזלי גוף ולאפשר חמצן לעבור דרכו. מקדם ריפוי פצעים; ניתן להשתמש בהכנת עדשות מגע, עם היתרונות של ללבוש נוח, חדירות חמצן טובה וטיפול עזר במחלות עיניים [166, 167]. פולימרים טבעיים דומים למבנה של רקמות חיות ויכולים להשתתף במטבוליזם הרגיל של גוף האדם, כך שניתן להשתמש בהידרוגלים כאלה כחומרי פיגום הנדסיים רקמות, ניתן לסווג פיגומים הנדסיים להנדסת רקמות וכו '. פיגומים מעוצבים ומוצלחים בהזרקה. סטנטים שהועברו מראש משתמשים במים, מבנה הרשת התלת מימדי המיוחד של הג'ל מאפשר לו למלא תפקיד תומך מסוים ברקמות ביולוגיות תוך מתן מרחב צמיחה ספציפי ומספיק לתאים, ויכול גם לגרום לצמיחת תאים, בידול ושפלות ו קליטה על ידי גוף האדם [168]. סטנטים מעוצבים בהזרקה משתמשים בהתנהגות המעבר שלב של הידרוגלים ליצירת ג'לים במהירות לאחר שהוזרקו במצב תמיסה זורם, מה שיכול למזער את כאבם של חולים [169]. כמה הידרוגלים פולימריים טבעיים רגישים לסביבה, ולכן הם משמשים באופן נרחב כחומרי שחרור מבוקרים על ידי תרופות, כך שניתן לשחרר את התרופות המעורבות בה השפעות התרופות על גוף האדם [170].

יישום של הידרוגלים פולימריים טבעיים בשדות הקשורים למזון. הידרוגלים פולימריים טבעיים הם חלק חשוב משלוש הארוחות של אנשים ביום, כמו כמה קינוחים, סוכריות, תחליפי בשר, יוגורט וגלידה. לעתים קרובות הוא משמש כתוסף מזון בסחורות מזון, שיכול לשפר את תכונותיו הפיזיות ולתת לו טעם חלק. לדוגמה, הוא משמש כמעבה במרקים ורטבים, כמתחלף במיץ, וכסוכן מתלה. In milk drinks, as a gelling agent in puddings and aspics, as a clarifying agent and foam stabilizer in beer, as a syneresis inhibitor in cheese, as a binder in sausages, as starch retrogradation Inhibitors are used in bread and butter [171-174 ]. מתוך ספר תוספי המזון ניתן לראות כי מספר גדול של הידרוגלים פולימריים טבעיים מאושרים כתוספי מזון לעיבוד מזון [175]. הידרוגלים פולימריים טבעיים משמשים כמבצרים תזונתיים בפיתוח מוצרים בריאותיים ומזון תפקודי, כמו סיבים תזונתיים, המשמשים במוצרי הרזיה ומוצרי אנטי-צמצום [176, 177]; בתור פרביוטיקה, הם משמשים במוצרים ומוצרים בתחום הבריאות למעי הגס למניעת סרטן המעי הגס [178]; natural polymer hydrogels can be made into edible or degradable coatings or films, which can be used in the field of food packaging materials, such as fruit and vegetable preservation, by coating them on fruits and vegetables On the surface, it can prolong the shelf life של פירות וירקות ושמור על פירות וירקות טריים ורכים; it can also be used as packaging materials for convenience foods such as sausages and condiments to facilitate cleaning [179, 180].

יישומים של הידרוגלים פולימריים טבעיים בשדות אחרים. מבחינת הצרכים היומיומיים, ניתן להוסיף אותו לטיפול בעור קרמי או לקוסמטיקה, מה שלא רק יכול למנוע את התייבשות המוצר באחסון, אלא גם לחות ולחות על הלחות של העור; it can be used for styling, moisturizing and slow release of fragrances in beauty makeup; It can be used in daily necessities such as paper towels and diapers [181]. בחקלאות ניתן להשתמש בו כדי להתנגד לבצורת ולהגן על שתילים ולהפחתת עוצמת העבודה; כחומר ציפוי לזרעי צמחים, הוא יכול להגדיל משמעותית את קצב הנביטה של ​​הזרעים; כאשר משתמשים בהן בהשתלת שתילים, זה יכול להגדיל את שיעור ההישרדות של שתילים; pesticides, improve utilization and reduce pollution [182, 183]. מבחינת הסביבה, הוא משמש כפרוקולנט וספיגה לטיפול בשפכים המכיל לעתים קרובות יוני מתכות כבדות, תרכובות ארומטיות וצבעים להגנה על משאבי מים ולשיפור הסביבה [184]. In industry, it is used as dehydrating agent, drilling lubricant, cable wrapping material, sealing material and cold storage agent, etc. [185].

1.2.2 Hydroxypropyl Methylcellulose תרמוגל

תאית היא תרכובת מקרומולקולרית טבעית שנחקרת ביותר מוקדמת, יש את הקשר הקרוב ביותר עם בני אדם, והוא השופע ביותר באופיו. זה קיים נרחב בצמחים גבוהים יותר, אצות ומיקרואורגניזמים [186, 187]. התאית משכה בהדרגה תשומת לב נרחבת בגלל המקור הרחב שלה, מחיר נמוך, מתחדש, מתכלה, בטוח, לא רעיל ותאימות ביולוגית טובה [188].

1.2.2.1 תאית ונגזרות האתרים שלו

תאית היא פולימר ליניארי עם שרשרת ארוכה הנוצרת על ידי חיבור של יחידות מבניות D-anhydroglucose באמצעות קשרים β-1,4 גליקוזידים [189-191]. לֹא מָסִיס. פרט לקבוצת קצה אחת בכל קצה של השרשרת המולקולרית, ישנן שלוש קבוצות הידרוקסיל קוטביות בכל יחידת גלוקוז, שיכולות ליצור מספר גדול של קשרי מימן אינטרמולקולריים ובין -מולקולריים בתנאים מסוימים; ותאי הוא מבנה פוליציקלי, והשרשרת המולקולרית חצי קשיחה. שרשרת, גבישות גבוהה, וסדירה מאוד במבנה, כך שיש לה מאפיינים של דרגה גבוהה של פילמור, אוריינטציה מולקולרית טובה ויציבות כימית [83, 187]. מכיוון ששרשרת התאית מכילה מספר גדול של קבוצות הידרוקסיל, ניתן לשנות אותה כימית בשיטות שונות כמו אסתר, חמצון והאיזור כדי להשיג נגזרות תאית עם תכונות יישום מצוינות [192, 193].

Cellulose derivatives are one of the earliest researched and produced products in the field of polymer chemistry. They are polymer fine chemical materials with a wide range of uses, which are chemically modified from natural polymer cellulose. ביניהם, אתרים תאית נמצאים בשימוש נרחב. זהו אחד מחומרי הגלם הכימיים החשובים ביותר ביישומים תעשייתיים [194].

ישנם סוגים רבים של אתרי תאית, שכולם בדרך כלל הם בעלי התכונות הייחודיות והמצוינות שלהם, ונמצאו בשימוש נרחב בתחומים רבים כמו מזון ורפואה [195]. MC הוא הסוג הפשוט ביותר של אתר תאית עם קבוצת מתיל. עם עליית תואר ההחלפה, ניתן להמיס אותו בתמיסה אלקלית מדוללת, מים, אלכוהול וממס פחמימני ארומטי בתורו, ומציגים תכונות ג'ל תרמיות ייחודיות. [196]. CMC הוא אתר תאית אניוני המתקבל מתאי טבעי על ידי אלקליזציה והחמצה.

זהו אתר התאית הנפוץ והשימוש ביותר, המסיס במים [197]. ל- HPC, אתר תאית הידרוקסיאלקיל המתקבל על ידי אלקלזציה ותארת תאית, יש תרמופלסטיות טובה ומציגה גם תכונות ג'ל תרמיות, וטמפרטורת הג'ל שלו מושפעת משמעותית ממידת החלפת ההידרוקסיפרופיל [198]. ל- HPMC, אתר מעורב חשוב, יש גם תכונות ג'ל תרמיות, ותכונות הג'ל שלו קשורות לשני התחליפים וליחסים שלהם [199].

1.2.2

הידרוקסיפרופיל מתיל תאית (HPMC), המבנה המולקולרי מוצג באיור 1-3, הוא אתר מעורב תאית מסיס במים. תגובת האתור של מתיל כלוריד ותחמוצת פרופילן מתבצעת כדי להשיג [200,201], ומשוואת התגובה הכימית מוצגת באיור 1-4.

ישנם פרופוקסי הידרוקסי (-[OCH2CH (CH3)] N OH), Methoxy (-och3) וקבוצות הידרוקסיל לא תגובות ביחידה המבנית של HPMC בו זמנית, וביצועיו הם השתקפות הפעולה המשותפת של קבוצות שונות. [202]. היחס בין שני התחליפים נקבע על ידי יחס המסה של שני חומרי האתינה, הריכוז והמסה של נתרן הידרוקסיד, ויחס המסה של חומרי האתור ליחידת יחידת תאית [203]. פרופוקי הידרוקסי היא קבוצה פעילה, שיכולה להיות אלקילית נוספת ולהידרוקסי אלקילציה; קבוצה זו הינה קבוצה הידרופילית עם שרשרת ארוכת-סעיף, הממלאת תפקיד מסוים בפלסטיק בתוך השרשרת. Methoxy היא קבוצה מכוסה קצה, המובילה להפעלת אתר תגובה זה לאחר התגובה; קבוצה זו היא קבוצה הידרופובית ובעלת מבנה קצר יחסית [204, 205]. קבוצות הידרוקסיל לא הוגשו לאחרונה והוצגו לאחרונה יכולות להמשיך להיות מוחלפות, וכתוצאה מכך מבנה כימי סופי מורכב למדי, ותכונות ה- HPMC משתנות בטווח מסוים. עבור HPMC, כמות קטנה של החלפה יכולה להפוך את תכונותיה הפיזיקו -כימיות שונות למדי [206], למשל, התכונות הפיזיקו -כימיות של מטוקסי גבוה והידרוקסיפרופיל HPMC קרובים ל- MC; הביצועים של HPMC קרובים לזה של HPC.

1.2.2.3 מאפיינים של הידרוקסיפרופיל מתיל -סלולוזה

(1) יכולת תרמית של HPMC

לשרשרת HPMC מאפייני התייבשות ייחודיים הידרציה כתוצאה מהכנסת קבוצות הידרופוביות-מתיל וקבוצות הידרופיליות-הידרוקסיפרופיל. זה עובר בהדרגה המרת ג'לציה כאשר הוא מחומם, וחוזר למצב פתרון לאחר הקירור. כלומר, יש לו תכונות ג'ל הנגרמות תרמית, ותופעת הג'לציה היא תהליך הפיך אך לא זהה.

לגבי מנגנון הג'לציה של HPMC, מקובל כי בטמפרטורות נמוכות יותר (מתחת לטמפרטורת הג'לציה), HPMC בתמיסה ומולקולות מים קוטביות קשורות זו לזו על ידי קשרי מימן ליצירת מבנה סופר-מולקולרי דמוי "כלוב". ישנן כמה הסתבכויות פשוטות בין השרשראות המולקולריות של ה- HPMC המיובש, מלבד זאת, יש מעט אינטראקציות אחרות. כאשר הטמפרטורה עולה, HPMC סופג תחילה אנרגיה לשבור את קשרי המימן הבין-מולקולריים בין מולקולות מים למולקולות HPMC, והרס את המבנה המולקולרי דמוי הכלוב, ומאבד בהדרגה את המים הגבולים בשרשרת המולקולרית, והחשף קבוצות הידרוקסיפרופיל ומטוקסיה. ככל שהטמפרטורה ממשיכה לעלות (כדי להגיע לטמפרטורת הג'ל), מולקולות HPMC מהוות בהדרגה מבנה רשת תלת ממדי באמצעות שיוך הידרופובי, נוצרים בסופו של דבר ג'לי HPMC [160, 207, 208].

להוספת מלחים אורגניים השפעה מסוימת על טמפרטורת הג'ל של HPMC, חלקם מקטינים את טמפרטורת הג'ל כתוצאה מהמלחת תופעה, ואחרים מגדילים את טמפרטורת הג'ל כתוצאה מתופעת פירוק המלח [209]. עם תוספת של מלחים כמו NaCl, התופעה של מלחי החוצה מתרחשת וטמפרטורת הג'ל של HPMC פוחתת [210, 211]. לאחר מוסיפים מלחים ל- HPMC, מולקולות מים נוטות יותר לשלב עם יוני מלח, כך שקשר המימן בין מולקולות מים ל- HPMC נהרס, שכבת המים סביב מולקולות HPMC נצרכת, וניתן לשחרר את מולקולות HPMC במהירות עבור הידרופוביות. הקשר, הטמפרטורה של היווצרות הג'ל יורדת בהדרגה. נהפוך הוא, כאשר מוסיפים מלחים כמו NASCN, תופעה של פירוק המלח מתרחשת וטמפרטורת הג'ל של HPMC עולה [212]. סדר ההשפעה הירידה של אניונים על טמפרטורת הג'ל הוא: SO42−> S2O32−> H2PO4−> F−> CL−> BR−> NO3−> I−> CLO4−> SCN−, סדר הקטיונים על ה- עליית טמפרטורת הג'ל היא: li+> na+> k+> mg2+> ca2+> ba2+ [213].

כאשר מתווספים כמה מולקולות קטנות אורגניות כמו אלכוהולים מונוהידריים המכילים קבוצות הידרוקסיל, טמפרטורת הג'ל עולה עם עליית כמות התוספת, מראה ערך מקסימלי ואז יורדת עד שמתרחשת הפרדת השלבים [214, 215]. זה נובע בעיקר מהמשקל המולקולרי הקטן שלו, הדומה לזה של מולקולות מים בסדר גודל, ויכול להשיג חוסר יכולת ברמה המולקולרית לאחר ההרכבה.

(2) מסיסות של HPMC

ל- HPMC יש מים חמים בלתי מסיסים ומים מסיסים במים קרים הדומים ל- MC, אך ניתן לחלק אותם לסוג פיזור קר וסוג פיזור חם בהתאם למסיסות מים שונה [203]. HPMC מפוזרת קר יכולה להתפזר במהירות במים במים קרים, וצמיגותם עולה לאחר פרק זמן, והוא באמת מומס במים; HPMC מפוזרת בחום, להפך, מראה אגרומציה בעת הוספת מים בטמפרטורה נמוכה יותר, אך קשה יותר להוסיף. במים בטמפרטורה גבוהה, ניתן לפזר במהירות HPMC, והצמיגות עולה לאחר שהטמפרטורה יורדת, והפכה לתמיסה מימית HPMC אמיתית. המסיסות של HPMC במים קשורה לתוכן של קבוצות מתוקסיות, שאינן מסיסות במים חמים מעל 85 מעלות צלזיוס, 65 מעלות צלזיוס ו 60 מעלות צלזיוס הגבוהים לנמוך. באופן כללי, HPMC אינו מסיס בממסים אורגניים כמו אצטון וכלורופורם, אך מסיס בתמיסה מימית אתנול ובפתרונות אורגניים מעורבים.

(3) סובלנות מלח של HPMC

האופי הלא-יוני של HPMC גורם לו להיות מסוגל להיות מיונן במים, כך שהוא לא יגיב עם יוני מתכת לזרזים. עם זאת, תוספת של מלח תשפיע על הטמפרטורה בה נוצר ג'ל HPMC. כאשר ריכוז המלח עולה, טמפרטורת הג'ל של HPMC פוחתת; כאשר ריכוז המלח נמוך מנקודת הדף, ניתן להגדיל את הצמיגות של תמיסת HPMC, ולכן ביישום ניתן להשיג את מטרת העיבוי על ידי הוספת כמות מתאימה של מלח [210, 216].

(4) התנגדות חומצה ואלקלית של HPMC

באופן כללי, ל- HPMC יציבות חזקה על בסיס חומצה ואינו מושפע מ- pH ב- pH 2-12. HPMC מראה עמידות לדרגה מסוימת של חומצה מדוללת, אך מראה נטייה לירידה בצמיגות לחומצה מרוכזת; לאלקאליס השפעה מועטה על זה, אך יכול להתגבר מעט ואז להפחית לאט את צמיגות הפתרון [217, 218].

(5) גורם השפעה על צמיגות HPMC

HPMC הוא פסאודופלסטי, הפתרון שלו יציב בטמפרטורת החדר, וצמיגותו מושפעת ממשקל מולקולרי, ריכוז וטמפרטורה. באותו ריכוז, ככל שהמשקל המולקולרי של HPMC גבוה יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר; עבור אותו תוצר משקל מולקולרי, ככל שריכוז HPMC גבוה יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר; הצמיגות של מוצר HPMC פוחתת עם עליית הטמפרטורה ומגיעה לטמפרטורת היווצרות הג'ל, עם עלייה פתאומית בצמיגות כתוצאה מג'לציה [9, 219, 220].

(6) מאפיינים אחרים של HPMC

ל- HPMC התנגדות חזקה לאנזימים, והתנגדותו לאנזימים עולה עם מידת ההחלפה. לכן, למוצר יש איכות יציבה יותר במהלך האחסון מאשר מוצרי סוכר אחרים [189, 212]. ל- HPMC תכונות מתחלב מסוימות. ניתן לספוג קבוצות מטוקסי הידרופוביות על פני השטח של שלב השמן בתחליב ליצירת שכבת ספיחה עבה, שיכולה לשמש שכבת מגן; ניתן לשלב קבוצות הידרוקסיל המסיסות במים עם מים לשיפור השלב הרציף. צמיגות, מעכבת את התגברות השלב המפוזר, מצמצמת את מתח פני השטח ומייצבת את התחליב [221]. ניתן לערבב את HPMC עם פולימרים מסיסים במים כמו ג'לטין, מתיל-קלאולוזה, מסטיק שעועית ארבה, קראגן וערבית מסטיק ליצירת תמיסה אחידה ושקופה, וניתן לערבב אותו גם עם פלסטייזרים כמו גליצרין ופוליאתילן גליקול. [200, 201, 214].

1.2.4

ראשית, המחיר הגבוה מגביל את היישום הרחב של HPMC. למרות שלסרט HPMC יש שקיפות טובה, תכונות מחסום גריז ותכונות מכניות. עם זאת, מחירו הגבוה (כ 100,000/טון) מגביל את היישום הרחב שלו, אפילו ביישומים תרופתיים בעלי ערך גבוה יותר כמו כמוסות. הסיבה לכך ש- HPMC כל כך יקר היא ראשית מכיוון שתאי חומר הגלם המשמש להכנת HPMC הוא יקר יחסית. בנוסף, שתי קבוצות מחליפות, קבוצת הידרוקסיפרופיל וקבוצת Methoxy, מושתלות על HPMC בו זמנית, מה שמקשה מאוד על תהליך ההכנה שלו. Complex, so HPMC products are more expensive.

שנית, הצמיגות הנמוכה ותכונות חוזק הג'ל הנמוך של HPMC בטמפרטורות נמוכות מקטינים את יכולת התהליך שלה ביישומים שונים. HPMC הוא ג'ל תרמי, שקיים במצב תמיסה עם צמיגות נמוכה מאוד בטמפרטורה נמוכה, ויכול ליצור ג'ל דמוי מוצק צמיג בטמפרטורה גבוהה, ולכן יש לבצע תהליכי עיבוד כמו ציפוי, ריסוס וטבילה בטמפרטורה גבוהה . אחרת, הפיתרון יזרום בקלות, וכתוצאה מכך היווצרות של חומר סרטים שאינו אחיד, אשר ישפיע על איכות המוצר וביצועיו. פעולת טמפרטורה גבוהה כזו מגדילה את מקדם הפעולה הקושי, וכתוצאה מכך צריכת אנרגיה גבוהה לייצור ועלות ייצור גבוהה.

1.2.3 ג'ל קר הידרוקסיפרופיל

Starch is a natural polymer compound synthesized by photosynthesis of plants in the natural environment. הפוליסכרידים המרכיבים שלה מאוחסנים בדרך כלל בזרעים ובפקעות הצמחים בצורה של גרגירים יחד עם חלבונים, סיבים, שמנים, סוכרים ומינרלים. או בשורש [222]. עמילן הוא לא רק המקור העיקרי לצריכת אנרגיה עבור אנשים, אלא גם חומר גלם תעשייתי חשוב. בגלל המקור הרחב שלו, מחיר נמוך, ירוק, טבעי ומתחדש, הוא היה בשימוש נרחב במזון ורפואה, תסיסה, ייצור נייר, טקסטיל ונפט תעשיות [223].

1.2.3.1 עמילן ונגזרותיו

עמילן הוא פולימר גבוה טבעי שיחידת המבנית שלו היא יחידת α-D-anhydroglucose. יחידות שונות מחוברות על ידי קשרים גליקוזידיים, והנוסחה המולקולרית שלה היא (C6H10O5) n. חלק מהשרשרת המולקולרית בגרגירי עמילן מחובר על ידי קשרים α-1,4 גליקוזידים, שהם עמילוז ליניארי; חלק נוסף בשרשרת המולקולרית מחובר על ידי קשרים α-1,6 גליקוזידים על בסיס זה, שהוא מסועף אמילופקטין [224]. בגרגירי עמילן ישנם אזורים גבישיים שבהם מולקולות מסודרות בסידור מסודר ובאזורים אמורפיים בהם מולקולות מסודרות באופן לא מסודר. הרכב חלק. אין גבול ברור בין האזור הגבישי לאזור האמורפי, ומולקולות אמילופקטין יכולות לעבור דרך אזורים גבישיים מרובים ואזורים אמורפיים. בהתבסס על האופי הטבעי של סינתזת העמילן, מבנה הפוליסכריד בעמילן משתנה עם מיני צמחים ואתרי מקור [225].

למרות שהעמילן הפך לאחד מחומרי הגלם החשובים לייצור תעשייתי בגלל מקורו הרחב ותכונותיו המתחדשות, לעמילן ילידי בדרך כלל יש חסרונות כמו מסיסות מים לקויה ותכונות יוצרות סרטים, יכולות תחליב ודינג נמוך ויציבות לא מספקת. כדי להרחיב את טווח היישומים שלו, העמילן משתנה בדרך כלל פיזיקה כדי להתאים אותו לדרישות יישום שונות [38, 114]. ישנן שלוש קבוצות הידרוקסיל חופשיות בכל יחידה מבנית גלוקוזית במולקולות עמילן. קבוצות הידרוקסיל אלה פעילות מאוד ומנענות עמילן עם תכונות הדומות לפוליולים, המספקים אפשרות לתגובת denaturation עמילן.

לאחר שינוי, שופרו כמה תכונות של עמילן ילידי במידה רבה, תוך התגברות על פגמי השימוש של עמילן ילידי, ולכן עמילן שונה ממלא תפקיד מרכזי בתעשייה הנוכחית [226]. עמילן מחומצן הוא אחד העמילנים שהשתנו באופן נרחב ביותר עם טכנולוגיה בוגרת יחסית. בהשוואה לעמילן ילידי, קל יותר לעמילן מחומצן לג'לטיניזציה. יתרונות של הידבקות גבוהה. עמילן מוערך הוא נגזרת עמילן הנוצרת על ידי אסתר של קבוצות הידרוקסיל במולקולות עמילן. דרגה נמוכה מאוד של החלפה יכולה לשנות משמעותית את תכונות העמילן הילידי. כמובן משופרים את השקיפות והמאפיינים היוצרים סרטים של רסק עמילן. עמילן אתרי הוא תגובת האתריזציה של קבוצות הידרוקסיל במולקולות עמילן ליצירת אתר פולשפרך, והרטרו -סגול שלו נחלש. תחת התנאים האלקליים החזקים שלא ניתן להשתמש בעמילן מחומצן ועמילן מוערך, הקשר האתר יכול להישאר יציב יחסית. מועד להידרוליזה. העמילן ששונה חומצה, העמילן מטופל בחומצה כדי להגדיל את תכולת העמילוז, וכתוצאה מכך רטרוגרדציה משופרת ועסק עמילן. זה יחסית שקוף ויוצר ג'ל מוצק לאחר קירור [114].

1.2.3.2 מבנה עמילן הידרוקסיפרופיל

עמילן הידרוקסיפרופיל (HPS), שהמבנה המולקולרי שלו מוצג באיורים 1-4, הוא אתר עמילן שאינו יוני, המוכן על ידי תגובת האתינה של תחמוצת הפרופילן עם עמילן בתנאים אלקליין [223, 227, 228], ותה שלה משוואת תגובה כימית מוצגת באיור 1-6.

במהלך סינתזה של HPs, בנוסף להגיב עם עמילן ליצירת עמילן הידרוקסיפרופיל, תחמוצת פרופילן יכולה גם להגיב עם העמילן ההידרוקסיפרופיל שנוצר לייצור שרשראות צד פוליוקסיפרופיל. מידת החלפה. דרגת החלפה (DS) מתייחסת למספר הממוצע של קבוצות הידרוקסיל שהוחלפו לכל קבוצת גלוקוזיל. Most of the glucosyl groups of starch contain 3 hydroxyl groups that can be replaced, so the maximum DS is 3. The molar degree of substitution (MS) refers to the average mass of substituents per mole of glucosyl group [223, 229]. תנאי התהליך של תגובת ההידרוקסיפרופילציה, מורפולוגיית גרגירי העמילן והיחס בין אמילוז לאמילופקטין בעמילן הילידים משפיעים על גודל ה- MS.

1.2.3.3 מאפיינים של עמילן הידרוקסיפרופיל

(1) ג'לציה קר של HP

עבור משחת העמילן HPS החמה, ובמיוחד המערכת עם תכולת עמילוז גבוהה, במהלך תהליך הקירור, שרשראות המולקולריות העמילוזיות במדבק העמילן מסתבכות זו עם זו ליצירת מבנה רשת תלת ממדי, ומראים התנהגות ברורה דמוית מוצקה. זה הופך לאלסטומר, יוצר ג'ל ויכול לחזור למצב פתרון לאחר חימום מחדש, כלומר יש לו תכונות ג'ל קר, ולתופעת הג'ל הזו יש תכונות הפיכות [228].

העמילוז הג'לטיני מפותל ברציפות ליצירת מבנה סלילי יחיד קואקסיאלי. החלק החיצוני של מבנים סליליים יחידים אלה הוא קבוצה הידרופילית, והחלק הפנימי הוא חלל הידרופובי. בטמפרטורה גבוהה, HPS קיים בתמיסה מימית כסלילים אקראיים מהם חלקים סליליים יחידים נמתחים. כאשר מורידים את הטמפרטורה, נשברים קשרי המימן בין HPs למים, המים המבניים אבודים, וקשרי המימן בין שרשראות מולקולריות נוצרות ברציפות, ויוצרים סוף סוף מבנה ג'ל רשת תלת ממדי. שלב המילוי ברשת העמילן של ג'ל הוא גרגרי העמילן או השברים הנשארים לאחר הג'לטיניזציה, ושזורה של כמה אמילופקטין תורמת גם להיווצרות ג'ל [230-232].

(2) הידרופיליות של HP

הצגת קבוצות הידרוקסיפרופיל הידרופיליות מחלישה את חוזק קשרי מימן בין מולקולות עמילן, מקדמת את התנועה של מולקולות או קטעים עמילן ומפחיתה את טמפרטורת ההיתוך של מיקרו -גבישי עמילן; מבנה גרגרי העמילן משתנה, ומשטח גרגירי העמילן מחוספס ככל שהטמפרטורה עולה, כמה סדקים או חורים מופיעים, כך שמולקולות מים יכולות להיכנס בקלות לפנים של גרגרי העמילן, מה שמקל על העמילן להתנפח ולג'לטין, אז טמפרטורת הג'לטיניזציה של העמילן פוחתת. ככל שמידת ההחלפה עולה, טמפרטורת העמילן של העמילן הידרוקסיפרופיל פוחתת, ולבסוף היא יכולה להתנפח במים קרים. לאחר הידרוקסיפרופילציה, שופרו יכולת הזרימה, יציבות הטמפרטורה הנמוכה, שקיפות, מסיסות ותכונות יוצרות סרטים של משחות עמילן [233–235].

(3) יציבות של HP

HPS הוא אתר עמילן לא יוני עם יציבות גבוהה. במהלך תגובות כימיות כמו הידרוליזה, חמצון וקישור צולב, הקשר האתר לא יישבר והתחלפים לא ייפלו. לפיכך, תכונות ה- HPs מושפעות פחות יחסית מאלקטרוליטים ו- pH, ומבטיחים שניתן להשתמש בו במגוון רחב של pH בסיס חומצה [236-238].

1.2.3.4 יישום HPS בתחום המזון והתרופה

HPS אינו רעיל וחסר טעם, עם ביצועי עיכול טובים וצמיגות הידרוליזט נמוכה יחסית. זה מוכר כעמילן בטוח שהשתנה אכיל בבית ומחוצה לו. כבר בשנות החמישים אישרה ארצות הברית עמילן הידרוקסיפרופיל לשימוש ישיר במזון [223, 229, 238]. HPS הוא עמילן שונה הנמצא בשימוש נרחב בשדה המזון, המשמש בעיקר כחומר עיבוי, חומר מתלה ומייצב.

זה יכול לשמש במזונות נוחות ובאוכל קפוא כמו משקאות, גלידה וריבות; זה יכול להחליף חלקית חניכיים אכילים במחיר גבוה כמו ג'לטין; ניתן להפוך אותו לסרטים אכילים ומשמש כציפויי אוכל ואריזה [229, 236].

HPS משמש לרוב בתחום הרפואה כמילוי, קלסרים לגידולים רפואיים, מתפרקים לטבליות, חומרים לכמוסות רכות וקשות תרופות, ציפויים לתרופות, חומרים אנטי-תזונה לתאי דם אדומים מלאכותיים ומעבה פלזמה וכו '. [239] .

1.3 הרכבה פולימרית

חומרי פולימר נמצאים בשימוש נרחב בכל תחומי החיים והם חומרים חיוניים וחשובים. The continuous development of science and technology makes people's requirements more and more diverse, and it is generally difficult for single-component polymer materials to meet the diverse application requirements of human beings. Combining two or more polymers is the most economical and effective method to obtain polymer materials with low price, excellent performance, convenient processing and wide application, which has attracted the attention of many researchers and has been paid more and more attention [ 240-242] .

המטרה העיקרית של הרכבה פולימרית: (l) לייעל את התכונות המקיפות של חומרים. פולימרים שונים מורכבים, כך שהתרכובת הסופית שומרת על התכונות המצוינות של מקרומולקולה יחידה, לומדת אחד מהחוזקות של זה ומשלימה את חולשותיו ומייבשת את התכונות המקיפות של חומרים פולימריים. (2) להפחית את עלות החומר. בחלק מהחומרי הפולימר יש תכונות מצוינות, אך הם יקרים. לפיכך, הם יכולים להיות מורכבים עם פולימרים זולים אחרים כדי להפחית עלויות מבלי להשפיע על השימוש. (3) שפר את מאפייני עיבוד החומרים. לחומרים מסוימים יש תכונות מצוינות אך קשה לעיבוד, וניתן להוסיף פולימרים אחרים מתאימים כדי לשפר את תכונות העיבוד שלהם. (4) לחיזוק מאפיין מסוים של החומר. על מנת לשפר את ביצועי החומר בהיבט ספציפי, משתמשים בפולימר אחר לשינויו. (5) פיתוח פונקציות חדשות של חומרים.

שיטות מורכבות פולימריות נפוצות: (l) הרכבה להמסה. תחת פעולת הגזירה של ציוד ההרכבה, פולימרים שונים מחוממים מעל טמפרטורת הזרימה הצמיגה לצורך הרכבה, ואז מתקררים ומובנים לאחר ההרכבה. (2) שחזור פתרונות. שני הרכיבים מערבבים ומערבבים על ידי שימוש בממס נפוץ, או שמסלקים את תמיסות הפולימר השונות המומסות באופן שווה, ואז מוסר הממס כדי להשיג תרכובת פולימרית. (3) הרכבת תחליב. לאחר ערבוב וערבוב תחליבי פולימר שונים מאותו סוג תחליב, מתווסף קרישה כדי לשלב את הפולימר כדי להשיג תרכובת פולימר. (4) קופולימרזציה והרכבה. כולל קופולימרזציה של שתל, קופולימרזציה של בלוק וקופולימרזציה תגובית, תהליך ההרכבה מלווה בתגובה כימית. (5) רשת אינטר -נפט [10].

פוליסכרידים טבעיים הם סוג נפוץ של חומרים פולימריים בטבע, אשר בדרך כלל משתנים כימית ומציגים מגוון תכונות מצוינות. עם זאת, לרוב חומרי פוליסכריד בודדים יש מגבלות ביצועים מסוימות, כך שלעתים קרובות מורכבים פוליסכרידים שונים כדי להשיג את המטרה להשלים את יתרונות הביצועים של כל רכיב ולהרחיב את היקף היישום. כבר בשנות השמונים, המחקר על הרכבה של פוליסכרידים טבעיים שונים גדל באופן משמעותי [243]. המחקר על המערכת המורכבת הפוליסכריד הטבעית בבית ומחוצה לה מתמקד בעיקר במערכת המורכבת של קולדלן ולא-קורדן ובמערכת המורכבת של שני סוגים של פוליסכריד שאינו כפתור.

1.3.2.1 סיווג הידרוגלי פוליסכריד טבעיים

ניתן לחלק את הפוליסכרידים הטבעיים לקורדלן ולא-קרדלן בהתאם ליכולתם ליצור ג'לים. חלק מהפוליסכרידים יכולים ליצור ג'לים בעצמם, ולכן הם נקראים קולדלן, כמו CarrageNan וכו '; לאחרים אין מאפייני ג'לינג עצמם, והם נקראים פוליסכרידים שאינם כולים, כמו מסטיק קסנטן.

ניתן להשיג הידרוגלים על ידי המסת קורדן טבעי בתמיסה מימית. בהתבסס על האפשרות התרמית של הג'ל שהתקבל ותלות הטמפרטורה של המודולוס שלו, ניתן לחלק אותו לארבעת הסוגים השונים הבאים [244]:

(1) פתרון קריוגל, פוליסכריד יכול להשיג רק ג'ל בטמפרטורה נמוכה, כמו Carragenan.

(2) תמיסת פוליסכריד המושרה תרמית, תמיסת פוליסכריד יכולה להשיג ג'ל רק בטמפרטורה גבוהה, כמו גלוקומנן.

(3) תמיסת הפוליסכריד יכולה לא רק להשיג ג'ל בטמפרטורה נמוכה יותר, אלא גם להשיג ג'ל בטמפרטורה גבוהה יותר, אלא גם מציג מצב פתרון בטמפרטורת ביניים.

(4) הפיתרון יכול להשיג ג'ל רק בטמפרטורה מסוימת באמצע. לקורדלן טבעי שונה יש ריכוז קריטי (מינימלי) משלו, שמעליו ניתן להשיג ג'ל. הריכוז הקריטי של הג'ל קשור לאורך הרציף של השרשרת המולקולרית הפוליסכריד; חוזק הג'ל מושפע מאוד מהריכוז והמשקל המולקולרי של התמיסה, ובאופן כללי, חוזק הג'ל עולה ככל שהריכוז עולה [245].

1.3.2.2 מערכת מורכבת של קולדלן ואי-קורדן

הרכבה ללא כקלן עם קולדלן משפרת בדרך כלל את חוזק הג'ל של הפוליסכרידים [246]. ההרכבה של מסטיק konjac ו- carrageenan משפרת את היציבות ואת גמישות הג'ל של מבנה רשת הג'ל המורכבת, ומשפרת משמעותית את חוזק הג'ל שלו. Wei Yu et al. המורכב של Carrageenan ו- Konjac Gum, ודיבר על מבנה הג'ל לאחר ההרכבה. המחקר מצא כי לאחר שהרכיב את Carrageenan ו- Konjac Gum, נוצר אפקט סינרגיסטי, ונוצר מבנה רשת שנשלט על ידי Carragenan, מסטיק קונג'אק מתפזר בתוכו, ורשת הג'ל שלה צפופה יותר מזו של Carragenan טהור [247]. Kohyama et al. חקר את המערכת המורכבת של מסטיק קרינגן/קונג'אק, והתוצאות הראו כי עם העלייה המתמשכת של המשקל המולקולרי של מסטיק קונג'אק, הלחץ הקרע של הג'ל המורכב המשיך לעלות; מסטיק קונג'אק עם משקולות מולקולריות שונות הראו היווצרות ג'ל דומה. טֶמפֶּרָטוּרָה. במערכת מורכבת זו, היווצרות רשת הג'ל מתבצעת על ידי Carrageenan, והאינטראקציה בין שתי מולקולות קולדלן גורמות להיווצרות אזורים חלשים צולבים [248]. Nishinari et al. חקר את מערכת המתחם של Gellan Gum/Konjac, והתוצאות הראו כי ההשפעה של קטיונים חד -פעמיים על הג'ל המורכב הייתה בולטת יותר. זה יכול להגדיל את מודולוס המערכת וטמפרטורת היווצרות הג'ל. קטיונים דו -ערכיים יכולים לקדם היווצרות של ג'לים מורכבים במידה מסוימת, אך כמויות מופרזות יגרמו להפרדת פאזות ויפחיתו את המודולוס של המערכת [246]. Breneer et al. חקר את הרכבה של קראגן, ארבה שעועית מסטיק ומסטיק קונג'אק, ומצא כי קראגן, ארבה שעועית מסטיק וקונג'אק מסטיק יכולים לייצר אפקטים סינרגיסטיים, והיחס האופטימלי הוא ארבה שעועית/קראגן 1: 5.5, קונג'אק גומנה/קרגן 1: 7 7: 7 7 , וכאשר השלושה מורכבים זה לזה, ההשפעה הסינרגיסטית זהה לזה של מסטיק Carrageenan/Konjac, מה שמצביע על כך שאין שום הרכבה מיוחדת לשלושה. אינטראקציה [249].

שני פוליסכרידים טבעיים שאינם בעלי תכונות ג'ל יכולים להציג תכונות ג'ל באמצעות הרכבה, וכתוצאה מכך מוצרי ג'ל [250]. Combining locust bean gum with xanthan gum produces a synergistic effect that induces the formation of new gels [251]. ניתן להשיג מוצר ג'ל חדש גם על ידי הוספת מסטיק קסנטן ל- Konjac Glucomannan לצורך הרכבה [252]. Wei Yanxia et al. חקר את התכונות הריאולוגיות של המתחם של מסטיק שעועית ארבה ומסטיק קסנטן. התוצאות מראות כי התרכובת של מסטיק שעועית ארבה ומסטיק קסנטן מייצרת אפקט סינרגיסטי. כאשר יחס הנפח המורכב הוא 4: 6, ההשפעה הסינרגיסטית החזקה ביותר [253]. Fitzsimons et al. קונג'אק גלוקומנן מורכב עם מסטיק קסנטן בטמפרטורת החדר ומתחת לחימום. התוצאות הראו כי כל התרכובות הציגו תכונות ג'ל, המשקפות את ההשפעה הסינרגיסטית בין השניים. טמפרטורת ההרכבה והמצב המבני של מסטיק קסנטן לא השפיעו על האינטראקציה בין השניים [254]. גו שוג'ון ואחרים חקרו את התמהיל המקורי של צואה חזיר מסטיק ועמילית קסנטן, והתוצאות הראו שלצואות חזיר מסטיק שעועית ומסטיק קסנטן יש השפעה סינרגיסטית חזקה. יחס ההרכבה האופטימלי של צואה של חזיר מסטיק שעועית ודבק תרכובת מסטיק קסנטן הוא 6/4 (w/w). זה פי 102 מזו של הפיתרון היחיד של מסטיק סויה, והג'ל נוצר כאשר ריכוז החניכיים המתחם מגיע ל -0.4%. לדבק המורכב יש צמיגות גבוהה, יציבות טובה ותכונות ריאולוגיות, והוא חניכי מזון מצוינות [255].

1.3.3 תאימות של מרוכבים פולימרים

תאימות, מנקודת מבט תרמודינמית, מתייחסת להשגת תאימות ברמה המולקולרית, המכונה גם מסיסות הדדית. According to the Flory-Huggins model theory, the free energy change of the polymer compound system during the compounding process conforms to the Gibbs free energy formula:

△���= △���—TS (1-1)

ביניהם, △������הוא החום המורכב, הוא האנטרופיה המורכבת; היא הטמפרטורה המוחלטת; המערכת המורכבת היא מערכת תואמת רק כאשר האנרגיה החופשית משתנה △���

הרעיון של חוסר יכולת נובע מהעובדה שמעט מאוד מערכות יכולות להשיג תאימות תרמודינמית. אי -יכולת מתייחסת ליכולתם של רכיבים שונים ליצור קומפלקסים הומוגניים, והקריטריון הנפוץ הוא שהמתחמים מציגים נקודת מעבר זכוכית יחידה.

שונה מתאימות תרמודינמית, תאימות כללית מתייחסת ליכולתו של כל רכיב במערכת המורכבת להכיל זה את זה, המוצעת מנקודת מבט מעשית [257].

בהתבסס על תאימות כללית, ניתן לחלק מערכות מורכבות פולימריות למערכות תואמות לחלוטין, תואמות חלקית ולא תואמות לחלוטין. A fully compatible system means that the compound is thermodynamically miscible at the molecular level; מערכת תואמת חלקית פירושה שהתרכובת תואמת בטמפרטורה או טווח הרכב מסוים; מערכת לא תואמת לחלוטין פירושה שהתרכובת היא לא ניתן להשיג חוסר יכולת ברמה המולקולרית בשום טמפרטורה או בהרכב.

בשל הבדלים מבניים מסוימים ואנטרופיה קונפורמציה בין פולימרים שונים, מרבית המערכות המורכבות הפולימריות תואמות חלקית או אינן תואמות [11, 12]. תלוי בהפרדת הפאזה של המערכת המורכבת ורמת הערבוב, התאימות של המערכת התואמת חלקית תשתנה גם היא מאוד [11]. המאפיינים המקרוסקופיים של מרכיבי פולימר קשורים קשר הדוק למורפולוגיה המיקרוסקופית הפנימית שלהם ולתכונות הפיזיקליות והכימיות של כל רכיב. 240], כך שישנה משמעות רבה לחקור את המורפולוגיה המיקרוסקופית והתאימות של המערכת המורכבת.

שיטות מחקר ואפיון לתאימות של תרכובות בינאריות:

(1) טמפרטורת מעבר זכוכית t���שיטת השוואה. השוואת ה- t���של המתחם עם t���מרכיביו, אם רק ט���מופיע במתחם, המערכת המורכבת היא מערכת תואמת; אם יש שני t���, והשניים t���עמדות המתחם הן בשתי הקבוצות באמצע הנקודות���מציין כי המערכת המורכבת היא מערכת תואמת חלקית; אם יש שני t������, זה מצביע על כך שהמערכת המורכבת היא מערכת לא תואמת.

T���מכשירי הבדיקה המשמשים לעתים קרובות בשיטת ההשוואה הם מנתח תרמומכני דינאמי (DMA) וקלורימטר סריקה דיפרנציאלית (DSC). שיטה זו יכולה לשפוט במהירות את תאימות המערכת המורכבת, אך אם ה- T������

(2) שיטת תצפית מורפולוגית. ראשית, שימו לב למורפולוגיה המקרוסקופית של המתחם. אם לתרכובת יש הפרדת פאזה ברורה, ניתן לשפוט מראש כי המערכת המורכבת היא מערכת לא תואמת. שנית, המורפולוגיה המיקרוסקופית ומבנה הפאזה של התרכובת נצפים על ידי מיקרוסקופ. שני הרכיבים התואמים לחלוטין יהוו מצב הומוגני. לפיכך, התרכובת עם תאימות טובה יכולה לצפות בהתפלגות פאזה אחידה וגודל חלקיקי פאזה מפוזרים קטנים. וממשק מטושטש.

מכשירי הבדיקה המשמשים לעתים קרובות בשיטת התצפית הטופוגרפית הם מיקרוסקופ אופטי וסריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM). שיטת תצפית הטופוגרפיה יכולה לשמש כשיטת עזר בשילוב עם שיטות אפיון אחרות。

(3) שיטת שקיפות. במערכת מורכבת תואמת חלקית, שני הרכיבים יכולים להיות תואמים בטווח טמפרטורה והרכב מסוים, והפרדת פאזות תתרחש מעבר לטווח זה. בתהליך טרנספורמציה של המערכת המורכבת ממערכת הומוגנית למערכת דו-פאזית, העברת האור שלה תשתנה, כך שניתן ללמוד את תאימותה על ידי לימוד השקיפות של התרכובת.

שיטה זו יכולה לשמש רק כשיטה עזר, מכיוון שכאשר מדדי השבירה של שני הפולימרים זהים, התרכובת המתקבלת מהרכבת שני הפולימרים הבלתי תואמים היא גם שקופה.

(4) שיטה ריאולוגית. בשיטה זו, השינוי הפתאומי של הפרמטרים הוויזקו-אלסטיים של התרכובת משמש כסימן להפרדת פאזות, למשל, השינוי הפתאומי של עקומת צמיגות-טמפרטורה משמש לסימון הפרדת הפאזות, והשינוי הפתאומי של ה-לכאורה עקומת מתח גזירה-טמפרטורה משמשת כסימן של הפרדת פאזות. למערכת ההרכבה ללא הפרדת פאזות לאחר הרכבה יש תאימות טובה, ואלה עם הפרדת פאזות אינן תואמות או תואמות חלקית [258].

(5) שיטת העקומה של האן. העקומה של האן היא lg���'(���) LG G ", אם לעיקול האן של המערכת המורכבת אין תלות בטמפרטורה, ועקומת האן בטמפרטורות שונות מהווה עקומה ראשית, המערכת המורכבת תואמת; אם המערכת המורכבת תואמת עקומת האן תלויה בטמפרטורה. אם עקומת האן מופרדת זה מזה בטמפרטורות שונות ואינה יכולה ליצור עקומה ראשית, המערכת המורכבת אינה תואמת או תואמת חלקית. לפיכך, ניתן לשפוט את תאימות המערכת המורכבת על פי הפרדת עקומת האן.

(6) שיטת צמיגות תמיסה. שיטה זו משתמשת בשינוי של צמיגות התמיסה כדי לאפיין את התאימות של מערכת התרכובת. תחת ריכוזי תמיסה שונים, הצמיגות של התרכובת נרשמת כנגד ההרכב. אם מדובר במערכת יחסים לינארית, זה אומר שהמערכת המורכבת תואמת לחלוטין; אם מדובר במערכת יחסים לא לינארית, זה אומר שהמערכת המורכבת תואמת חלקית; אם מדובר בעקומה בצורת S, אז היא מראה שהמערכת המורכבת אינה תואמת לחלוטין [10].

(7) ספקטרוסקופיה אינפרא אדום. לאחר חיבור שני הפולימרים, אם התאימות טובה, יהיו אינטראקציות כגון קשרי מימן, ומיקומי הפס של הקבוצות האופייניות על הספקטרום האינפרא אדום של כל קבוצה בשרשרת הפולימר ישתנו. קיזוז הלהקות הקבוצתיות האופייניות של המתחם וכל רכיב יכול לשפוט את תאימות המערכת המורכבת.

בנוסף, ניתן לחקור את התאימות של הקומפלקסים על ידי מנתחים תרמו-גרבימטריים, עקיפה של קרני רנטגן, פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה, פיזור אור, פיזור אלקטרונים נויטרונים, תהודה מגנטית גרעינית וטכניקות אולטרה-קוליות [10].

1.3.4 התקדמות המחקר של תרכובת עמילן הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה/הידרוקסיפרופיל

1.3.4.1 הרכבה של הידרוקסיפרופיל מתיל -סלולוזה וחומרים אחרים

תרכובות של HPMC וחומרים אחרים משמשים בעיקר במערכות שחרור מבוקרות לתרופות ובחומרי אריזת סרטים אכילים או מתכלים. ביישום שחרור מבוקר על ידי תרופות, הפולימרים המורכבים לעתים קרובות ב- HPMC כוללים פולימרים סינתטיים כמו אלכוהול פוליוויניל (PVA), קופולימר חומצה גליקולית לקטית (PLGA) ופוליקרולקטון (PCL), כמו גם חלבונים טבעיים, כגון כגון פוליסכרידים. עבדל-זאהר ואח '. חקר את ההרכב המבני, היציבות התרמית והקשר שלהם עם ביצועים של מרוכבים HPMC/PVA, והתוצאות הראו כי קיימת איזציה מסוימת בנוכחות שני הפולימרים [259]. Zabihi et al. השתמש במתחם HPMC/PLGA להכנת מיקרו -קפסולות לשחרור מבוקר ומתמשך של אינסולין, שיכול להשיג שחרור מתמשך בקיבה ובמעי [260]. Javed et al. HPMC הידרופילית מורכבת ו- PCL הידרופובי והשתמשו במתחמי HPMC/PCL כחומרים מיקרו -קפסוליים לשחרור מבוקר ומתמשך, אשר ניתן לשחרר בחלקים שונים בגוף האדם על ידי התאמת יחס ההרכבה [261]. Ding et al. חקר את התכונות הריאולוגיות כמו צמיגות, ויסקו -אלסטיות דינאמית, התאוששות זחילה ותיקסוטרופיה של מתחמי HPMC/קולגן המשמשים בתחום שחרור תרופות מבוקרות, והעניקו הנחיות תיאורטיות ליישומים תעשייתיים [262]. Arthanari, Cai and Rai et al. [263-265] המתחמים של HPMC ופוליסכרידים כמו צ'יטוסאן, קסנטן מסטיק ונתרן אלגינט הוחלו בתהליך של חיסון ושחרור מתמשך בתרופה, והתוצאות הראו אפקט שחרור תרופות לשליטה [263-265].

בפיתוח חומרי אריזת סרטים אכילים או מתכלים, הפולימרים המורכבים לעתים קרובות ב- HPMC הם בעיקר פולימרים טבעיים כמו ליפידים, חלבונים ופוליסכרידים. Karaca, Fagundes ו- Contreras-Oliva et al. הכינו ממברנות מורכבות אכילות עם מתחמי HPMC/שומנים, והשתמשו בהם בשימור שזיפים, עגבניות שרי והדרים, בהתאמה. התוצאות הראו כי ממברנות מורכבות של HPMC/Lipid היו טובות ההשפעה האנטיבקטריאלית של שמירת טרי [266-268]. Shetty, Rubilar ו- Ding et al. חקר את התכונות המכניות, היציבות התרמית, המיקרו-מבנה והאינטראקציות בין רכיבי סרטים מורכבים אכילים שהוכנו מ- HPMC, חלבון משי, מבודד חלבון מי גבינה וקולגן, בהתאמה [269-271]. Esteghlal et al. גיבוש HPMC עם ג'לטין להכנת סרטים אכילים לשימוש בחומרי אריזה מבוססי ביו [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ו- Ortega-Toro et al. הכינו HPMC/Chitosan HPMC/Xyloglucan, HPMC/Ethyl Cellulose ו- HPMC/Slch Composite Composite, בהתאמה, ובחנו את היציבות התרמית שלהם, תכונות מכניות, תכונות מיקרו-מבנה ותכונות אנטיביקטריאליות [139, 272-274]. מתחם HPMC/PLA יכול לשמש גם כחומר אריזה לסחורות מזון, בדרך כלל על ידי שחול [275].

בפיתוח חומרי אריזת סרטים אכילים או מתכלים, הפולימרים המורכבים לעתים קרובות ב- HPMC הם בעיקר פולימרים טבעיים כמו ליפידים, חלבונים ופוליסכרידים. Karaca, Fagundes ו- Contreras-Oliva et al. הכינו ממברנות מורכבות אכילות עם מתחמי HPMC/שומנים, והשתמשו בהם בשימור שזיפים, עגבניות שרי והדרים, בהתאמה. התוצאות הראו כי ממברנות מורכבות של HPMC/Lipid היו טובות ההשפעה האנטיבקטריאלית של שמירת טרי [266-268]. Shetty, Rubilar ו- Ding et al. חקר את התכונות המכניות, היציבות התרמית, המיקרו-מבנה והאינטראקציות בין רכיבי סרטים מורכבים אכילים שהוכנו מ- HPMC, חלבון משי, מבודד חלבון מי גבינה וקולגן, בהתאמה [269-271]. Esteghlal et al. גיבוש HPMC עם ג'לטין להכנת סרטים אכילים לשימוש בחומרי אריזה מבוססי ביו [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ו- Ortega-Toro et al. הכינו HPMC/Chitosan HPMC/Xyloglucan, HPMC/Ethyl Cellulose ו- HPMC/Slch Composite Composite, בהתאמה, ובחנו את היציבות התרמית שלהם, תכונות מכניות, תכונות מיקרו-מבנה ותכונות אנטיביקטריאליות [139, 272-274]. מתחם HPMC/PLA יכול לשמש גם כחומר אריזה לסחורות מזון, בדרך כלל על ידי שחול [275].

1.3.4.2 שילוב של עמילן וחומרים אחרים

המחקר על הרכבה של עמילן וחומרים אחרים התמקד בתחילה בחומרים פוליאסטר הידרופובי הידרופובי, כולל חומצה פולילקטית (PLA), פולי -פרולקטון (PCL), חומצה סוקינאית פוליבוטן (PBSA) וכו '276]. Muller et al. חקרו את המבנה והמאפיינים של חומרים מרוכבים עמילן/PLA ואת האינטראקציה בין השניים, והתוצאות הראו שהאינטראקציה בין השניים הייתה חלשה והתכונות המכניות של החומרים המרוכבים היו גרועות [277]. Correa, Komur and Diaz-Gomez et al. חקר את התכונות המכניות, התכונות הריאולוגיות, תכונות הג'ל והתאימות של שני המרכיבים של קומפלקסים עמילן/PCL, שיושמו לפיתוח חומרים מתכלים, חומרים ביו-רפואיים וחומרי פיגום להנדסת רקמות [278-280]. Ohkika et al. גילו שהתערובת של עמילן תירס ו-PBSA מבטיחה מאוד. כאשר תכולת העמילן היא 5-30%, הגדלת תכולת גרגירי העמילן יכולה להגדיל את המודולוס ולהפחית את מתח המתיחה וההתארכות בשבירה [281,282]. פוליאסטר אליפטי הידרופובי אינו תואם מבחינה תרמודינמית לעמילן הידרופילי, ובדרך כלל מוסיפים חומרי תאימות ותוספים שונים כדי לשפר את ממשק הפאזה בין עמילן לפוליאסטר. Szadkowska, Ferri ו- Li et al. חקרו את ההשפעות של חומרים פלסטיים המבוססים על סילאנול, שמן פשתן מאלין אנהידריד ונגזרות של שמן צמחי על המבנה והתכונות של קומפלקסים של עמילן/PLA, בהתאמה [283-285]. Ortega-Toro, Yu et al. השתמשו בחומצה לימונית ודיפניל -מתטאן דייסוציאנט כדי לתאים תרכובת עמילן/PCL תרכובת עמילן/PBSA, בהתאמה, כדי לשפר את תכונות החומר והיציבות [286, 287].

בשנים האחרונות נערכו יותר ויותר מחקרים על הרכבה של עמילן עם פולימרים טבעיים כמו חלבונים, פוליסכרידים ושומנים. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen ו- Zhang et al חקרו את התכונות הפיזיקו-כימיות של עמילן/זיין, חלבון עמילן/מי גבינה ומתחמי עמילן/ג'לטין, בהתאמה, והתוצאות כולם השיגו תוצאות טובות, שניתן ליישם על ביו-חומרים מזון וכמוסות [52. 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon and Ren et al. בחן את העברת האור, התכונות המכניות, התכונות האנטיבקטריאליות וריכוז צ'יטוסאן של סרטים מורכבים עמילן/צ'יטוסאן, בהתאמה, והוסיפו תמציות טבעיות, פוליפנולים תה וחומרים אנטיבקטריאליים טבעיים אחרים לשיפור ההשפעה האנטיבקטריאלית של הסרט המורכב. תוצאות המחקר מראות כי לסרט המורכב של עמילן/צ'יטוסאן יש פוטנציאל רב באריזה הפעילה של מזון ורפואה [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis ו- Zhang et al. חקר את המאפיינים של ננו-גבישים עמילן/תאית, עמילן/קרבוקסימתיל-סלולוזה, עמילן/מתיל-קלאולוזה, וסרטי מורכבים עמילן/הידרוקסיפרופילמתיל-סלולוזה, בהתאמה, ואת היישומים העיקריים בחומרי אריזה אכזריים/מתפרדים [293-295]. DAFE, JUMAIDIN ו- LASCOMBES et al. תרכובות עמילן/מזון למדים כמו עמילן/פקטין, עמילן/אגר ועמילן/קרגנאן, המשמש בעיקר בתחום אריזות המזון והאוכל [296-298]. התכונות הפיזיקו -כימיות של עמילן טפיוקה/שמן תירס, מתחמי עמילן/שומנים נבדקו על ידי פרז, דה ואח ', בעיקר כדי להנחות את תהליך הייצור של מזון מוחצן [299, 300].

1.3.4.3 הרכבה של הידרוקסיפרופיל מתיל -סלולוזה ועמילן

נכון לעכשיו, אין הרבה מחקרים על המערכת המורכבת של HPMC ועמילן בבית ומחוצה לה, ורובם מוסיפים כמות קטנה של HPMC למטריצת העמילן כדי לשפר את תופעת העמילן המזדקנת. Jimenez et al. השתמש ב- HPMC כדי להפחית את הזדקנות העמילן הילידי כדי לשפר את החדירות של ממברנות העמילן. התוצאות הראו כי תוספת של HPMC הפחיתה את הזדקנות העמילן והגבירה את הגמישות של הממברנה המורכבת. חדירות החמצן של הממברנה המורכבת הוגדלה באופן משמעותי, אך הביצועים אטומים למים לא עשו זאת. How much has changed [301]. Villacres, Basch et al. עמילן HPMC וטפיוקה מורכבים להכנת חומרי אריזת סרטים מורכבים של HPMC/עמילן, ובחן את ההשפעה הפלסטית של גליצרין על הסרט המורכב ואת ההשפעות של אשלגן סורבט וניסין על התכונות האנטיבקטריאליות של הסרט המורכב. התוצאות שהוא מראה שעם העלייה בתכולת HPMC, מוגברים המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המורכב, התארכות בהפסקה פוחתת, ולחדירות אדי המים אין השפעה מועטה; אשלגן סורבט וניסין יכולים לשפר את הסרט המורכב. ההשפעה האנטיבקטריאלית של שני חומרים אנטיבקטריאליים טובה יותר כאשר משתמשים בהם יחד [112, 302]. Ortega-Toro et al. studied the properties of HPMC/starch hot-pressed composite membranes, and studied the effect of citric acid on the properties of composite membranes. התוצאות הראו כי HPMC התפזר בשלב הרציף העמילן, וגם לחומצת לימון וגם ל- HPMC השפעה על הזדקנות העמילן. to a certain degree of inhibition [139]. Ayorinde et al. used HPMC/starch composite film for the coating of oral amlodipine, and the results showed that the disintegration time and release rate of the composite film were very good [303].

ג'או מינג ואח '. בחן את ההשפעה של עמילן על קצב שמירת המים של סרטי HPMC, והתוצאות הראו כי לעמילן ו- HPMC הייתה השפעה סינרגיסטית מסוימת, מה שהביא לעלייה כוללת בשיעור שמירת המים [304]. Zhang et al. חקר את תכונות הסרט של תרכובת HPMC/HPS ואת התכונות הריאולוגיות של הפיתרון. The results show that the HPMC/HPS compound system has a certain compatibility, the compound membrane performance is good, and the rheological properties of HPS to HPMC Has a good balancing effect [305, 306]. ישנם מעט מחקרים על מערכת מורכבת HPMC/עמילן עם תוכן HPMC גבוה, ורובם נמצאים במחקר הביצועים הרדוד, והמחקר התיאורטי על המערכת המורכבת חסר יחסית, במיוחד הג'ל של HPMC/HPS הפוך קרה הפוך -ג'ל מורכב שלב. Mechanistic studies are still in a blank state.

1.4 ריאולוגיה של מתחמי פולימר

בתהליך עיבוד חומרים פולימריים, זרימה ודפורמציה תתרחש בהכרח, והריולוגיה היא המדע החוקר את חוקי הזרימה והדפורמציה של חומרים [307]. זרימה היא מאפיין של חומרים נוזליים, ואילו עיוות הוא מאפיין של חומרים מוצקים (גבישיים). השוואה כללית של זרימת נוזלים ועיוות מוצק היא כדלקמן:

ביישומים תעשייתיים מעשיים של חומרי פולימר, צמיגותם ווויסקו -אלסטיות שלהם קובעים את ביצועי העיבוד שלהם. בתהליך העיבוד והדפוס, עם שינוי קצב הגזירה, הצמיגות של חומרי פולימר עשויה להיות בעוצמה גדולה של מספר סדרי גודל. שינוי [308]. Rheological properties such as viscosity and shear thinning directly affect the control of pumping, perfusion, dispersion and spraying during the processing of polymer materials, and are the most important properties of polymer materials.

1.4.1 ויסקואלסטיות של פולימרים

תחת הכוח החיצוני, נוזל הפולימר יכול לא רק לזרום, אלא גם להראות דפורמציה, מראה סוג של ביצועים של "צמיגות", ומהותו היא הדו-קיום של "דו-פאזי מוצק-נוזל" [309]. עם זאת, ויסקו -אלסטיות זו אינה ויסקו -אלסטיות ליניארית בעיוותים קטנים, אלא ויסקואלסטיות לא לינארית בה החומר מציג עיוותים גדולים ומתח ממושך [310].

התמיסה המימית הטבעית של הפוליסכריד נקראת גם הידרוסול. בתמיסה המדוללת, המקרומולקולות הפוליסכריות הן בצורה של סלילים המופרדים זה מזה. כאשר הריכוז עולה לערך מסוים, הסלילים המקרומולקולריים משתלבים זה בזה וחופפים זה את זה. הערך נקרא הריכוז הקריטי [311]. מתחת לריכוז הקריטי, צמיגות הפיתרון נמוכה יחסית, והיא אינה מושפעת משיעור הגזירה, ומראה התנהגות נוזלית ניוטונית; כאשר מגיעים לריכוז הקריטי, המקרומולקולות הנעות במקור בבידוד מתחילות להסתבך זו עם זו, וצמיגות הפיתרון עולה באופן משמעותי. הגדל [312]; בעוד שכאשר הריכוז עולה על הריכוז הקריטי, נצפתה דילול גזירה והתמיסה מציגה התנהגות נוזלית שאינה ניוטונית [245].

הידרוסולים מסוימים יכולים ליצור ג'לים בתנאים מסוימים, ותכונותיהם הוויסקואלסטיות מאופיינות בדרך כלל במודולוס אחסון G ', אובדן מודולוס G "ותלות התדר שלהם. מודול האחסון תואם את גמישות המערכת, ואילו מודול ההפסד תואם את צמיגות המערכת [311]. בפתרונות מדוללים, אין הסתבכות בין מולקולות, כך שבמגוון רחב של תדרים, G ′ קטן בהרבה מ- G ″, והראה תלות בתדר חזק. מכיוון ש- g ′ ו- g ″ הם פרופורציונליים לתדר Ω ולריבוע שלו, בהתאמה, כאשר התדר גבוה יותר, g ′> g ″. When the concentration is higher than the critical concentration, G′ and G″ still have frequency dependence. When the frequency is lower, G′ < G″, and the frequency gradually increases, the two will cross, and reverse to G′ > in the high frequency region G”.

הנקודה הקריטית בה הופך הידרוסול פוליסכריד טבעי לג'ל נקודת הג'ל. ישנן הגדרות רבות לנקודת ג'ל, והנפוצה ביותר היא ההגדרה של ויסקואלסטיות דינאמית בריאולוגיה. כאשר מודולוס האחסון G ′ של המערכת שווה למודולוס אובדן G ″, זהו נקודת הג'ל, ויצירת G ′> G ″ GEL [312, 313].

Some natural polysaccharide molecules form weak associations, and their gel structure is easily destroyed, and G' is slightly larger than G”, showing a lower frequency dependence; בעוד שחלק ממולקולות פוליסכריד טבעיות יכולות ליצור אזורי קישור צולבים יציבים, אשר מבנה הג'ל חזק יותר, G′ גדול בהרבה מ-G″, ואין לו תלות בתדר [311].

1.4.2 התנהגות ריאולוגית של מתחמי פולימר

עבור מערכת מורכבת פולימרית תואמת לחלוטין, התרכובת היא מערכת הומוגנית, והוויסקואלסטיות שלה היא בדרך כלל סכום התכונות של פולימר יחיד, וניתן לתאר את הוויסקואסטיות שלו על ידי כללים אמפיריים פשוטים [314]. התרגול הוכיח כי המערכת ההומוגנית אינה תורמת לשיפור תכונותיה המכניות. נהפוך הוא, לכמה מערכות מורכבות עם מבנים מופרדים בשלב יש ביצועים מצוינים [315].

The compatibility of a partially compatible compound system will be affected by factors such as system compound ratio, shear rate, temperature and component structure, showing compatibility or phase separation, and the transition from compatibility to phase separation is inevitable. מה שמוביל לשינויים משמעותיים בוויזקואלסטיות של המערכת [316, 317]. בשנים האחרונות, היו מחקרים רבים על ההתנהגות הויסקו-אלסטית של מערכות מורכבות פולימריות תואמות חלקית. המחקר מראה שההתנהגות הראוולוגית של מערכת התרכובת באזור התאימות מציגה את המאפיינים של המערכת ההומוגנית. באזור הפרדת הפאזה, ההתנהגות הריאולוגית שונה לחלוטין מהאזור ההומוגני ומורכבת ביותר.

הבנת התכונות הריאולוגיות של מערכת ההרכבה בריכוזים שונים, יחסי הרכבה, שיעורי גזירה, טמפרטורות וכו 'היא בעלת משמעות רבה לבחירה נכונה של טכנולוגיית העיבוד, תכנון רציונאלי של נוסחאות, שליטה קפדנית על איכות המוצר והפחתה מתאימה של הייצור צריכת אנרגיה. [309]. לדוגמה, עבור חומרים רגישים לטמפרטורה, ניתן לשנות את הצמיגות של החומר על ידי התאמת הטמפרטורה. ולשפר את ביצועי העיבוד; הבן את אזור דילול הגזירה של החומר, בחר את קצב הגזירה המתאים לשליטה על ביצועי העיבוד של החומר ולשפר את יעילות הייצור.

1.4.3 גורמים המשפיעים על התכונות הריאולוגיות של התרכובת

1.4.3.1 הרכב

התכונות הפיזיקליות והכימיות והמבנה הפנימי של המערכת המורכבת הם השתקפות מקיפה של התרומות המשולבות של המאפיינים של כל רכיב והאינטראקציה בין הרכיבים. לכן, לתכונות הפיזיקליות והכימיות של כל רכיב עצמו יש תפקיד מכריע במערכת המורכבת. מידת ההתאמה בין פולימרים שונים משתנה מאוד, חלקם תואמים מאוד, וחלקם אינם תואמים כמעט לחלוטין.

1.4.3.2 היחס בין מערכת מורכבת

הוויסקואלסטיות והתכונות המכניות של המערכת המורכבת הפולימרית ישתנו באופן משמעותי עם שינוי היחס המורכב. הסיבה לכך היא שהיחס המורכב קובע את התרומה של כל רכיב למערכת המורכבת, ומשפיע גם על כל רכיב. אינטראקציה וחלוקת שלב. Xie Yajie et al. חקר צ'יטוסאן/הידרוקסיפרופיל תאית ומצא כי צמיגות התרכובת עלתה באופן משמעותי עם עליית תכולת התאית של הידרוקסיפרופיל [318]. Zhang Yayuan et al. בחן את המתחם של מסטיק קסנטן ועמילן תירס וגילה שכאשר היחס בין מסטיק קסנטן היה 10%, מקדם העקביות, לחץ התשואה ומדד הנוזלים של המערכת המורכבת עלו באופן משמעותי. ברור [319].

רוב הנוזלים הפולימריים הם נוזלים פסאודופלסטיים, שאינם תואמים את חוק הזרימה של ניוטון. התכונה העיקרית היא שהצמיגות היא בעצם ללא שינוי תחת גזירה נמוכה, והצמיגות יורדת בחדות עם עליית קצב הגזירה [308, 320]. ניתן לחלק בערך את עקומת הזרימה של נוזל הפולימר לשלושה אזורים: אזור ניוטון גזירה נמוכה, אזור דילול גזירה ואזור יציבות גזירה גבוהה. כאשר קצב הגזירה נוטה לאפס, הלחץ והמתח הופכים לינאריים, והתנהגות הזרימה של הנוזל דומה לזו של נוזל ניוטוני. נכון לעכשיו, הצמיגות נוטה לערך מסוים, המכונה צמיגות האפס-גזירה η0. η0 משקף את זמן ההרפיה המרבי של החומר והוא פרמטר חשוב של חומרי פולימר, הקשורים למשקל המולקולרי הממוצע של הפולימר ולאנרגיית ההפעלה של זרימה צמיגה. באזור דילול הגזירה, הצמיגות פוחתת בהדרגה עם עליית קצב הגזירה, ותופעה של "דילול גזירה" מתרחשת. אזור זה הוא אזור זרימה טיפוסי בעיבוד חומרים פולימריים. באזור יציבות הגזירה הגבוהה, ככל שקצב הגזירה ממשיך לגדול, הצמיגות נוטה לקבוע אחר, צמיגות הגזירה האינסופית η∞, אך בדרך כלל קשה להגיע לאזור זה.

1.4.3.4 טמפרטורה

הטמפרטורה משפיעה ישירות על עוצמת התנועה התרמית האקראית של מולקולות, מה שיכול להשפיע באופן משמעותי על אינטראקציות בין-מולקולריות כגון דיפוזיה, כיוון שרשרת מולקולרית והסתבכות. באופן כללי, במהלך זרימת חומרי הפולימר, מתבצעת תנועת שרשראות מולקולריות בקטעים; as the temperature increases, the free volume increases, and the flow resistance of the segments decreases, so the viscosity decreases. However, for some polymers, as the temperature increases, hydrophobic association occurs between the chains, so the viscosity increases instead.

לפולימרים שונים יש דרגות שונות של רגישות לטמפרטורה, ולאותו פולימר גבוה יש השפעות שונות על ביצועי המנגנון שלו בטווחי טמפרטורות שונים.

1.5 משמעות מחקרית, מטרת מחקר ותכני מחקר של נושא זה

1.5.1 משמעות מחקרית

Although HPMC is a safe and edible material widely used in the field of food and medicine, it has good film-forming, dispersing, thickening, and stabilizing properties. לסרט HPMC יש גם שקיפות טובה, תכונות מחסום שמן ותכונות מכניות. עם זאת, מחירו הגבוה (כ 100,000/טון) מגביל את היישום הרחב שלו, אפילו ביישומים תרופתיים בעלי ערך גבוה יותר כמו כמוסות. בנוסף, HPMC הוא ג'ל המושרה תרמית, שקיים במצב תמיסה עם צמיגות נמוכה בטמפרטורה נמוכה, ויכול ליצור ג'ל דמוי מוצק צמיג בטמפרטורה גבוהה, ולכן תהליכי עיבוד כמו ציפוי, ריסוס וטבילה חייבים להוביל אותו בטמפרטורה גבוהה, וכתוצאה מכך צריכת אנרגיה גבוהה לייצור ועלות ייצור גבוהה. Properties such as lower viscosity and gel strength of HPMC at low temperatures reduce the processability of HPMC in many applications.

לעומת זאת, HPS הוא חומר אכיל זול (בערך 20,000/טון) הנמצא גם בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה. הסיבה לכך ש- HPMC כל כך יקר היא שתאי חומר הגלם המשמש להכנת HPMC יקר יותר מאשר עמילן חומר הגלם המשמש להכנת HPS. בנוסף, HPMC מושתלת בשני תחליפים, הידרוקסיפרופיל ומטוקסי. כתוצאה מכך, תהליך ההכנה מסובך מאוד, ולכן מחיר HPMC גבוה בהרבה מזה של HPS. פרויקט זה מקווה להחליף חלק מה- HPMCs היקרים ב- HPs במחיר נמוך, ולהקטין את מחיר המוצר על בסיס שמירה על פונקציות דומות.

בנוסף, HPS הוא ג'ל קר, הקיים במצב ג'ל ויסקו -אלסטי בטמפרטורה נמוכה ויוצר תמיסה זורמת בטמפרטורה גבוהה. לפיכך, הוספת HPS ל- HPMC יכולה להפחית את טמפרטורת הג'ל של HPMC ולהגדיל את צמיגותה בטמפרטורה נמוכה. וכוח ג'ל, שיפור יכולת התהליך שלה בטמפרטורות נמוכות. יתר על כן, לסרט Edible HPS יש תכונות מחסום חמצן טובות, ולכן הוספת HPS ל- HPMC יכולה לשפר את תכונות מחסום החמצן של סרט אכיל.

לסיכום, השילוב של HPMC ו- HPS: ראשית, יש לו משמעות תיאורטית חשובה. HPMC is a hot gel, and HPS is a cold gel. By compounding the two, there is theoretically a transition point between hot and cold gels. הקמת מערכת מורכבת קרה וחמה של HPMC/HPS ומחקרי מנגנון שלה יכולה לספק דרך חדשה למחקר של סוג זה של מערכת תרכובת ג'ל קרה וחמה שלב הפוך ， קבע הנחיות תיאורטיות. Secondly, it can reduce production costs and improve product profits. Through the combination of HPS and HPMC, the production cost can be reduced in terms of raw materials and production energy consumption, and the product profit can be greatly improved. Thirdly, it can improve the processing performance and expand the application. תוספת של HPs יכולה להגדיל את הריכוז ואת חוזק הג'ל של HPMC בטמפרטורה נמוכה, ולשפר את ביצועי העיבוד שלו בטמפרטורה נמוכה. בנוסף, ניתן לשפר את ביצועי המוצר. על ידי הוספת HPS להכנת הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS, ניתן לשפר את תכונות מחסום החמצן של הסרט האכיל.

התאימות של המערכת המורכבת הפולימרית יכולה לקבוע ישירות את המורפולוגיה המיקרוסקופית ואת התכונות המקיפות של התרכובת, ובמיוחד את המאפיינים המכניים. לכן, חשוב מאוד ללמוד את התאימות של המערכת המורכבת HPMC/HPS. הן HPMC והן HPS הם פוליסכרידים הידרופיליים עם אותה גלוקוז יחידה מבנית ושונו על ידי אותה קבוצה פונקציונלית הידרוקסיפרופיל, המשפרת מאוד את התאימות של מערכת התרכובת HPMC/HPS. עם זאת, HPMC הוא ג'ל קר ו-HPS הוא ג'ל חם, והתנהגות הג'ל ההפוכה של השניים מובילה לתופעת הפרדת הפאזות של מערכת התרכובות HPMC/HPS. לסיכום, מורפולוגיית הפאזות ומעבר הפאזות של מערכת מרוכבת ג'ל קר-חם HPMC/HPS מורכבים למדי, ולכן התאימות והפרדת הפאזות של מערכת זו יהיו מעניינים מאוד.

המבנה המורפולוגי וההתנהגות הריאולוגית של מערכות מורכבות פולימריות קשורות זו בזו. מצד אחד, ההתנהגות הריאולוגית במהלך העיבוד תשפיע רבות על המבנה המורפולוגי של המערכת; מצד שני, ההתנהגות הריאולוגית של המערכת יכולה לשקף במדויק את השינויים במבנה המורפולוגי של המערכת. לפיכך, יש משמעות רבה לחקר התכונות הריאולוגיות של מערכת מורכבת HPMC/HPS להנחיית ייצור, עיבוד ובקרת איכות.

המאפיינים המקרוסקופיים כמו מבנה מורפולוגי, תאימות וריאולוגיה של מערכת הקור של HPMC/HPS ומערכת תרכובת ג'ל חמה הם דינאמיים, ומושפעים על ידי סדרה של גורמים כמו ריכוז תמיסה, יחס הרכבה, קצב הגזירה וטמפרטורה. ניתן להסדיר את הקשר בין המבנה המורפולוגי המיקרוסקופי לבין התכונות המקרוסקופיות של המערכת המורכבת על ידי בקרת המבנה המורפולוגי ותאימות המערכת המורכבת.

1.5.2 מטרת מחקר

מערכת תרכובת הג'ל של HPMC/HPS קרה וחמה של שלב הפוך נבנתה, נבדקו תכונותיה הריאולוגיות, והשפעות המבנה הפיזי והכימי של הרכיבים, יחס ההרכבה ותנאי העיבוד על התכונות הריאולוגיות של המערכת. הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, והתכונות המקרוסקופיות כמו תכונות מכניות, חדירות אוויר ותכונות אופטיות של הסרט נחקרו, ונבדקו הגורמים והחוקים המשפיעים. Systematically study the phase transition, compatibility and phase separation of the HPMC/HPS cold and hot reversed-phase gel complex system, explore its influencing factors and mechanisms, and establish the relationship between microscopic morphological structure and macroscopic properties. המבנה המורפולוגי והתאימות של המערכת המורכבת משמשים לשליטה על תכונותיהם של חומרים מורכבים.

על מנת להשיג את מטרת המחקר הצפויה, מאמר זה יעשה את המחקר הבא:

(1) לבנות את מערכת ההתרכבות של ג'ל הפוך HPMC/HP המערכת המורכבת. The influence and law of rheological properties such as thixotropy and thixotropy were investigated, and the formation mechanism of cold and hot composite gel was preliminarily explored.

(2) הוכן סרט מרוכב אכיל HPMC/HPS, ומיקרוסקופ אלקטרוני סורק שימש כדי לחקור את השפעת המאפיינים המובנים של כל רכיב ויחס ההרכב על המורפולוגיה המיקרוסקופית של הסרט המרוכב; the mechanical property tester was used to study the inherent properties of each component, the composition of the composite film The influence of the ratio and environmental relative humidity on the mechanical properties of the composite film; the use of oxygen transmission rate tester and UV-Vis spectrophotometer to study the effects of the inherent properties of the components and the compound ratio on the oxygen and light transmission properties of the composite film The compatibility and phase separation of the HPMC/HPS cold- מערכת מורכבת ג'ל הפוכה חמה נחקרה על ידי סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים, ניתוח תרמוגרווימטרי וניתוח תרמי -מכני דינאמי.

(3) הוקמה הקשר בין המורפולוגיה המיקרוסקופית לבין התכונות המכניות של מערכת המורכב הג'ל ההפוך HPMC/HPS-HOL-Hot. הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, והשפעת הריכוז המורכב ויחס המורכב על חלוקת הפאזה ומעבר שלב של המדגם נחקרה בשיטת מיקרוסקופ אופטי ושיטת צביעת יוד; נקבע כלל ההשפעה של ריכוז מורכב ויחס מורכב על התכונות המכניות ותכונות העברת האור של הדגימות. נבדק הקשר בין מיקרו-מבנה לתכונות מכניות של מערכת המורכב הג'ל ההפוך HPMC/HPS-HOL-HOT.

(4) השפעות של תואר החלפת HPS על תכונות ריאולוגיות ותכונות ג'ל של מערכת מורכבת ג'ל הפוכה HPMC/HPS. ההשפעות של תואר החלפת HPS, קצב הגזירה וטמפרטורה על הצמיגות והתכונות הריאולוגיות האחרות של המערכת המורכבת, כמו גם נקודת מעבר הג'ל, תלות בתדירות המודולוס ותכונות ג'ל אחרות וחוקיהם נבדקו באמצעות ריאומטר. חלוקת הפאזה התלויה בטמפרטורה ומעבר שלב של הדגימות נחקרו על ידי מכתים יוד, ומנגנון הג'לציה של מערכת המורכבה של ג'ל הפוך HPMC/HPS קרה-הפוך.

(5) השפעות של שינוי מבנה כימי של HPS על תכונות מקרוסקופיות ותאימות של מערכת מרוכבת ג'ל מרוכבת של HPMC/HPS קר-חם-פאזה הפוכה. הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, וההשפעה של תואר החלפת HPS Hydroxypropyl על מבנה הגביש ומבנה המיקרו-תחום של הסרט המורכב נחקר על ידי קרינת סינכרוטרון טכנולוגיית פיזור רנטגן זווית קטנה. חוק ההשפעה של תואר החלפת HPS HPSypropyl על התכונות המכניות של הממברנה המורכבת נחקר על ידי בוחן רכוש מכני; חוק ההשפעה של דרגת החלפת HPS על חדירות החמצן של ממברנה מרוכבת נחקר על ידי בודק חדירות חמצן; ההשפעה של HPS Hpyroxypropyl של תואר החלפה קבוצתי על יציבות תרמית של סרטים מורכבים HPMC/HPS.

פרק 2 מחקר ריאולוגי של מערכת מורכבת HPMC/HPS

ניתן להכין סרטי אכיל מבוססי פולימרים טבעיים בשיטה רטובה יחסית יחסית [321]. ראשית, הפולימר מתמוסס או מפוזר בשלב הנוזל כדי להכין מתלה נוזל או יוצר סרטים אכיל, ואז מרוכז על ידי הסרת הממס. כאן, הפעולה מבוצעת בדרך כלל על ידי ייבוש בטמפרטורה מעט גבוהה יותר. תהליך זה משמש בדרך כלל לייצור סרטי אכיל ארוזים מראש, או לציפוי המוצר ישירות עם פיתרון ליצור סרטים על ידי טבילה, צחצוח או ריסוס. העיצוב של עיבוד סרטי אכיל מחייב רכישת נתונים ריאולוגיים מדויקים של הנוזל היוצר הסרטים, שהוא בעל משמעות רבה לבקרת איכות המוצר של סרטי אריזה ומצפויים מאכלים [322].

HPMC הוא דבק תרמי, היוצר ג'ל בטמפרטורה גבוהה ונמצא במצב תמיסה בטמפרטורה נמוכה. מאפיין ג'ל תרמי זה הופך את צמיגותו בטמפרטורה נמוכה נמוכה מאוד, שאינה תורמת לתהליכי הייצור הספציפיים כמו טבילה, צחצוח וטבילה. operation, resulting in poor processability at low temperatures. לעומת זאת, HPS הוא ג'ל קר, מצב ג'ל צמיג בטמפרטורה נמוכה וטמפרטורה גבוהה. מצב פתרון צמיגות נמוך. לכן, באמצעות השילוב של השניים, ניתן לאזן בין התכונות הריאולוגיות של HPMC כמו צמיגות בטמפרטורה נמוכה במידה מסוימת.

פרק זה מתמקד בהשפעות של ריכוז הפתרונות, יחס ההרכבה והטמפרטורה על התכונות הריאולוגיות כמו צמיגות אפס, מדד זרימה ותיקסוטרופיה של מערכת תרכובת הג'ל ההפוכה HPMC/HPS. כלל התוספת משמש לדיון מראש בתאימות של המערכת המורכבת.

2.2 שיטה נסיונית

תחילה שוקל אבקת HPMC ו- HPS יבשה, ומערבבים על פי ריכוז 15% (W/W) ויחסים שונים של 10: 0, 7: 3, 5: 5, 3: 7, 0:10; לאחר מכן מוסיפים 70 מעלות צלזיוס במים C, מערבבים במהירות למשך 30 דקות במהירות 120 סל"ד/דקה כדי לפזר באופן מלא HPMC; לאחר מכן מחממים את התמיסה למעל 95 מעלות צלזיוס, מערבבים במהירות במשך שעה אחת באותה מהירות כדי לג'לטין לחלוטין את HPS; gelatinization is completed After that, the temperature of the solution was rapidly reduced to 70 °C, and the HPMC was fully dissolved by stirring at a slow speed of 80 rpm/min for 40 min. (כל ה-w/w במאמר זה הם: מסת בסיס יבשה של דגימה/מסה כוללת של תמיסה).

2.2.2 תכונות ריאולוגיות של מערכת תרכובות HPMC/HPS

2.2.2.1 עקרון הניתוח הריאולוגי

הריאומטר הסיבוב מצויד בזוג מהדקים מקבילים למעלה ולמטה, וניתן לממש זרימת גזירה פשוטה דרך התנועה היחסית בין המהדקים. ניתן לבדוק את הריאומטר במצב שלב, במצב זרימה ובמצב תנודה: במצב שלב, הריאומטר יכול להחיל לחץ חולף על המדגם, המשמש בעיקר לבדיקת התגובה האופיינית החולפת וזמן מצב יציב של המדגם. הערכה ותגובה ויסקו -אלסטית כמו הרפיה מתח, זחילה והתאוששות; במצב זרימה, הריאומטר יכול להחיל לחץ לינארי על המדגם, המשמש בעיקר לבדיקת התלות של צמיגות הדגימה בקצב הגזירה ותלות הצמיגות בטמפרטורה ותיקסוטרופיה; במצב תנודה, הריאומטר יכול לייצר לחץ מתנדנד לסירוסואידי, המשמש בעיקר לקביעת האזור הוויסקואלסטי הליניארי, הערכת יציבות תרמית וטמפרטורת הג'לציה של המדגם.

2.2.2.2 שיטת בדיקת מצב זרימה

נעשה שימוש במתקן צלחת מקביל בקוטר של 40 מ"מ, ומרווח הצלחת הוגדר ל- 0.5 מ"מ.

1. צמיגות משתנה עם הזמן. טמפרטורת הבדיקה הייתה 25 מעלות צלזיוס, קצב הגזירה היה 800 S-1 וזמן הבדיקה היה 2500 שניות.

2. הצמיגות משתנה בהתאם לקצב הגזירה. Test temperature 25 °C, pre-shear rate 800 s-1, pre-shear time 1000 s; קצב גזירה 10²-10³s.

מתח הגזירה (τ) וקצב הגזירה (γ) עוקבים אחר חוק הכוח של Ostwald-de Waele:

̇τ=K.γ n (2-1)

כאשר τ הוא מתח הגזירה, Pa;

γ הוא קצב הגזירה, s-1;

N הוא מדד הנזילות;

K הוא מקדם הצמיגות, Pa · Sn.

הקשר בין הצמיגות (ŋ) של תמיסת הפולימר וקצב הגזירה (γ) יכולים להיות מתאימים על ידי מודול הקארן:

ביניהם,ŋ0צמיגות גזירה, Pa s;

ŋ∞היא צמיגות הגזירה האינסופית, Pa s;

n הוא מדד דילול הגזירה;

3. שיטת בדיקת Thixotropy בתלת-שלבים. טמפרטורת הבדיקה היא 25 מעלות צלזיוס, א. הבמה הנייחת, קצב הגזירה הוא 1 S-1 וזמן הבדיקה הוא 50 שניות; ב. שלב הגזירה, קצב הגזירה הוא 1000 S-1 וזמן הבדיקה הוא 20 שניות; ג. תהליך התאוששות המבנה, קצב הגזירה הוא 1 S-1 וזמן הבדיקה הוא 250 שניות.

בתהליך התאוששות המבנה, מידת ההחלמה של המבנה לאחר זמן התאוששות שונה באה לידי ביטוי בשיעור ההתאוששות של צמיגות:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

ביניהם,ŋT הוא הצמיגות בזמן ההתאוששות המבנית TS, PA S;

hŋהוא הצמיגות בסוף השלב הראשון, הרשות הפלסטינית.

2.3 תוצאות ודיון

2.3.1 השפעת זמן הגזירה על התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת

בקצב גזירה קבוע, הצמיגות לכאורה עשויה להראות מגמות שונות עם הגדלת זמן הגזירה. איור 2-1 מציג עקומה טיפוסית של צמיגות לעומת זמן במערכת תרכובת HPMC/HPS. ניתן לראות מהדמות כי עם הרחבת זמן הגזירה, הצמיגות לכאורה פוחתת ברציפות. כאשר זמן הגזירה מגיע לכ- 500 שניות, הצמיגות מגיעה למצב יציב, מה שמצביע על כך שלצמיגות המערכת המורכבת תחת גזירה במהירות גבוהה יש ערך מסוים. תלות הזמן של, כלומר, Thixotropy מוצגת בטווח זמן מסוים.

לכן, כאשר בוחנים את חוק השונות של צמיגות המערכת המורכבת עם קצב הגזירה, לפני בדיקת הגזירה של מצב יציב אמיתי, נדרשת תקופה מסוימת של גזירה מהירה גבוהה כדי לבטל את השפעת התיקסוטרופיה על המערכת המורכבת . לפיכך, מתקבל חוק השונות של צמיגות עם קצב הגזירה כגורם יחיד. בניסוי זה, הצמיגות של כל הדגימות הגיעה למצב יציב לפני 1000 שניות בקצב גזירה גבוה של 800 1/ש 'עם הזמן, שאינו מתואר כאן. לפיכך, בעיצוב הניסוי העתידי, אומצה גזירה מראש של 1000 שניות בשיעור גזירה גבוה של 800 1/שניות כדי לבטל את ההשפעה של התיקסוטרופיה של כל הדגימות.

2.3.2 השפעת הריכוז על התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת

באופן כללי, צמיגות פתרונות הפולימר עולה עם עליית ריכוז התמיסה. איור 2-2 מציג את ההשפעה של הריכוז על תלות קצב הגזירה של הצמיגות של ניסוחים HPMC/HPS. מהנתון אנו יכולים לראות שבאותו קצב גזירה, צמיגות המערכת המורכבת עולה בהדרגה עם עליית ריכוז הפתרון. הצמיגות של תמיסות תרכובות HPMC/HPS עם ריכוזים שונים פחתה בהדרגה עם עליית קצב הגזירה, ומראים תופעה דלילה של גזירה ברורה, מה שהצביע על כך שהפתרונות המורכבים עם ריכוזים שונים שייכים לנוזלים פסאודופלסטיים. עם זאת, תלות קצב הגזירה של צמיגות הראתה מגמה שונה עם שינוי ריכוז התמיסה. כאשר ריכוז הפיתרון נמוך, תופעת הדלילה של הגזירה של התמיסה המורכבת היא קטנה; עם עליית ריכוז התמיסה, התופעה הדלילה של הגזירה של הפיתרון המורכב ברורה יותר.

2.3.2.1 השפעת הריכוז על צמיגות גזירה אפסית של מערכת מורכבת

עקומות קצב הגזירה של הצמיגות של המערכת המורכבת בריכוזים שונים הותאמו על ידי מודל קארן, והצמיגות האפסית של התמיסה המורכבת הוחצתה (0.9960 <r₂ <0.9997). ניתן ללמוד עוד יותר את השפעת הריכוז על צמיגות התמיסה המורכבת על ידי לימוד הקשר בין צמיגות גזירה אפסית וריכוז. מאיור 2-3 ניתן לראות כי הקשר בין צמיגות האפס-גזירה וריכוז הפיתרון המורכב עוקב אחר חוק כוח:

כאשר K ו- M הם קבועים.

בקואורדינטה הלוגריתמית הכפולה, תלוי בעוצמת המדרון M, ניתן לראות כי התלות בריכוז מציגה שני מגמות שונות. על פי תיאוריית דיו-אדוארדס, בריכוז נמוך, המדרון גבוה יותר (M = 11.9, R2 = 0.9942), השייך לפיתרון מדולל; בעוד שבריכוז גבוה, המדרון נמוך יחסית (M = 2.8, R2 = 0.9822), השייך לתמיסה תת-מרוכזת. לפיכך, ניתן לקבוע את הריכוז הקריטי C* של המערכת המורכבת כ- 8% דרך צומת שני אזורים אלה. על פי הקשר הנפוץ בין מצבים שונים לריכוזי פולימרים בתמיסה, מוצע מודל המצב המולקולרי של מערכת תרכובת HPMC/HPS בתמיסה בטמפרטורה נמוכה, כפי שמוצג באיור 2-3.

HPS is a cold gel, it is a gel state at low temperature, and it is a solution state at high temperature. בטמפרטורת הבדיקה (25 מעלות צלזיוס), HPS הוא מצב ג'ל, כפי שמוצג באזור הרשת הכחול באיור; on the contrary, HPMC is a hot gel, At the test temperature, it is in a solution state, as shown in the red line molecule.

בתמיסה המדוללת של C <c*, השרשראות המולקולריות HPMC קיימות בעיקר כמבני שרשרת עצמאיים, והנפח המוחלט הופך את השרשראות לנפרדות זו מזו; יתר על כן, שלב הג'ל של HPS מקיים אינטראקציה עם כמה מולקולות HPMC כדי ליצור שלם את הצורה ושרשראות מולקולריות עצמאיות של HPMC קיימות בנפרד זו מזו, כפי שמוצג באיור 2-2A.

עם הריכוז הגובר, המרחק בין השרשראות המולקולריות העצמאיות לאזורי הפאזה פחת בהדרגה. כאשר מגיעים לריכוז הקריטי C*, מולקולות ה- HPMC המתקיימות עם שלב הג'ל HPS גוברות בהדרגה, ושרשראות המולקולריות העצמאיות של HPMC מתחילות להתחבר זו לזו, ויוצרות את שלב ה- HPS כמרכז הג'ל, והשרשראות המולקולריות של HPMC שזורות זה מזה. ומחוברים זה לזה. מצב המיקרוגל מוצג באיור 2-2B.

עם עלייה נוספת של הריכוז, C > C*, המרחק בין שלבי הג'ל של HPS מצטמצם עוד יותר, ושרשראות הפולימר HPMC המסובכות ואזור פאזת ה-HPS הופכים מורכבים יותר והאינטראקציה אינטנסיבית יותר, כך שהתמיסה מראה התנהגות דומה לזה של נמס פולימר, כפי שמוצג באיור 2-2c.

2.3.2.2 השפעת הריכוז על התנהגות נוזלית של מערכת מורכבת

חוק הכוח של אוסטוולד-דה וואלה (ראה פורמולה (2-1)) משמש להתאמת לחץ הגזירה וקצב קצב הגזירה (לא מוצג בטקסט) של המערכת המורכבת לריכוזים שונים, ומדד הזרימה N ומקדם צמיגות ניתן להשיג k. , התוצאה המתאימה היא כפי שמוצג בטבלה 2-1.

טבלה 2-1 אינדקס התנהגות זרימה (n) ואינדקס עקביות הנוזל (K) של תמיסת HPS/HPMC עם ריכוזים שונים ב-25 מעלות צלזיוס

אקספקטנט הזרימה של נוזל הניוטוני הוא n = 1, אקספקטנט הזרימה של נוזל פסאודופלסטי הוא n <1, וככל ש- N חורג יותר מ- 1, כך החזית הפסאודופלסטיות של הנוזל, ומוצרי הזרימה של נוזל דחולה הוא n> 1. ניתן לראות מטבלה 2-1 כי ערכי ה- N של הפתרונות המורכבים עם ריכוזים שונים הם כולם פחות מ- 1, מה שמצביע על כך שהפתרונות המורכבים כולם נוזלים פסאודופלסטיים. בריכוזים נמוכים, ערך ה- N של הפיתרון המשוחזר קרוב ל 0, מה שמצביע על כך שתמיסת התרכובת הריכוז הנמוך קרובה לנוזל הניוטוני, מכיוון שבפתרון התרכובת ריכוז נמוך, שרשראות הפולימר קיימות באופן בלתי תלוי זה בזה. עם עליית ריכוז הפתרון, ערך ה- N של המערכת המורכבת ירד בהדרגה, מה שהצביע על כך שהעלייה בריכוז שיפרה את ההתנהגות הפסאודופלסטית של תמיסת המתחם. אינטראקציות כמו הסתבכות התרחשו בין שלב ה- HPS, והתנהגות הזרימה שלה הייתה קרובה יותר לזו של נמסים פולימריים.

בריכוז נמוך, מקדם הצמיגות K של המערכת המורכבת הוא קטן (c <8%, k <1 pa · sn), ועם עליית הריכוז, ערך ה- K של המערכת המורכבת עולה בהדרגה, מה שמצביע על כך שהצמיגות של המערכת המורכבת פחתה, התואמת את תלות הריכוז של צמיגות גזירה אפסית.

2.3.3 השפעת יחס ההרכבה על תכונות ריאולוגיות של מערכת ההרכבה

איור 2-4 צמיגות לעומת קצב גזירה של תמיסת HPMC/HPS עם יחס תערובת שונה ב 25 מעלות צלזיוס

טבלה 2-2 מדד התנהגות זרימה (N) ומדד עקביות נוזלים (k) של תמיסת HPS/HPMC עם יחס תערובת שונה ב 25 °

איורים 2-4 מראים את ההשפעה של יחס ההרכבה על תלות קצב הגזירה של צמיגות תמיסת HPMC/HPS. ניתן לראות מהנתון כי הצמיגות של המערכת המורכבת עם תוכן HPS נמוך (HPS <20%) אינה משתנה באופן משמעותי עם עליית קצב הגזירה, בעיקר מכיוון שבמערכת המורכבת עם תוכן HPS נמוך, HPMC במצב פתרון בטמפרטורה נמוכה הוא השלב הרציף; הצמיגות של המערכת המורכבת עם תכולת HPS גבוהה פוחתת בהדרגה עם עליית קצב הגזירה, ומציגה תופעה דלילה של גזירה ברורה, מה שמצביע על כך שהתמיסה המורכבת היא נוזל פסאודופלסטי. באותו קצב גזירה, הצמיגות של הפתרון המורכב עולה עם עליית תכולת HPS, שהיא בעיקר מכיוון ש- HPS נמצא במצב ג'ל צמיג יותר בטמפרטורה נמוכה.

באמצעות חוק הכוח של אוסטוולד-דה וואלה (ראה פורמולה (2-1)) כך שיתאים לעקומות קצב גזירת הגזירה (לא מוצגות בטקסט) של המערכות המורכבות עם יחסי מורכבים שונים, אקספקטנט הזרימה N ומקדם הצמיגות K, התוצאות המתאימות מוצגות בטבלה 2-2. ניתן לראות מהטבלה ש- 0.9869 <r2 <0.99999, התוצאה המתאימה טובה יותר. מדד הזרימה N של המערכת המורכבת יורד בהדרגה עם עליית תכולת HPS, ואילו מקדם הצמיגות K מראה מגמה הולכת וגוברת בהדרגה עם עליית תוכן HPS, מה שמצביע על כך שתוספת של HP . מגמה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות המחקר של ג'אנג, אך עבור אותו יחס מורכב, ערך ה- N של הפיתרון המורכב גבוה יותר מהתוצאה של ג'אנג [305], בעיקר מכיוון שבוצעה בגזירה מראש בניסוי זה כדי לבטל את השפעת התיקסוטרופיה מבוטל; תוצאת ג'אנג היא תוצאה של הפעולה המשולבת של התיקסוטרופיה וקצב הגזירה; ההפרדה של שתי שיטות אלה תידון בפירוט בפרק 5.

2.3.3.1 השפעת יחס ההרכבה על צמיגות גזירה אפסית של מערכת ההרכבה

הקשר בין התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת הפולימרית ההומוגנית לבין התכונות הריאולוגיות של הרכיבים במערכת תואם את כלל הסיכום הלוגריתמי. עבור מערכת מורכבת דו-רכיבית, הקשר בין המערכת המורכבת לכל רכיב יכול לבוא לידי ביטוי על ידי המשוואה הבאה:

ביניהם, F הוא פרמטר הרכוש הריאולוגי של המערכת המורכבת;

∅1 ו- ∅2 הם שברי המסה של רכיב 1 ורכיב 2, בהתאמה ו- ∅1 ∅2.

לפיכך, ניתן לחשב את צמיגות האפס של המערכת המורכבת לאחר ההרכבה ביחס מורכב שונה על פי עקרון הסיכום הלוגריתמי לחישוב הערך החזוי המתאים. הערכים הניסויים של הפתרונות המורכבים עם יחסי מורכבים שונים עדיין הוחלפו על ידי התאמת קרן לעקומת קצב הגזירה של הצמיגות. הערך החזוי של צמיגות הגזירה האפסית של מערכת התרכובת HPMC/HPS עם יחסי מורכבים שונים מושווה לערך הניסוי, כפי שמוצג באיור 2-5.

חלק הקו המנוקד באיור הוא הערך החזוי של צמיגות הגזירה האפסית של הפתרון המורכב המתקבל על ידי כלל הסכום הלוגריתמי, ותרף הקו המנוקד הוא הערך הניסיוני של המערכת המורכבת עם יחסי מורכב שונים. ניתן לראות מהנתון כי הערך הניסיוני של הפיתרון המורכב מציג הסדרה חיובית שלילית חיובית ביחס לכלל ההרכבה, מה שמצביע טמפרטורה נמוכה מבנה "האי הים" של מערכת הדו-פאזית; ועם הפחתה רציפה של יחס ההרכבה של HPMC/HPS, השלב הרציף של מערכת ההרכבה השתנה לאחר יחס ההרכבה היה 4: 6. הפרק דן בפירוט במחקר.

ניתן לראות בבירור מהנתון שכאשר יחס המתחם של HPMC/HPS גדול, למערכת המורכבת יש סטייה שלילית, מה שעשוי להיות מכיוון שה- HPS של הצמיגות הגבוהה מופץ במצב הפאזה המפוזר בצמיגות התחתונה HPMC אמצע שלב רציף . עם עליית תכולת HPS, קיימת סטייה חיובית במערכת המורכבת, מה שמצביע על כך שמעבר הפאזה הרציף מתרחש במערכת המורכבת בשלב זה. HPs עם צמיגות גבוהה הופך לשלב הרציף של המערכת המורכבת, ואילו HPMC מתפזר בשלב הרציף של HPs במצב אחיד יותר.

2.3.3.2 השפעת יחס ההרכבה על התנהגות הנוזלים של מערכת ההרכבה

איורים 2-6 מראים את מדד הזרימה n של המערכת המורכבת כפונקציה של תוכן HPS. מכיוון שמדד הזרימה n מותקן מקואורדינטה של ​​יומן לוגריתמי, N הנה סכום ליניארי. ניתן לראות מהנתון כי עם עליית תכולת ה- HPS, מדד הזרימה N של המערכת המורכבת פוחת בהדרגה, מה שמצביע על כך ש- HPS מפחית את תכונות הנוזל הניוטוני של תמיסת המורכב ומשפר את התנהגות הנוזלים הפסאודופלסטיים שלו. החלק התחתון הוא מצב הג'ל עם צמיגות גבוהה יותר. ניתן לראות גם מהנתון כי הקשר בין מדד הזרימה של המערכת המורכבת לתוכן של HPS תואם מערכת יחסים לינארית (R2 הוא 0.98062), זה מראה שלמערכת המורכבת יש תאימות טובה.

2.3.3.3 השפעה של יחס ההרכבה על מקדם הצמיגות של מערכת ההרכבה

איור 2-7 מציג את מקדם הצמיגות K של הפתרון המורכב כפונקציה של תוכן HPS. ניתן לראות מהנתון שערך ה- K של HPMC טהור הוא קטן מאוד, ואילו ערך ה- K של HPS טהור הוא הגדול ביותר, הקשור לתכונות הג'ל של HPMC ו- HPS, שנמצאים בפיתרון ובמצב הג'ל בהתאמה טמפרטורה נמוכה. כאשר תוכן הרכיב הנמוך בצמיגות הוא גבוה, כלומר, כאשר תוכן ה- HPS נמוך, מקדם הצמיגות של הפיתרון המורכב קרוב לזה של רכיב הצמיגות הנמוך HPMC; בעוד שכאשר התוכן של רכיב הצמיגות הגבוה הוא גבוה, ערך ה- K של תמיסת המורכב עולה עם עליית תכולת ה- HPS עלתה משמעותית, מה שהצביע על כך ש- HPs הגדילה את הצמיגות של HPMC בטמפרטורה נמוכה. זה משקף בעיקר את התרומה של צמיגות השלב הרציף לצמיגות המערכת המורכבת. במקרים שונים שבהם המרכיב הנמוך בצמיזות הוא השלב הרציף והרכיב בעל הצמיגות הגבוהה הוא השלב הרציף, תרומת צמיגות השלב הרציף לצמיגות של המערכת המורכבת שונה כמובן. כאשר HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את התרומה של צמיגות השלב הרציף; וכאשר ה- HPs בעלי צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, ה- HPMC כשלב המפוזר יפחית את הצמיגות של HPs בעלי צמיגות גבוהה. אֵפֶקְט.

2.3.4 Thixotropy

ניתן להשתמש בתיקסוטרופיה כדי להעריך את יציבותם של חומרים או מערכות מרובות, מכיוון שתיקסוטרופיה יכולה להשיג מידע על המבנה הפנימי ומידת הנזק תחת כוח הגזירה [323-325]. ניתן לתאם בין תיקסוטרופיה עם השפעות זמניות והיסטוריה של הגזירה המובילות לשינויים מיקרו -מבניים [324, 326]. השיטה התיקסוטרופית התלת-שלבית שימשה לחקר ההשפעה של יחסי מורכב שונים על התכונות התיקסוטרופיות של מערכת ההרכבה. כפי שניתן לראות באיורים 2-5, כל הדגימות הציגו דרגות שונות של תיקסוטרופיה. בשיעורי גזירה נמוכים, צמיגות התמיסה המורכבת עלתה באופן משמעותי עם עליית תכולת HPS, שתואמת את שינוי צמיגות האפס עם תוכן HPS.

תואר ההתאוששות המבנית DSR של הדגימות המורכבות בזמן התאוששות שונה מחושב על ידי הנוסחה (2-3), כפי שמוצג בטבלה 2-1. אם DSR < 1, לדגימה יש עמידות גזירה נמוכה, והמדגם הוא תיקסוטרופי; לעומת זאת, אם DSR > 1, למדגם יש אנטי-תיקזוטרופיה. מהטבלה אנו יכולים לראות שערך ה- DSR של HPMC טהור הוא גבוה מאוד, כמעט 1, הסיבה לכך היא שמולקולת HPMC היא שרשרת נוקשה, וזמן ההרפיה שלה קצר והמבנה מתאושש במהירות תחת כוח גזירה גבוה. ערך ה- DSR של HPS נמוך יחסית, המאשר את תכונותיו התיקסוטרופיות החזקות, בעיקר מכיוון ש- HPS הוא שרשרת גמישה וזמן ההרפיה שלה ארוך. המבנה לא התאושש במלואו במסגרת זמן הבדיקה.

עבור הפיתרון המורכב, באותו זמן התאוששות, כאשר תוכן HPMC גדול מ- 70%, ה- DSR יורד במהירות עם העלייה בתכולת HPS, מכיוון שהשרשרת המולקולרית HPS היא שרשרת גמישה, ומספר השרשראות המולקולריות הנוקשות במערכת המורכבת עולה עם תוספת של HPS. אם הוא מופחת, זמן ההרפיה של הקטע המולקולרי הכולל של המערכת המורכבת מאריך, ולא ניתן לשחזר את התיקסוטרופיה של המערכת המורכבת במהירות תחת פעולת גזירה גבוהה. כאשר התוכן של HPMC הוא פחות מ- 70%, ה- DSR עולה עם עליית התוכן של HPS, מה שמעיד שיש אינטראקציה בין השרשראות המולקולריות של HP ו- HPMC במערכת המורכבת, המשפרת את הקשיחות הכללית של המולקולרית הקטעים במערכת המורכבת ומקצרים את זמן ההרפיה של המערכת המורכבת מופחתת, והתיקסוטרופיה מצטמצמת.

בנוסף, ערך ה- DSR של המערכת המורכבת היה נמוך משמעותית מזה של HPMC טהור, מה שהצביע על כך שהתיקסוטרופיה של HPMC שופרה משמעותית על ידי הרכבה. ערכי ה- DSR של מרבית הדגימות במערכת המורכבת היו גדולים יותר מאלה של HPs טהורים, מה שמצביע על כך שיציבות HPS שופרה במידה מסוימת.

It can also be seen from the table that at different recovery times, the DSR values all show the lowest point when the HPMC content is 70%, and when the starch content is greater than 60%, the DSR value of the complex is higher than זה של HPS טהור. The DSR values within 10 s of all samples are very close to the final DSR values, which indicates that the structure of the composite system basically completed most of the tasks of structure recovery within 10 s. ראוי לציין כי הדגימות המורכבות עם תכולת HPS גבוהה הראו מגמה של הגדלה בהתחלה ואז ירידה בהארכת זמן ההחלמה, מה שהצביע על כך שהדגימות המורכבות הראו גם מידה מסוימת של תיקסוטרופיה בפעולה של גזירה נמוכה, וגם המבנה שלהם לא יציב יותר.

הניתוח האיכותי של התיקסוטרופיה התלת-שלבית תואם את תוצאות בדיקת הטבעת התיקסוטרופיות המדווחות, אך תוצאות הניתוח הכמותי אינן עולות בקנה אחד עם תוצאות בדיקת הטבעת התיקסוטרופית. התיקסוטרופיה של מערכת המתחם HPMC/HPS נמדדה בשיטת טבעת תיקסוטרופית עם עליית תוכן HPS [305]. ההתנוונות תחילה פחתה ואז גדלה. מבחן הטבעת התיקסוטרופי יכול רק לשער את קיומה של תופעה תיקסוטרופית, אך אינו יכול לאשר אותה, מכיוון שהטבעת התיקסוטרופית היא תוצאה של הפעולה בו זמנית של זמן גזירה ושיעור הגזירה [325-327].

2.4 סיכום פרק זה

In this chapter, the thermal gel HPMC and the cold gel HPS were used as the main raw materials to construct a two-phase composite system of cold and hot gel. השפעה של תכונות ריאולוגיות כמו צמיגות, דפוס זרימה ותיקסוטרופיה. על פי הקשר הנפוץ בין מצבים שונים לריכוזי פולימרים בתמיסה, מוצע מודל המצב המולקולרי של מערכת תרכובת HPMC/HPS בתמיסה בטמפרטורה נמוכה. על פי עקרון הסיכום הלוגריתמי של המאפיינים של רכיבים שונים במערכת המורכבת, נבדקה תאימות המערכת המורכבת. The main findings are as follows:

1. דגימות מורכבות עם ריכוזים שונים הראו כולם מידה מסוימת של דילול גזירה, ומידת דילול הגזירה עלתה עם עליית הריכוז.
2. עם עליית הריכוז, מדד הזרימה של המערכת המורכבת פחת, ומקדם הצמיגות והצמיגות של אפס גזירה עלה, מה שמצביע על כך שהשיפור ההתנהגות המוצק של המערכת המורכבת.
3. יש ריכוז קריטי (8%) במערכת התרכובת HPMC/HPS, מתחת לריכוז הקריטי, השרשראות המולקולריות של HPMC ואזור שלב הג'ל HPS בתמיסה המורכבת מופרדים זה מזה וקיימים באופן עצמאי; כאשר מגיעים לריכוז הקריטי, בתמיסה המורכבת נוצר מצב מיקרוגל עם שלב HPS כמרכז הג'ל, ושרשראות המולקולריות HPMC שזילות זה בזה ומחוברות זו לזו; מעל הריכוז הקריטי, שרשראות המקרומולקולריות הצפופות של HPMC ושזורה זו מזו עם אזור שלב HPS מורכבות יותר, והאינטראקציה מורכבת יותר. אינטנסיבי יותר, כך שהפתרון מתנהג כמו נמס פולימר.
4. The compounding ratio has a significant impact on the rheological properties of the HPMC/HPS compound solution. עם עליית תכולת ה- HPS, תופעת הדלילה של הגזירה של המערכת המורכבת ברורה יותר, מדד הזרימה יורד בהדרגה, ומקדם הצמיגות של האפס ומקדם הצמיגות גדל בהדרגה. increases, indicating that the solid-like behavior of the complex is significantly improved.
5. צמיגות האפס-גזירה של המערכת המורכבת מציגה הסדרה מסוימת שלילית חיובית ביחס לכלל הסיכום הלוגריתמי. המערכת המורכבת הינה מערכת דו-פאזית עם מבנה "אי-ים" שלב מפוזר שלב ברציפות בטמפרטורה נמוכה, וככל שיחס ההרכבה של HPMC/HPS ירד לאחר 4: 6, השלב הרציף של מערכת ההרכבה השתנה.
6. יש קשר ליניארי בין מדד הזרימה ליחס ההרכבה של הפתרונות המורכבים עם יחסי מורכב שונים, מה שמעיד שלמערכת ההרכבה יש תאימות טובה.
7. עבור מערכת התרכובת HPMC/HPS, כאשר רכיב הצמיזות הנמוך הוא השלב הרציף והרכיב בעל צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, תרומת צמיגות השלב הרציף לצמיגות של המערכת המורכבת שונה באופן משמעותי. כאשר ה- HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את התרומה של צמיגות השלב הרציף; בעוד שכאשר ה- HPs בעלי צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, ה- HPMC כשלב הפיזור יפחית את הצמיגות של HPs בעלי צמיגות גבוהה. אֵפֶקְט.
8. Thixotropy תלת-שלבי שימש לחקר ההשפעה של יחס ההרכבה על התיקסוטרופיה של המערכת המורכבת. התיקסוטרופיה של המערכת המורכבת הראתה מגמה של ירידה ראשונה ואז גדלה עם הירידה ביחס ההרכבה של HPMC/HPS.
9. תוצאות הניסוי לעיל מראות כי באמצעות הרכבה של HPMC ו- HPS, התכונות הריאולוגיות של שני המרכיבים, כמו צמיגות, תופעה דלילה של גזירה ותיקסוטרופיה, התאזנו במידה מסוימת.

פרק 3 הכנה ותכונות של סרטים מורכבים אכילים של HPMC/HPS

הרכבה פולימרית היא הדרך היעילה ביותר להשיג השלמת ביצועים רב-רכיבים, לפתח חומרים חדשים עם ביצועים מצוינים, להפחית את מחירי המוצרים ולהרחיב את טווח היישומים של החומרים [240-242, 328]. לאחר מכן, בגלל הבדלי מבנה מולקולרי מסוים ואנטרופיה קונפורמציה בין פולימרים שונים, רוב מערכות ההרכבה הפולימריות אינן תואמות או תואמות חלקית [11, 12]. המאפיינים המכניים ותכונות מקרוסקופיות אחרות של המערכת המורכבת הפולימרית קשורים קשר הדוק לתכונות הפיזיקו -כימיות של כל רכיב, ליחס ההרכבה של כל רכיב, לתאימות בין הרכיבים, והמבנה המיקרוסקופי הפנימי וגורמים אחרים [240, 329].

מנקודת המבט הכימית של המבנה הכימי, הן HPMC והן HPs הם קורדן הידרופילי, יש לאותה יחידה מבנית - גלוקוז, ומשתנים על ידי אותה קבוצה פונקציונלית - קבוצת הידרוקסיפרופיל, כך ש- HPMC ו- HPS צריכים להיות בעלי שלב טוב. קיבול. עם זאת, HPMC הוא ג'ל המושרה תרמית, שנמצא במצב תמיסה עם צמיגות נמוכה מאוד בטמפרטורה נמוכה, ויוצר קולואיד בטמפרטורה גבוהה; HPS הוא ג'ל הנגרם על ידי קר, שהוא ג'ל בטמפרטורה נמוכה ונמצא במצב תמיסה בטמפרטורה גבוהה; תנאי הג'ל והתנהגותם הפוכים לחלוטין. ההרכבה של HPMC ו- HPS אינה תורמת להיווצרות מערכת הומוגנית עם תאימות טובה. תוך התחשבות הן במבנה הכימי והן את התרמודינמיקה, ישנה משמעות תיאורטית רבה וערך מעשי לתרכובת HPMC עם HPS להקמת מערכת תרכובת ג'ל קרה.

פרק זה מתמקד בחקר המאפיינים המובנים של הרכיבים במערכת ההתרכבות הקרה של HPMC/HPS, ג'ל חם, יחס ההרכבה והלחות היחסית של הסביבה על המורפולוגיה המיקרוסקופית, תאימות והפרדת פאזה, תכונות מכניות, תכונות אופטיות , ותכונות ירידה תרמיות של המערכת המורכבת. והשפעתם של תכונות מקרוסקופיות כמו תכונות מחסום חמצן.

3.1.2 מכשירים וציוד עיקריים

3.2 שיטת ניסוי

האבקת היבשה של 15% (W/W) של HPMC ו- HPS הייתה מעורבת עם 3% (W/W), הפלסטיזר הפוליאתילן גליקול הוחלף במים מיונים כדי להשיג את הנוזל המורכב מהצורה של הסרט, ואת הסרט המורכב האכיל של HPMC/ HPS was prepared by the casting method.

שיטת ההכנה: ראשית לשקול אבקת HPMC ו- HPS, ומערבבים אותם לפי יחס שונה; לאחר מכן מוסיפים למים של 70 מעלות צלזיוס, ומערבבים במהירות 120 סל"ד/דקה למשך 30 דקות כדי לפזר באופן מלא HPMC; לאחר מכן מחממים את התמיסה למעל 95 מעלות צלזיוס, מערבבים במהירות באותה מהירות למשך שעה אחת לג'לטיניזציה לחלוטין של HPs; לאחר השלמת הג'לטיניזציה, הטמפרטורה של התמיסה מצטמצמת במהירות ל 70 מעלות צלזיוס, והתמיסה מערבבת במהירות איטית של 80 סל"ד/דקה למשך 40 דקות. ממיסים באופן מלא HPMC. שופכים 20 גרם מהפתרון המעורב של יצירת סרטים לתבשיל פטרי קלקר עם קוטר של 15 ס"מ, הטיל אותו שטוח וייבש אותה בחום של 37 מעלות צלזיוס. הסרט המיובש מתקלף מהדיסק כדי להשיג קרום מורכב אכיל.

סרטי אכיל היו כולם משויכים בלחות של 57% למשך יותר משלושה ימים לפני הבדיקה, וחלק הסרטים האכילים ששימש לבדיקת רכוש מכני היה משקל בלחות של 75% במשך יותר משלושה ימים.

3.2.2.1 עקרון ניתוח של סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים

אקדח האלקטרונים בחלקו העליון של מיקרוסקופיית הסריקה האלקטרונית (SEM) יכול לפלוט כמות גבוהה של אלקטרונים. לאחר שהופחת וממוקד, הוא יכול ליצור קרן אלקטרונים עם אנרגיה ועוצמה מסוימים. מונע על ידי השדה המגנטי של סליל הסריקה, על פי סדר זמן וסדר מרחב מסוים סורק את פני השטח של נקודת הדגימה אחר נקודה. בשל ההבדל במאפייני השטח של מיקרו-שטח, האינטראקציה בין הדגימה לקרן האלקטרונים תייצר אותות אלקטרונים משניים בעוצמות שונות, שנאספים על ידי הגלאי ומוסבים לאותות חשמליים, המוגברים על ידי הווידיאו וקלט לרשת צינור התמונה, לאחר התאמת בהירות צינור התמונה, ניתן להשיג תמונת אלקטרונים משנית שיכולה לשקף את המורפולוגיה ואת המאפיינים של האזור המיקרו על פני המדגם. בהשוואה למיקרוסקופים אופטיים מסורתיים, הרזולוציה של SEM גבוהה יחסית, בערך 3nm-6nm משכבת ​​השטח של הדגימה, המתאימה יותר להתבוננות בתכונות מיקרו-מבנה על פני החומרים.

3.2.2.2 שיטת בדיקה

הסרט האכיל הוצב במייבש לייבוש, ונבחר גודל מתאים של סרט אכיל, הודבק על שלב הדגימה המיוחד של SEM עם דבק מוליך, ואז מצופה זהב עם שיתוף ואקום. במהלך הבדיקה הוכנס המדגם ל- SEM, והמורפולוגיה המיקרוסקופית של הדגימה נצפתה וצולמה פי 300 פעמים והגדלה של פי 1000 מתחת למתח האצה של קרן האלקטרונים של 5 קילוואט.

3.2.3 העברת אור של סרט מורכב אכיל HPMC/HPS

3.2.3.1 עקרון ניתוח של ספקטרופוטומטריה של UV-Vis

הספקטרופוטומטר UV-Vis יכול לפלוט אור באורך גל של 200 ~ 800nm ​​ולהקרן אותו על האובייקט. כמה אורכי גל ספציפיים של אור באור האירוע נספגים על ידי החומר, ומעבר ברמת אנרגיה רטט מולקולרית ומעבר ברמת האנרגיה האלקטרונית מתרחשים. מכיוון שלכל חומר יש מבנים מרחביים מולקולריים, אטומיים ומולקולריים שונים, לכל חומר יש ספקטרום הקליטה הספציפי שלו, וניתן לקבוע או לקבוע את תוכן החומר בהתאם לרמת הספיגה בכמה אורכי גל ספציפיים בספקטרום הספיגה. לפיכך, ניתוח ספקטרופוטומטרי UV-Vis הוא אחד האמצעים היעילים לחקר ההרכב, המבנה והאינטראקציה של חומרים.

כאשר קרן אור פוגעת באובייקט, חלק מאור האירוע נספג על ידי האובייקט, והחלק האחר של האור האירוע מועבר דרך האובייקט; the ratio of the transmitted light intensity to the incident light intensity is the transmittance.

הנוסחה לקשר בין ספיגה להעברה היא:

T הוא העברת, %.

הספיגה הסופית תוקנה באופן אחיד על ידי ספיגה × 0.25 מ"מ/עובי.

3.2.3.2 שיטת בדיקה

Prepare 5% HPMC and HPS solutions, mix them according to different ratios, pour 10 g of the film-forming solution into a polystyrene petri dish with a diameter of 15 cm, and dry them at 37 °C to form a film. חותכים את הסרט האכיל לרצועה מלבנית של 1 מ"מ × 3 מ"מ, הכניסו אותו לקובט, והפכו את הסרט האכיל קרוב לקיר הפנימי של הקובט. ספקטרופוטומטר UV-3802 WFZ UV-vis שימש לסריקת הדגימות באורך הגל המלא של 200-800 ננומטר, וכל מדגם נבדק 5 פעמים.

3.2.4.1 עקרון ניתוח תרמומכני דינאמי

ניתוח תרמי -מכני דינמי (DMA) הוא מכשיר שיכול למדוד את הקשר בין המסה לטמפרטורה של המדגם תחת עומס הלם מסוים וטמפרטורה מתוכנתת, ויכול לבחון את התכונות המכניות של הדגימה בפעולה של לחץ וזמן לסירוגין תקופתי, טמפרטורה וטמפרטורה. יחסי תדרים.

לפולימרים מולקולריים גבוהים יש תכונות ויסקו -אלסטיות, שיכולות לאגור אנרגיה מכנית כמו אלסטומר מצד אחד, ולצרוך אנרגיה כמו ריר מצד שני. כאשר מיושם הכוח המתחלף התקופתי, החלק האלסטי ממיר את האנרגיה לאנרגיה פוטנציאלית ומאחסן אותו; ואילו החלק הצמיג ממיר את האנרגיה לאנרגיית חום ומאבד אותה. חומרי פולימר בדרך כלל מציגים שני מצבים של מצב זכוכית בטמפרטורה נמוכה ומצב גומי בטמפרטורה גבוהה, וטמפרטורת המעבר בין שני המצבים היא טמפרטורת המעבר לזכוכית. טמפרטורת מעבר הזכוכית משפיעה ישירות על מבנה ותכונותיהם של חומרים, והיא אחת הטמפרטורות האופייניות החשובות ביותר של פולימרים.

על ידי ניתוח התכונות התרמומכניות הדינאמיות של פולימרים, ניתן לראות את הוויסקואלסטיות של הפולימרים, וניתן להשיג פרמטרים חשובים שקובעים את ביצועי הפולימרים, כך שניתן יהיה ליישם אותם טוב יותר על סביבת השימוש בפועל. בנוסף, ניתוח תרמומכני דינאמי רגיש מאוד למעבר זכוכית, הפרדת פאזות, קישור צולב, התגבשות ותנועה מולקולרית בכל רמות הקטעים המולקולריים, ויכול להשיג מידע רב על המבנה והתכונות של הפולימרים. לעתים קרובות הוא משמש לחקר המולקולות של פולימרים. התנהגות תנועה. בעזרת מצב סחף הטמפרטורה של ה- DMA, ניתן לבדוק את התרחשותם של מעברי פאזה כמו מעבר הזכוכית. בהשוואה ל- DSC, ל- DMA יש רגישות גבוהה יותר והיא מתאימה יותר לניתוח חומרים המדמים שימוש בפועל.

3.2.4.2 שיטת בדיקה

בחר דגימות נקייה, אחידה, שטוחה ובלתי פגומה, וחותך אותם לרצועות מלבניות 10 מ"מ × 20 מ"מ. הדגימות נבדקו במצב מתיחה באמצעות מנתח תרמומכני דינאמי של Pydris Diamond Diame, מפרקינלמר, ארה"ב. טווח טמפרטורת הבדיקה היה 25 ~ 150 מעלות צלזיוס, קצב החימום היה 2 מעלות צלזיוס/דקה, התדר היה 1 הרץ והבדיקה חזרה על עצמה פעמיים לכל מדגם. במהלך הניסוי נרשמו מודולוס האחסון (E ') ומודולוס האובדן (E ") של המדגם, וניתן גם לחשב גם את היחס בין מודול האובדן למודול האחסון, כלומר זווית המשיק.

3.2.5 יציבות תרמית של סרטים מורכבים אכילים של HPMC/HPS

מנתח גרווימטרי תרמי (TGA) יכול למדוד את השינוי של המסה של מדגם עם טמפרטורה או זמן בטמפרטורה מתוכנתת, וניתן להשתמש בו כדי לחקור את האידוי האפשרי, התכה, סובלימציה, התייבשות, פירוק וחמצון של חומרים במהלך תהליך החימום . ותופעות פיזיות וכימיות אחרות. עקומת היחסים בין מסת החומר לטמפרטורה (או זמן) המתקבלת ישירות לאחר בדיקת הדגימה נקראת תרמוגרווימטרי (עקומת TGA). ירידה במשקל ומידע אחר. ניתן להשיג עקומה תרמוגרווימטרית נגזרת (עקומת DTG) לאחר הנגזרת מהסדר הראשון של עקומת TGA, המשקפת את השינוי בקצב הירידה במשקל של הדגימה שנבדקה עם טמפרטורה או זמן, ונקודת השיא היא הנקודה המרבית של הקבוע דרג.

בחר את הסרט האכיל בעובי אחיד, חתוך אותו למעגל בקוטר זהה לדיסק הבדיקה של המנתח התרמוגרווימטרי ואז הניח אותו שטוח על דיסק הבדיקה ובדוק אותו באווירת חנקן עם קצב זרימה של 20 מ"ל/דקה . טווח הטמפרטורות היה 30-700 מעלות צלזיוס, קצב החימום היה 10 מעלות צלזיוס/דקה, וכל מדגם נבדק פעמיים.

3.2.6 מאפייני מתיחה של סרטים מורכבים אכילים HPMC/HPS

בודק המאפיינים המכניים יכול למרוח עומס מתיחה סטטי על הקו לאורך ציר האורך בטמפרטורה, לחות ומהירות ספציפיים עד לשבור הקו. במהלך הבדיקה נרשמה העומס שהוחל על הקו וכמות העיוות שלו על ידי בוחן הרכוש המכני, ועקומת מתח הלחץ במהלך עיוות המתיחה של הקו נמשכה. From the stress-strain curve, the tensile strength (ζt), elongation at break (εb) and elastic modulus (E) can be calculated to evaluate the tensile properties of the film.

בדרך כלל ניתן לחלק את הקשר בין חומרי מתח של חומרים לשני חלקים: אזור עיוות אלסטי ואזור עיוות פלסטי. באזור העיוות האלסטי, הלחץ והמתח של החומר מקיימים מערכת יחסים לינארית, וניתן לשחזר את העיוות בשלב זה לחלוטין, התואם את החוק של קוק; באזור העיוות הפלסטי, הלחץ והמתח של החומר אינם עוד ליניאריים, והעיוות שמתרחש בשלב זה הוא באופן בלתי הפיך, בסופו של דבר החומר נשבר.

נוסחת חישוב חוזק מתיחה ：

איפה: הוא כוח מתיחה, MPA;

P הוא העומס המרבי או העומס השבירה, n;

B הוא רוחב המדגם, מ"מ;

D הוא עובי הדגימה, מ"מ.

איפה: εb הוא התארכות בהפסקה, %;

L0 הוא אורך המד המקורי של הדגימה, מ"מ.

נוסחת חישוב מודולוס אלסטית:

ביניהם: E הוא המודולוס האלסטי, MPA;

ζ הוא לחץ, MPA;

ε הוא המתח.

3.2.6.2 שיטת בדיקה

בחר דגימות נקייה, אחידות, שטוחות ובלתי פוגעות, עיין בסטנדרט הלאומי GB13022-91, וחתך אותן למטפלים בצורת משקולת באורך כולל של 120 מ"מ, מרחק ראשוני בין גופי 86 מ"מ, מרחק בין סימנים של 40 מ"מ, לבין רוחב של 10 מ"מ. הקווי הוצבו על 75% ו -57% (באטמוספרה של תמיסת נתרן כלוריד רווי ותמיסת נתרן ברומיד), ושייבו יותר משלושה ימים לפני המדידה. בניסוי זה משתמשים בבחינת הנכסים המכניים של ASTM D638, 5566 נכסים מכניים של חברת INSTRON של ארצות הברית והמצע הפנאומטי שלה 2712-003. מהירות המתיחה הייתה 10 מ"מ/דקה, והמדגם חזר על עצמו 7 פעמים, והערך הממוצע חושב.

3.2.7 חדירות חמצן של סרט מורכב אכיל HPMC/HPS

3.2.7.1 עקרון ניתוח חדירות החמצן

לאחר התקנת מדגם הבדיקה, חלל הבדיקה מחולק לשני חלקים, A ו- B; זרימת חמצן בעלת טוהר גבוה עם קצב זרימה מסוים מועברת לחלל A, וזרימת חנקן עם קצב זרימה מסוים מועברת לחלל B; במהלך תהליך הבדיקה, חלל החמצן מחלחל דרך הדגימה לחלל ה- B, והחמצן המסתנן לחלל B נשא על ידי זרימת החנקן ומשאיר את חלל B כדי להגיע לחיישן החמצן. חיישן החמצן מודד את תכולת החמצן בזרימת החנקן ומוצא אות חשמלי תואם, ובכך מחשב את החמצן לדגימה. העברה.

3.2.7.2 שיטת בדיקה

בחרו סרטים מורכבים אכילים לא פגומים, חתכו אותם לדגימות בצורת יהלום 10.16 x 10.16 ס"מ, ציפו את משטחי הקצה של המהדקים עם גריז ואקום והדק את הדגימות לגוש הבדיקה. נבדק על פי ASTM D-3985, לכל מדגם שטח בדיקה של 50 ס"מ.

3.3.1 ניתוח מיקרו -מבנים של סרטים מורכבים אכילים

The interaction between the components of the film-forming liquid and the drying conditions-determine the final structure of the film and seriously affect various physical and chemical properties of the film [330, 331]. תכונות הג'ל המובנות ויחס ההרכבה של כל רכיב יכולים להשפיע על המורפולוגיה של התרכובת, המשפיעים עוד יותר על מבנה השטח ועל התכונות הסופיות של הממברנה [301, 332]. לפיכך, ניתוח מיקרו -מבני של הסרטים יכול לספק מידע רלוונטי על הסידור מחדש המולקולרי של כל רכיב, אשר בתורו יכול לעזור לנו להבין טוב יותר את תכונות המחסום, התכונות המכניות והתכונות האופטיות של הסרטים.

באיור 3-1 מוצגים מיקרוגרפי מיקרוסקופ אלקטרונים של סריקת פני השטח של סרטים אכילים HPS/HPMC עם יחס שונה. כפי שניתן לראות באיור 3-1, כמה דגימות הראו מיקרו-סדקים על פני השטח, מה שעלול להיגרם כתוצאה מהפחתת הלחות במדגם במהלך הבדיקה, או על ידי התקפת קרן האלקטרונים בחלל המיקרוסקופ [122 , 139]. באיור, קרום HPS טהור ו- HPMC טהור. הממברנות הראו משטחים מיקרוסקופיים חלקים יחסית, והמיקרו -מבנה של ממברנות HPS טהורות היה הומוגני יותר וחלק יותר מאשר ממברנות HPMC טהורות, שעשויות להיות בעיקר כתוצאה מקרומולקולות עמילן (המולקוליות של מולקוליות של עמילן). בתמיסה מימית. מחקרים רבים הראו שמערכת אמילוז-אמילופקטין-מים בתהליך הקירור

יכול להיות מנגנון תחרותי בין היווצרות ג'ל להפרדת פאזה. אם קצב הפרדת הפאזות נמוך יותר משיעור היווצרות הג'ל, הפרדת פאזות לא תתרחש במערכת, אחרת, הפרדת פאזות תתרחש במערכת [333, 334]. יתר על כן, כאשר תכולת העמילוז עולה על 25%, הג'לטיניזציה של אמילוז ומבנה רשת אמילוז רציפה יכולים לעכב משמעותית את מראה הפרדת הפאזות [334]. תכולת העמילוז של HPs המשמשים במאמר זה היא 80%, גבוהה בהרבה מ- 25%, ובכך ממחישה טוב יותר את התופעה כי ממברנות HPS טהורות הומוגניות יותר וחלקות יותר מאשר ממברנות HPMC טהורות.

ניתן לראות מהשוואה בין הדמויות כי המשטחים של כל הסרטים המורכבים הם מחוספסים יחסית, וכמה בליטות לא סדירות מפוזרות, מה שמצביע על כך שיש מידה מסוימת של חוסר יכולת בין HPMC ו- HPs. יתר על כן, הממברנות המורכבות עם תוכן HPMC גבוה הציגו מבנה הומוגני יותר מאלו עם תוכן HPS גבוה. עיבוי מבוסס HPS בטמפרטורת היווצרות סרטים של 37 מעלות צלזיוס

בהתבסס על תכונות הג'ל, HPS הציגה מצב ג'ל צמיג; בעוד שהתבסס על תכונות הג'ל התרמיות של HPMC, HPMC הציג מצב תמיסה דמוי מים. בממברנה המרוכבת עם תכולת HPS גבוהה (7:3 HPS/HPMC), ה-HPS הצמיג הוא השלב הרציף, וה-HPS דמוי המים מתפזר בשלב הרציף HPS בעל צמיגות גבוהה כשלב המפוזר, שאינו תורם להתפלגות האחידה של השלב המפוזר; בסרט המורכב עם תוכן HPMC גבוה (3: 7 HPS/HPMC), ה- HPMC בעל צמיגות נמוכה הופך לשלב הרציף, וה- HPs הצמיגים מתפזר בשלב ה- HPMC הנמוך בשלב הפזור היווצרות שלב הומוגני. מערכת מורכבת.

ניתן לראות מהדמות שלמרות שכל הסרטים המורכבים מראים מבני שטח מחוספסים ולא הומוגניים, לא נמצא ממשק פאזה ברור מאליו, מה שמצביע על כך של- HPMC ו- HPS יש תאימות טובה. הסרטים המורכבים של HPMC/עמילן ללא פלסטייזרים כמו PEG הראו הפרדת פאזות ברורה [301], ובכך מצביעים על כך ששני השינוי ההידרוקסיפרופיל של עמילן וגם פלסטייזרים של PEG יכולים לשפר את תאימות המערכת המורכבת.

3.3.2 ניתוח מאפיינים אופטיים של סרטים מרוכבים אכילים

תכונות העברת האור של הסרטים המורכבים האכילים של HPMC/HPs עם יחס שונה נבדקו על ידי ספקטרופוטומטר UV-Vis, וספקטרום ה- UV מוצג באיור 3-2. ככל שערך העברת האור גדול יותר, הסרט אחיד ושקוף יותר; לעומת זאת, ככל שערך העברת האור קטן יותר, כך הסרט לא אחיד ואטום יותר. ניתן לראות מאיור 3-2 (א) כי כל הסרטים המורכבים מראים מגמה דומה עם עליית אורך הגל הסריקה בטווח הסריקה המלא באורך הגל, והעברת האור עולה בהדרגה עם עליית אורך הגל. בגובה 350 ננומטר, העקומות נוטות לרמה.

בחר את ההעברה באורך הגל של 500 ננומטר להשוואה, כפי שמוצג באיור 3-2 (ב), העברת סרט HPS טהור נמוכה מזו של סרט HPMC טהור, ועם עליית תוכן HPMC, ההעברה פוחתת ראשונה, ואז עלה לאחר שהגיע לערך המינימלי. When the HPMC content increased to 70%, the light transmittance of the composite film was greater than that of pure HPS. ידוע שמערכת הומוגנית תציג העברת אור טובה יותר, וערך ההעברה המדובר שלה ב- UV הוא בדרך כלל גבוה יותר; חומרים לא הומוגניים הם בדרך כלל אטומים יותר ובעלי העברת UV נמוכים יותר. ערכי ההעברה של הסרטים המורכבים (7: 3, 5: 5) היו נמוכים יותר מאלה של סרטי HPS ו- HPMC טהורים, מה שמצביע על כך שיש מידה מסוימת של הפרדת פאזות בין שני המרכיבים של HPS ו- HPMC.

איור 3-2 ספקטרום UV בכל אורכי הגל (A), וב- 500 ננומטר (B), לסרטי תערובת HPS/HPMC. הסרגל מייצג סטיות תקן ממוצעות ±. AC: אותיות שונות שונות באופן משמעותי עם יחס תערובת שונה (P <0.05), המיושמים בעבודת המחקר המלאה

3.3.3 ניתוח תרמי -מכני דינמי של סרטים מורכבים אכילים

איור 3-3 מציג את התכונות התרמו-מכניות הדינמיות של סרטים אכילים של HPMC/HPS עם ניסוחים שונים. ניתן לראות מאיור 3-3(א) שמודול האחסון (E') יורד עם העלייה בתכולת HPMC. בנוסף, מודול האחסון של כל הדגימות ירד בהדרגה עם עליית הטמפרטורה, פרט לכך שמודול האחסון של סרט HPS טהור (10:0) גדל מעט לאחר שהטמפרטורה הועלתה ל-70 מעלות צלזיוס. בטמפרטורה גבוהה, עבור הסרט המרוכב עם תכולת HPMC גבוהה, למודול האחסון של הסרט המרוכב יש מגמת ירידה ברורה עם עליית הטמפרטורה; בעוד שלדגימה בעלת תכולת HPS גבוהה, מודול האחסון יורד מעט רק עם עליית הטמפרטורה.

איור 3-3 מודולוס אחסון (E ′) (א) ומשיק אובדן (שיזוף Δ) (b) של סרטי תערובת HPS/HPMC

ניתן לראות מאיור 3-3 (ב) כי הדגימות עם תוכן HPMC גבוה מ- 30% (5: 5, 3: 7, 0:10) כולם מראים שיא מעבר זכוכית ועם עליית תוכן HPMC, מעבר הזכוכית טמפרטורת המעבר עברה לטמפרטורה גבוהה, מה שמצביע על כך שהגמישות של שרשרת הפולימר HPMC ירדה. לעומת זאת, קרום ה- HPS הטהור מציג שיא מעטפה גדול סביב 67 מעלות צלזיוס, ואילו לממברנה המורכבת עם 70% תוכן HPS אין מעבר זכוכית ברור. זה יכול להיות מכיוון שיש מידה מסוימת של אינטראקציה בין HPMC ו- HPs, ובכך מגבילים את התנועה של הקטעים המולקולריים של HPMC ו- HPS.

3.3.4 ניתוח יציבות תרמית של סרטים מרוכבים אכילים

איור 3-4 עקומות TGA (A) ועקומות הנגזרת שלהם (DTG) (B) של סרטי תערובת HPS/HPMC

היציבות התרמית של הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS נבדקה על ידי מנתח תרמוגרווימטרי. איור 3-4 מציג את העקומה התרמוגרוואמטריה (TGA) ואת עקומת קצב הירידה במשקל (DTG) של הסרט המורכב. מעקומת ה-TGA באיור 3-4(א), ניתן לראות שדגימות הממברנה המרוכבות עם יחסים שונים מציגות שני שלבי שינוי תרמו-גרבימטריים ברורים עם עליית הטמפרטורה. התנודתיות של המים הנספגים על ידי מקרומולקולה הפוליסכריד גורמת לשלב קטן של ירידה במשקל בטמפרטורה של 30–180 מעלות צלזיוס לפני שמתרחשת השפלה תרמית בפועל. Subsequently, there is a larger phase of weight loss at 300~450 °C, here the thermal degradation phase of HPMC and HPS.

מעקומות ה- DTG באיור 3-4 (ב) ניתן לראות כי הטמפרטורות השיא של השפלה תרמית של HPs טהורים ו- HPMC טהור הם 338 מעלות צלזיוס ו -400 מעלות צלזיוס, בהתאמה, וטמפרטורת השיא של השפלה תרמית של HPMC טהורה היא גבוה מזה של HPS, מה שמצביע על כך שיציבות תרמית טובה יותר של HPMC מאשר HPs. כאשר תוכן HPMC היה 30% (7: 3), שיא יחיד הופיע ב 347 מעלות צלזיוס, התואם לשיא האופייני של HPS, אך הטמפרטורה הייתה גבוהה יותר משיא ההשפלה התרמית של HPs; כאשר תוכן HPMC היה 70% (3: 7), רק השיא האופייני של HPMC הופיע ב -400 מעלות צלזיוס; כאשר התוכן של HPMC היה 50%, הופיעו שני פסגות השפלה תרמית על עקומת DTG, 345 מעלות צלזיוס ו- 396 מעלות צלזיוס, בהתאמה. הפסגות תואמות את הפסגות האופייניות של HPS ו- HPMC, בהתאמה, אך שיא ההשפלה התרמית המתאים ל- HPS קטן יותר, ולשתי הפסגות יש שינוי מסוים. ניתן לראות שרוב הממברנות המורכבות מראים רק שיא יחיד אופייני המתאים לרכיב מסוים, והם מתקזזים בהשוואה לקרום הרכיב הטהור, מה שמצביע על כך שיש הבדל מסוים בין רכיבי HPMC ו- HPS. דרגת תאימות. טמפרטורת השיא של השפלה תרמית של הממברנה המורכבת הייתה גבוהה יותר מזו של HPs טהורים, מה שמצביע על כך ש- HPMC יכול לשפר את היציבות התרמית של קרום HPS במידה מסוימת.

3.3.5 ניתוח מאפיינים מכניים של סרט מרוכב אכיל

תכונות המתיחה של סרטי מורכב HPMC/HPS עם יחסי שונים נמדדו על ידי מנתח רכוש מכני בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, לחות יחסית של 57% ו- 75%. איור 3-5 מציג את המודולוס האלסטי (A), התארכות בהפסקה (B) וכוח מתיחה (C) של סרטים מורכבים HPMC/HPS עם יחסי שונים תחת לחות יחסית שונה. ניתן לראות מהנתון שכאשר הלחות היחסית היא 57%, המודולוס האלסטי וכוח המתיחה של סרט HPS טהור הם הגדולים ביותר, וה- HPMC הטהור הוא הקטן ביותר. עם עליית תכולת HPS, המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של הסרטים המורכבים עלו ברציפות. ההתארכות בהפסקה של קרום HPMC טהור גדולה בהרבה מזו של קרום HPS טהור, ושניהם גדולים יותר מזה של הממברנה המורכבת.

כאשר הלחות היחסית הייתה גבוהה יותר (75%) לעומת 57% לחות יחסית, המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של כל הדגימות פחתו, ואילו ההתארכות בהפסקה עלתה משמעותית. הסיבה לכך היא בעיקר כי מים, כפלסטייזר כללי, יכולים לדלל את מטריצת HPMC ו- HPS, להפחית את הכוח בין שרשראות הפולימר ולשפר את הניידות של קטעי פולימר. בלחות יחסית גבוהה, המודולוס האלסטי וכוח המתיחה של סרטי HPMC טהורים היו גבוהים יותר מאלו של סרטי HPS טהורים, אך ההתארכות בהפסקה הייתה נמוכה יותר, תוצאה שהייתה שונה לחלוטין מהתוצאות בלחות נמוכה. ראוי לציין כי השונות של התכונות המכניות של הסרטים המורכבים עם יחסי רכיב בלחות גבוהה של 75% הפוכה לחלוטין מזה בלחות נמוכה בהשוואה למקרה בלחות יחסית של 57%. תחת לחות גבוהה, תכולת הלחות של הסרט עולה, ולמים לא רק יש השפעה מפלגתית מסוימת על מטריצת הפולימר, אלא גם מקדמת את ההתגבשות מחדש של העמילן. בהשוואה ל- HPMC, ל- HPS יש נטייה חזקה יותר להתגבש מחדש, כך שההשפעה של לחות יחסית על HPS גדולה בהרבה מזו של HPMC.

איור 3-5 מאפייני מתיחה של סרטי HPS/HPMC עם יחסי HPS/HPMC שונים מאוזנים בתנאי ענווה יחסית (RH) שונים. *: אותיות מספר שונות שונות באופן משמעותי עם RH שונות, המיושמות בעבודת הדוקטורט המלאה

3.3.6 ניתוח חדירות חמצן של סרטים מורכבים אכילים

סרט מורכב אכיל משמש כחומר אריזת מזון כדי להאריך את חיי המדף של המזון, וביצועי מחסום החמצן שלו הם אחד האינדיקטורים החשובים. לפיכך, שיעורי העברת החמצן של סרטי אכיל עם יחסי שונים של HPMC/HPs נמדדו בטמפרטורה של 23 מעלות צלזיוס, והתוצאות מוצגות באיור 3-6. ניתן לראות מהנתון כי חדירות החמצן של קרום HPS טהור נמוכה משמעותית מזו של קרום HPMC טהור, מה שמצביע על כך שלממברנה HPS יש תכונות מחסום חמצן טובות יותר מאשר קרום HPMC. בשל הצמיגות הנמוכה וקיומם של אזורים אמורפיים, HPMC קל ליצור מבנה רשת רופף יחסית בצפיפות נמוכה בסרט; בהשוואה ל- HPS, יש לה נטייה גבוהה יותר להתגבש מחדש, וקל ליצור מבנה צפוף בסרט. מחקרים רבים הראו כי לסרטי עמילן יש תכונות מחסום חמצן טובות בהשוואה לפולימרים אחרים [139, 301, 335, 336].

איור 3-6 חדירות חמצן של סרטי תערובת HPS/HPMC

תוספת של HPs יכולה להפחית משמעותית את חדירות החמצן של ממברנות HPMC, וחדירות החמצן של ממברנות מורכבות פוחתת בצורה חדה עם עליית תכולת HPS. תוספת של HPs הניתן להטמעת חמצן יכולה להגביר את עיוותו של תעלת החמצן בקרום המורכב, מה שמוביל בתורו לירידה בקצב חדירת החמצן ובסופו של דבר להוריד את חדירות החמצן. תוצאות דומות דווחו על עמילנים ילידים אחרים [139,301].

3.4 סיכום פרק זה

בפרק זה, באמצעות HPMC ו- HPS כחומרי הגלם העיקריים, והוספת פוליאתילן גליקול כפלסטית, הוכנו הסרטים המורכבים האכילים של HPMC/HPs עם יחסי שונים בשיטת הליהוק. ההשפעה של המאפיינים המובנים של הרכיבים ויחס ההרכבה על המורפולוגיה המיקרוסקופית של הממברנה המורכבת נחקרה על ידי סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים; המאפיינים המכניים של הממברנה המורכבת נבדקו על ידי הבוחן המכני-פרופרטיות. ההשפעה של המאפיינים המובנים של הרכיבים ויחס ההרכבה על תכונות מחסום החמצן והעברת האור של הסרט המורכב נחקרה על ידי בוחן העברת חמצן וספקטרופוטומטר UV-Vis. נעשה שימוש במיקרוסקופיית אלקטרונים, ניתוח תרמוגרווימטרי וניתוח תרמי דינאמי. ניתוח מכני ושיטות אנליטיות אחרות שימשו לחקר התאימות והפרדת הפאזות של מערכת מורכבת הג'ל הלוהטת הקרה. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. בהשוואה ל- HPMC טהור, HPS טהור קל יותר ליצור מורפולוגיה של פני השטח המיקרוסקופיים ההומוגניים והחלקים. הדבר נובע בעיקר מהסידור מחדש המולקולרי הטוב יותר של מקרומולקולות עמילן (מולקולות עמילוז ומולקולות עמילופקטין) בתמיסת העמילן המימית במהלך תהליך הקירור.
2. תרכובות עם תוכן HPMC גבוה נוטות יותר ליצור מבני קרום הומוגניים. זה מבוסס בעיקר על מאפייני הג'ל של HPMC ו- HPS. בטמפרטורה היוצרת סרטים, HPMC ו- HPS מראים מצב פתרון בעל צמיגות נמוכה ומצב ג'ל בעל צמיגות גבוהה, בהתאמה. השלב המפוזר בעל צמיגות גבוהה מתפזר בשלב הרציף של צמיגות נמוכה. , קל יותר ליצור מערכת הומוגנית.
3. ללחות יחסית יש השפעה משמעותית על התכונות המכניות של סרטי מורכבים HPMC/HPS, ומידת השפעתו עולה עם עליית תוכן HPS. בלחות יחסית נמוכה יותר, הן המודולוס האלסטי והן חוזק המתיחה של הסרטים המורכבים עלו עם עליית תוכן HPS, וההארכה בהפסקה של הסרטים המורכבים הייתה נמוכה משמעותית מזו של סרטי הרכיבים הטהורים. עם עליית הלחות היחסית, המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המורכב פחתו, וההארכה בהפסקה עלתה משמעותית, והקשר בין התכונות המכניות של הסרט המורכב ויחס ההרכבה הראו דפוס שינוי הפוך לחלוטין לחות יחסית. המאפיינים המכניים של ממברנות מורכבות עם יחסי מורכב שונים מראים צומת בתנאי לחות יחסית שונים, המספקים אפשרות לייעל את ביצועי המוצר בהתאם לדרישות יישום שונות.
4. התוספת של HPS שיפרה משמעותית את תכונות מחסום החמצן של הממברנה המרוכבת. חדירות החמצן של הממברנה המורכבת פחתה בחדות עם עליית תכולת HPS.
5. במערכת HPMC/HPS קרה ומתחם ג'ל חם, קיימת תאימות מסוימת בין שני הרכיבים. לא נמצא ממשק דו-פאזי ברור מאליו בתמונות SEM של כל הסרטים המורכבים, לרוב הסרטים המורכבים הייתה רק נקודת מעבר אחת לזכוכית בתוצאות ה- DMA, ורק שיא השפלה תרמית אחד הופיע בעקומות DTG של מרבית המרכיב סרטים. זה מראה שיש תיאור מסוים בין HPMC ו- HPS.

תוצאות הניסוי לעיל מראות כי ההרכבה של HPS ו- HPMC יכולה לא רק להפחית את עלות הייצור של סרט אכיל HPMC, אלא גם לשפר את ביצועיו. ניתן להשיג את התכונות המכניות, תכונות מחסום החמצן והמאפיינים האופטיים של הסרט המרוכב האכיל על ידי התאמת יחס ההרכבה של שני הרכיבים והלחות היחסית של הסביבה החיצונית.

פרק 4 קשר בין מיקרומורפולוגיה לתכונות מכניות של מערכת מורכבת HPMC/HPS

בהשוואה לאנטרופיית הערבוב הגבוהה יותר במהלך ערבוב סגסוגת מתכת, אנטרופיית הערבוב במהלך תרכובת פולימר היא בדרך כלל קטנה מאוד, וחום ההרכבה במהלך ההרכבה הוא בדרך כלל חיובי, וכתוצאה מכך תהליכי חיבור פולימרים. שינוי האנרגיה החופשית של גיבס הוא חיובי (���>), לפיכך, ניסוחים של פולימרים נוטים ליצור מערכות דו-פאזיות מופרדות פאזה, וניסוחים פולימרים תואמים לחלוטין הם נדירים מאוד [242].

מערכות תרכובות מתערבבות יכולות בדרך כלל להשיג ערבוב ברמה מולקולרית בתרמודינמיקה וליצור תרכובות הומוגניות, כך שרוב מערכות התרכובות הפולימריות אינן ניתנות לערבב. עם זאת, מערכות מורכבות פולימריות רבות יכולות להגיע למצב תואם בתנאים מסוימים ולהפוך למערכות מורכבות עם תאימות מסוימת [257].

המאפיינים המקרוסקופיים כמו תכונות מכניות של מערכות מורכבות פולימריות תלויות במידה רבה באינטראקציה ובמורפולוגיה שלב של רכיביהן, ובמיוחד בתאימות בין רכיבים להרכב שלבים רציפים ומפוזרים [301]. לכן, ישנה משמעות רבה לחקור את המורפולוגיה המיקרוסקופית והתכונות המקרוסקופיות של המערכת המרוכבת ולבסס את הקשר ביניהן, שיש לו משמעות רבה לשלוט בתכונות החומרים המרוכבים על ידי שליטה במבנה הפאזה והתאימות של המערכת המרוכבת.

בתהליך לימוד המורפולוגיה ותרשים השלבים של המערכת המורכבת, חשוב מאוד לבחור אמצעים מתאימים להבחנה בין רכיבים שונים. עם זאת, ההבחנה בין HPMC ל- HPS קשה למדי, מכיוון שלשניהם שקיפות טובה ומדד שבירה דומה, כך שקשה להבחין בין שני המרכיבים באמצעות מיקרוסקופיה אופטית; בנוסף, מכיוון ששניהם הם חומר מבוסס פחמן אורגני, ולכן לשניים ספיגת אנרגיה דומה, ולכן קשה גם לסריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים להבחין במדויק על זוג הרכיבים. ספקטרוסקופיה אינפרא אדום של פורייה טרנספורמציה יכולה לשקף את השינויים במורפולוגיה ובתרשים השלב של המערכת המורכבת של חלבון-קנה על ידי יחס האזור של פס הפוליסכריד בטלפון 1180-953 ס"מ -1 ופס האמיד בטלפון 1750-1483 ס"מ -1 [52, 337], אך טכניקה זו מורכבת מאוד ובדרך כלל דורשת קרינת סינכרוטרון פורייה טרנספורמציה טכניקות אינפרא אדום כדי לייצר ניגודיות מספקת למערכות HPMC/HPS היברידיות. ישנן גם טכניקות להשגת הפרדה זו של רכיבים, כגון מיקרוסקופיית אלקטרונים בהעברה ופיזור רנטגן זווית קטנה, אך טכניקות אלה בדרך כלל מורכבות [338]. בנושא זה משתמשים בשיטת ניתוח המיקרוסקופ האופטי הפשוט לצבוע מיקרוסקופ אופטי, והעיקרון כי קבוצת הקצה של המבנה הסלילי של עמילוז יכולה להגיב עם יוד ליצירת מתחמי הכללה משמשת לצביעת מערכת המורכבת HPMC/HPS על ידי צביעת יוד, כך כי HPs הרכיבים נבדלו ממרכיבי HPMC על ידי הצבעים השונים שלהם תחת המיקרוסקופ האור. לפיכך, שיטת ניתוח מיקרוסקופ אופטי לצבוע מיקרוסקופ אופטי היא שיטת מחקר פשוטה ויעילה למורפולוגיה ולתרשים שלב של מערכות מורכבות מבוססות עמילן.

בפרק זה נבדקו המורפולוגיה המיקרוסקופית, חלוקת הפאזות, מעבר שלב ומבנים מיקרו אחרים של מערכת ההתרכמות HPMC/HPS באמצעות ניתוח מיקרוסקופ אופטי לצביעת יוד; ותכונות מכניות ותכונות מקרוסקופיות אחרות; ובאמצעות ניתוח המתאם של המורפולוגיה המיקרוסקופית והתכונות המקרוסקופיות של ריכוזי תמיסה שונים ויחסי מורכב, נקבע הקשר בין מיקרו -מבנה לתכונות מקרוסקופיות של מערכת התרכובת HPMC/HPS, על מנת לשלוט על ה- HPMC/HPs. ספק את הבסיס לתכונות של חומרים מורכבים.

4.1 חומרים וציוד

4.1.1 חומרי ניסוי עיקריים

4.2 שיטה נסיונית

4.2.1 הכנת תמיסת מתחם HPMC/HPS

הכן תמיסת HPMC ותמיסת HPS בריכוז של 3%, 5%, 7% ו-9%, ראה 2.2.1 לשיטת ההכנה. מערבבים פתרון HPMC ופתרון HPS לפי 100: 0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 יחסים שונים היו מעורבים במהירות של 250 RMP/דקה ב 21 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, והתקבלו פתרונות מעורבים עם ריכוזים שונים ויחסים שונים.

4.2.2 הכנת ממברנה מרוכבת HPMC/HPS

ראה 3.2.1.

4.2.3 הכנת כמוסות מורכבות HPMC/HPS

עיין בפיתרון שהוכן בשיטה ב- 2.2.1, השתמש בתבנית פלדה אל חלד לטבילה, וייבש אותו ב 37 מעלות צלזיוס. שלף את הקפסולות המיובשות, חתוך את העודף והרכיב אותן ליצירת זוג.

4.2.4 HPMC/HPS Composite Film מיקרוסקופ אופטי

The optical microscope uses the optical principle of magnifying imaging by a convex lens, and uses two converging lenses to expand the opening angle of the nearby tiny substances to the eyes, and enlarge the size of the tiny substances that cannot be discerned by the human eye עד שניתן להבחין בגודל החומרים על ידי העין האנושית.

4.2.4.2 שיטת בדיקה

The HPMC/HPS compound solutions of different concentrations and compounding ratios were taken out at 21 °C, dropped on a glass slide, cast into a thin layer, and dried at the same temperature. הסרטים נצבעו בתמיסת יוד 1% (1 גרם יוד ו-10 גרם יוד אשלגן הונחו בבקבוקון נפח של 100 מ"ל, והומסו באתנול), הונחו בשדה של מיקרוסקופ אור לתצפית וצולמו.

4.2.5 העברת אור של סרט מרוכב HPMC/HPS

4.2.5.1 עקרון אנליזה של ספקטרופוטומטריית UV-vis

זהה ל-3.2.3.1.

4.2.5.1 שיטת בדיקה

ראה 3.2.3.2.

4.2.6 מאפייני מתיחה של סרטים מורכבים HPMC/HPS

4.2.6.1 עקרון ניתוח מאפייני מתיחה

זהה ל-3.2.3.1.

4.2.6.1 שיטת בדיקה

הדגימות נבדקו לאחר שיווי משקל ב-73% לחות במשך 48 שעות. ראה 3.2.3.2 לשיטת הבדיקה.

4.3 תוצאות ודיון

4.3.1 תצפית על שקיפות מוצר

איור 4-1 מציג סרטים וכמוסות אכילים שהוכנו על ידי הרכבת HPMC ו- HPS ביחס מורכב של 70:30. As can be seen from the figure, the products have good transparency, which indicates that HPMC and HPS have similar refractive indices, and a homogeneous compound can be obtained after compounding the two.

4.3.2 תמונות מיקרוסקופ אופטיות של מתחמי HPMC/HPS לפני ואחרי מכתים

איור 4-2 מציג את המורפולוגיה האופיינית לפני ואחרי צביעה של מתחמי HPMC/HPS עם יחסי תרכובות שונים שנצפו במיקרוסקופ אופטי. כפי שניתן לראות מהדמות, קשה להבחין בין שלב HPMC ואת שלב ה- HPS בדמות הלא -מוכתמת; ה- HPMC הטהור הצבוע ו- HPs טהורים מראים את הצבעים הייחודיים שלהם, שהוא בגלל שהתגובה של HPs ויוד דרך יוד מכתים את צבעו הופכת להיות כהה יותר. לפיכך, שני השלבים במערכת המתחם HPMC/HPS נבדלים בפשטות ובאופן ברור, מה שמוכיח עוד יותר כי HPMC ו- HPs אינם ניתנים לניתוק ואינם יכולים ליצור תרכובת הומוגנית. כפי שניתן לראות מהנתון, ככל שתכולת ה- HPS גדלה, שטח האזור האפל (שלב HPS) באיור ממשיך להתגבר כצפוי, ובכך מאשר כי התרחשות מחדש של דו-פאזי מתרחשת במהלך תהליך זה. כאשר תוכן HPMC גבוה מ- 40%, HPMC מציג את מצב השלב הרציף, ו- HPs מתפזר בשלב הרציף של HPMC כשלב המפוזר. לעומת זאת, כאשר התוכן של HPMC נמוך מ- 40%, HPS מציג מצב של שלב רציף, ו- HPMC מתפזר בשלב הרציף של HPS כשלב מפוזר. לפיכך, בתמיסת המתחם של 5% HPMC/HPS, עם תכולת ה- HPS ההולכת וגוברת, ההפך קרה כאשר יחס המורכב היה HPMC/HPS 40:60. The continuous phase changes from the initial HPMC phase to the later HPS phase. על ידי התבוננות בצורת הפאזה, ניתן לראות כי שלב HPMC במטריקס HPS הוא כדורי לאחר הפיזור, ואילו הצורה המפוזרת של שלב HPS במטריקס HPMC אינה סדירה יותר.

יתרה מכך, על ידי חישוב היחס בין שטח האזור הבהיר (HPMC) לאזור הצבע הכהה (HPS) בקומפלקס HPMC/HPS לאחר הצביעה (מבלי להתחשב במצב המזופאזה), נמצא כי השטח של HPMC (צבע בהיר)/HPS (צבע כהה) באיור היחס תמיד גדול מיחס המתחם HPMC/HPS בפועל. לדוגמה, בתרשים הכתמים של תרכובת HPMC/HPS ביחס מורכב של 50:50, שטח ה- HPs באזור האינטר -שלבי אינו מחושב, ויחס שטח האור/האפל הוא 71/29. תוצאה זו מאשרת את קיומם של מספר גדול של מזופזים במערכת המורכבת HPMC/HPS.

ידוע שמערכות מורכבות פולימריות תואמות לחלוטין הן די נדירות מכיוון שמהלך תהליך ההרכבה של הפולימר, חום ההרכבה הוא בדרך כלל חיובי והאנטרופיה של ההרכבה משתנה בדרך כלל מעט, ובכך גורמת לאנרגיה חופשית במהלך שינוי מורכב לערך חיובי. עם זאת, במערכת המורכבת של HPMC/HPS, HPMC ו- HPs עדיין מבטיחים להראות מידה רבה יותר של תאימות, מכיוון ש- HPMC ו- HPs הם שניהם פוליסכרידים הידרופיליים, יש לאותה יחידה מבנית - גלוקוז ועוברים אותה קבוצה פונקציונלית משתנים עם הידרוקסיפרופיל. התופעה של מזופזים מרובים במערכת המתחם HPMC/HPS מצביעה גם כי ל- HPMC ו- HPs בתרכובת יש מידה מסוימת של תאימות, ותופעה דומה מתרחשת במערכת התערובת העמילן-פוליוויניל עם פלסטייזר. הופיע גם [339].

4.3.3 הקשר בין המורפולוגיה המיקרוסקופית לתכונות המקרוסקופיות של המערכת המורכבת

הקשר בין המורפולוגיה, תופעת הפרדת פאזות, שקיפות ותכונות מכניות של מערכת המורכבת HPMC/HPS נבדק בפירוט. איור 4-3 מציג את ההשפעה של תוכן HPS על המאפיינים המקרוסקופיים כמו שקיפות ומודולוס מתיחה של מערכת תרכובת HPMC/HPS. ניתן לראות מהנתון כי השקיפות של HPMC טהור גבוהה יותר מזו של HPs טהורים, בעיקר מכיוון שהגיבוש מחדש של העמילן מפחית את השקיפות של HPs, ושינוי ההידרוקסיפרופיל של העמילן הוא גם סיבה חשובה להפחתת השקיפות של HPS [340, 341]. ניתן למצוא מהנתון כי להעברה של מערכת המתחם HPMC/HPS תהיה ערך מינימלי עם ההבדל של תוכן HPS. העברת המערכת המורכבת, בטווח של תוכן HPS מתחת ל -70%, עולה עםiT יורד עם עליית תכולת HPS; כאשר תוכן HPS עולה על 70%, הוא עולה עם העלייה בתכולת HPS. תופעה זו פירושה שמערכת ההתרכבות של HPMC/HPS אינה ניתנת לניתוק, מכיוון שתופעת הפרדת הפאזות של המערכת מובילה לירידה בהעברת האור. נהפוך הוא, המודולוס של הצעיר של המערכת המורכבת נראה גם נקודה מינימלית עם הפרופורציות השונות, והמודולוס של הצעיר המשיך לרדת עם עליית תכולת HPS, והגיע לנקודה הנמוכה ביותר כאשר תוכן HPS היה 60%. המודולוס המשיך לגדול, והמודולוס גדל מעט. The Young's modulus of the HPMC/HPS compound system showed a minimum value, which also indicated that the compound system was an immiscible system. נקודת העברת האור הנמוכה ביותר של מערכת תרכובת HPMC/HPS עולה בקנה אחד עם נקודת המעבר שלב של שלב רציף של HPMC לשלב מפוזר והנקודה הנמוכה ביותר של ערך המודולוס של יאנג באיור 4-2.

4.3.4 השפעת ריכוז הפתרונות על המורפולוגיה המיקרוסקופית של המערכת המורכבת

איור 4-4 מציג את ההשפעה של ריכוז הפתרונות על המורפולוגיה ובמעבר הפאזה של מערכת המתחם HPMC/HPS. כפי שניתן לראות מהאיור, הריכוז הנמוך של מערכת תרכובת HPMC/HPS של 3%, ביחס המורכב של HPMC/HPS הוא 40:60, ניתן לראות את הופעתו של מבנה רציף משותף; while in the high concentration of 7% solution, this co-continuous structure is observed in the figure with a compounding ratio of 50:50. תוצאה זו מראה כי לנקודת המעבר שלב של מערכת התרכובת HPMC/HPS יש תלות בריכוז מסוים, ויחס המתחם של HPMC/HPS של מעבר הפאזה עולה עם עליית ריכוז התמיסה המורכבת, ו- HPS נוטה ליצור פאזה רציפה . . בנוסף, תחומי ה- HPS התפזרו בשלב הרציף של HPMC הראו צורות ומורפולוגיות דומות עם שינוי הריכוז; while the HPMC dispersed phases dispersed in the HPS continuous phase showed different shapes and morphologies at different concentrations. ועם עליית ריכוז התמיסה, אזור הפיזור של HPMC הפך ליותר ויותר לא סדיר. הסיבה העיקרית לתופעה זו היא שהצמיגות של תמיסת HPS גבוהה בהרבה מזו של תמיסת HPMC בטמפרטורת החדר, והנטייה של שלב HPMC ליצירת מצב כדורי מסודר מודחקת בגלל מתח השטח.

התואם למורפולוגיות של איור 4-4, איור 4-5 מציג את תכונות המתיחה של הסרטים המורכבים שנוצרו תחת פתרונות ריכוז שונים. ניתן לראות מהנתון כי המודולוס של הצעיר והתארכותה בהפסקה של מערכת המורכבת HPMC/HPS נוטים לרדת עם עליית ריכוז הפתרונות, התואמת את השינוי ההדרגתי של HPMC משלב רציף לשלב מפוזר באיור 4 -4. המורפולוגיה המיקרוסקופית עקבית. מכיוון שהמודולוס של הצעיר של הומופולימר HPMC גבוה יותר מזה של HPS, צפוי כי המודולוס של הצעיר של מערכת מורכבת HPMC/HPS ישופר כאשר HPMC הוא השלב הרציף.

4.4 סיכום פרק זה

בפרק זה הוכנו פתרונות מורכבים של HPMC/HPS וסרטים מורכבים אכילים עם ריכוזים שונים ויחסי מורכב, ומורפולוגיה מיקרוסקופית ומעבר שלב של מערכת מורכבת HPMC/HPS נצפתה על ידי ניתוח מיקרוסקופ אופטי של מכתים יוד להבחנה בין שלבי עמילן. העברת האור והתכונות המכניות של הסרט המורכב האכיל של HPMC/HPS נחקרו על ידי ספקטרופוטומטר UV-Vis ובוחן רכוש מכני, והשפעות של ריכוזים שונים ויחס מורכב על התכונות האופטיות והתכונות המכניות של מערכת ההרכבה נבדקו. הקשר בין מיקרו -מבנה לבין המאפיינים המקרוסקופיים של המערכת המורכבת HPMC/HPS הוקם על ידי שילוב של מיקרו -מבנה של המערכת המורכבת, כגון מיקרו -מבנה, מעבר שלב והפרדת פאזות, ותכונות מקרוסקופיות כמו מאפיינים אופטיים ותכונות מכניות. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. שיטת ניתוח המיקרוסקופ האופטי להבדיל בין שלבי עמילן על ידי מכתים יוד היא השיטה הפשוטה, הישירה והיעילה ביותר לחקר המורפולוגיה והמעבר שלב של מערכות מורכבות מבוססות עמילן. עם מכתים יוד, שלב העמילן נראה כהה וכהה יותר תחת מיקרוסקופיית אור, ואילו HPMC אינו מוכתם ולכן נראה בצבע קליל יותר.
2. מערכת התרכובת HPMC/HPS אינה ניתנת לתערובת, וישנה נקודת מעבר פאזה במערכת המתחם, ולנקודת מעבר פאזה זו יש תלות מסוימת ביחס תרכובות ותלות בריכוז התמיסה.
3. למערכת המורכבת של HPMC/HPS יש תאימות טובה, ומספר גדול של מזופאזים קיימים במערכת המורכבת. בשלב הביניים, השלב הרציף מתפזר בשלב המפוזר במצב החלקיקים.
4. השלב המפוזר של HPs במטריקס HPMC הראה צורה כדורית דומה בריכוזים שונים; HPMC הראה מורפולוגיה לא סדירה במטריקס HPS, והאי -סדירות של המורפולוגיה עלתה עם עליית הריכוז.
5. הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה, מעבר פאזה, שקיפות ותכונות מכניות של מערכת המורכבת HPMC/HPS. א. נקודת השקיפות הנמוכה ביותר של המערכת המורכבת תואמת את נקודת המעבר שלב של HPMC מהשלב הרציף לשלב המפוזר והנקודה המינימלית של הירידה במודול המתיחה. ב. המודולוס וההארכה של הצעיר בהפסקה יורדים עם עליית ריכוז התמיסה, הקשורה באופן סיבתי לשינוי המורפולוגי של HPMC משלב רציף לשלב מפוזר במערכת המורכבת.

לסיכום, התכונות המקרוסקופיות של המערכת המורכבת HPMC/HPS קשורות קשר הדוק למבנה המורפולוגי המיקרוסקופי שלה, מעבר שלב, הפרדת פאזות ותופעות אחרות, ותכונות המרכיבים ניתן להסדיר על ידי בקרת מבנה הפאזה והמורכבות של המורכבים מַעֲרֶכֶת.

It is well known that small changes in the chemical structure of starch can lead to dramatic changes in its rheological properties. Therefore, chemical modification offers the possibility to improve and control the rheological properties of starch-based products [342]. בתורו, שליטה בהשפעת המבנה הכימי העמילן על תכונותיו הריאולוגיות יכולה להבין טוב יותר את התכונות המבניות של מוצרים מבוססי עמילן, ולספק בסיס לעיצוב עמילנים שהשתנו עם תכונות פונקציונליות משופרות של עמילן [235]. עמילן Hydroxypropyl הוא עמילן שהשתנה במקצוען הנמצא בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה. בדרך כלל הוא מוכן על ידי תגובת האתריזציה של עמילן ילידי עם תחמוצת פרופילן בתנאים אלקליין. הידרוקסיפרופיל היא קבוצה הידרופילית. הכנסת קבוצות אלה לשרשרת המולקולרית העמילן יכולה לשבור או להחליש את קשרי המימן האינטרמולקולריים השומרים על מבנה גרגיר העמילן. לפיכך, התכונות הפיזיקו -כימיות של עמילן הידרוקסיפרופיל קשורות למידת החלפת קבוצות הידרוקסיפרופיל בשרשרת המולקולרית שלה [233, 235, 343, 344].

מחקרים רבים בדקו את ההשפעה של תואר החלפת הידרוקסיפרופיל על התכונות הפיזיקו -כימיות של עמילן הידרוקסיפרופיל. Han et al. חקר את ההשפעות של עמילן שעווה של הידרוקסיפרופיל ועל קורנפלור הידרוקסיפרופיל על המבנה ועל מאפייני הרטרוגרדציה של עוגות אורז גלוטיות קוריאניות. המחקר מצא כי הידרוקסיפרופילציה יכולה להפחית את טמפרטורת הג'לטיניזציה של העמילן ולשפר את יכולת אחיזת המים של העמילן. הביצועים, ועיכבו משמעותית את תופעת העמילן המזדקנת בעוגות אורז קוריאניות קוריאניות [345]. Kaur et al. חקר את ההשפעה של החלפת הידרוקסיפרופיל על התכונות הפיזיקו -כימיות של זנים שונים של עמילן תפוחי אדמה, ומצא כי מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל של עמילן תפוחי אדמה השתנתה בזנים שונים, והשפעתו על תכונות העמילן עם גודל חלקיקים גדול משמעותי יותר; תגובת ההידרוקסיפרופילציה גורמת לשברים וחריצים רבים על פני גרגרי העמילן; החלפת הידרוקסיפרופיל יכולה לשפר משמעותית את תכונות הנפיחות, מסיסות המים ומסיסות העמילן בדימתיל סולפוקסיד, ולשפר את העמילן את השקיפות של העיסה [346]. Lawal et al. חקר את ההשפעה של החלפת הידרוקסיפרופיל על תכונות של עמילן בטטה. המחקר הראה כי לאחר שינוי הידרוקסיפרופיל, שופרו יכולת הנפיחות החופשית ומסיסות המים של עמילן; התגבשות מחדש ורטרוגרדציה של עמילן יליד נעצרה; העיכול משופר [347]. Schmitz et al. העמילן הידרוקסיפרופיל טפיוקה מוכן ומצא שיש לו יכולת נפיחות גבוהה יותר וצמיגות, קצב הזדקנות נמוך יותר ויציבות הפשרה בהקפאה גבוהה יותר [344].

עם זאת, ישנם מעט מחקרים על התכונות הריאולוגיות של עמילן הידרוקסיפרופיל, וההשפעות של שינוי הידרוקסיפרופיל על התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכות מורכבות מבוססות עמילן דווחו לעיתים רחוקות עד כה. Chun et al. חקר את הריאולוגיה של ריכוז נמוך (5%) תמיסת עמילן אורז הידרוקסיפרופיל. התוצאות הראו כי ההשפעה של שינוי הידרוקסיפרופיל על המצב היציב והוויסקואלסטיות הדינמית של תמיסת העמילן הייתה קשורה למידת ההחלפה, וכמות קטנה של החלפת פרופיל הידרוקסיפרופיל יכולה לשנות באופן משמעותי את התכונות הריאולוגיות של תמיסות עמילן; מקדם הצמיגות של תמיסות עמילן יורד עם עליית תואר ההחלפה, ותלות הטמפרטורה של תכונותיו הריאולוגיות עולה עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל. הסכום פוחת עם עליית דרגת ההחלפה [342]. לי וחב'. חקר את ההשפעה של החלפת הידרוקסיפרופיל על התכונות הפיזיות והתכונות הריאולוגיות של עמילן בטטה, והתוצאות הראו כי יכולת הנפיחות ומסיסות המים של עמילן גדלו עם עליית מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל; ערך האנטלפיה פוחת עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל; מקדם הצמיגות, צמיגות מורכבת, לחץ תפוקה, צמיגות מורכבת ומודולוס דינאמי של תמיסת עמילן כולם יורדים עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל, מדד הנוזלים וגורם האובדן שהוא עולה עם מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל; חוזק הג'ל של דבק העמילן פוחת, יציבות ההפרה ההקפאה עולה, ואפקט הסינרזה פוחת [235].

בפרק זה נחקרה ההשפעה של דרגת החלפת HPS הידרוקסיפרופיל על התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכת תרכובות ג'ל קר וחם HPMC/HPS. למצב המעבר יש משמעות רבה להבנה מעמיקה של הקשר בין היווצרות מבנה ותכונות ריאולוגיות. בנוסף, מנגנון הג'לציה של המערכת המורכבת הקירור ההפוך HPMC/HPS נדון באופן מראש, על מנת לספק הנחיות תיאורטיות למערכות ג'ל דומות לחום הפוך.

5.1 חומרים וציוד

5.1.1 חומרי ניסוי עיקריים

5.1.2 מכשירים וציוד עיקריים

5.2.1 הכנת פתרונות מורכבים

הוכנו 15% פתרונות מורכבים של HPMC/HPS עם יחסי מורכב שונים (100/0, 50/50, 0/100) ו- HPs עם מעלות החלפת הידרוקסיפרופיל שונות (G80, A939, A1081). שיטות ההכנה של A1081, A939, HPMC והפתרונות המורכבים שלהם מוצגות ב- 2.2.1. G80 והפתרונות המורכבים שלו עם HPMC הם ג'לטיניזציה על ידי ערבוב בתנאים של 1500psi ו- 110 מעלות צלזיוס בחיטוי, מכיוון שעמילן יליד G80 הוא עמילוז גבוה (80%), וטמפרטורת הג'לטיניזציה שלו גבוהה יותר מ- 100 מעלות צלזיוס, שאינה יכולה להיות לא יכולה להיות הושג בשיטת הג'לטיניזציה המקורית של אמבט המים [348].

5.2.2 תכונות ריאולוגיות של פתרונות מורכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl

5.2.2.1 עקרון הניתוח הריאולוגי

נעשה שימוש במהדק צלחת מקביל בקוטר של 60 מ"מ, ומרווח הצלחת הוגדר ל -1 מ"מ.

2. Flow test method without pre-shear and thixotropic ring thixotropy. טמפרטורת הבדיקה היא 25 מעלות צלזיוס, א. גזירה במהירות הולכת וגוברת, קצב הגזירה טווח 0-1000 S-1, זמן גזירה 1 דקה; ב. גזירה קבועה, קצב גזירה 1000 S-1, זמן גזירה 1 דקה; ג. גזירת מהירות מופחתת, טווח קצב הגזירה הוא 1000-0S-1, וזמן הגזירה הוא דקה.

נעשה שימוש במתקן צלחת מקביל בקוטר של 60 מ"מ, ומרווח הצלחת הוגדר כ -1 מ"מ.

1. טאטא משתנה עיוות. טמפרטורת הבדיקה 25 מעלות צלזיוס, תדר 1 הרץ, עיוות 0.01-100 %.
2. סריקת טמפרטורה. תדר 1 הרץ, עיוות 0.1 %, א. תהליך חימום, טמפרטורה 5-85 מעלות צלזיוס, קצב חימום 2 מעלות צלזיוס/דקה; ב. תהליך קירור, טמפרטורה 85-5 מעלות צלזיוס, קצב קירור 2 מעלות צלזיוס/דקה. חותם שמן סיליקון משמש סביב הדגימה כדי למנוע אובדן לחות במהלך הבדיקה.
3. סחף תדרים. Variation 0.1 %, frequency 1-100 rad/s. הבדיקות בוצעו בטמפרטורה של 5 מעלות צלזיוס ו 85 מעלות צלזיוס, בהתאמה, ושיווקו בטמפרטורת הבדיקה למשך 5 דקות לפני הבדיקה.

הקשר בין מודולוס האחסון G ′ לבין מודולוס אובדן G ″ של תמיסת הפולימר לתדר הזוויתי Ω עוקב אחר חוק כוח:

כאשר n ′ ו- n ″ הם המדרונות של יומן g′-log ω ו- log g ″ -log ω, בהתאמה;

G0 ′ ו- G0 ″ הם היירוטים של יומן g′-log ω ו- log g ″ -log ω, בהתאמה.

5.2.3 מיקרוסקופ אופטי

5.2.3.1 עקרון מכשירים

זהה ל- 4.2.3.1

5.2.3.2 שיטת בדיקה

תמיסת המתחם של 3% 5: 5 HPMC/HPS הוצאה בטמפרטורות שונות של 25 מעלות צלזיוס, 45 מעלות צלזיוס ו 85 מעלות צלזיוס, שנפלה על מגלשת זכוכית שהוחזקה באותה טמפרטורה, והושלכה לסרט דק. תמיסת שכבה ומיובשת באותה טמפרטורה. The films were stained with 1% iodine solution, placed in the field of light microscope for observation and photographed.

5.3.1 צמיגות וניתוח דפוסי זרימה

5.3.1.1 שיטת בדיקת זרימה ללא גזירה לפני הגזירה והטבעת התיקסוטרופית Thixotropy

Using the flow test method without pre-shearing and the thixotropic ring thixotropic method, the viscosity of HPMC/HPS compound solution with different degrees of hydroxypropyl substitution HPS was studied. The results are shown in Figure 5-1. ניתן לראות מהנתון כי הצמיגות של כל הדגימות מראה על מגמה יורדת עם עליית קצב הגזירה בפעולה של כוח הגזירה, ומציגה מידה מסוימת של תופעה דלילה של גזירה. מרבית תמיסות פולימרים בריכוז גבוה או נמס עוברים התנתקות חזקה וארגון מחדש מולקולרי תחת גזירה, ובכך מציגים התנהגות נוזלים פסאודופלסטיים [305, 349, 350]. עם זאת, דרגות הדלילות הגזירה של פתרונות מורכבים HPMC/HPS של HPs עם מעלות החלפת הידרוקסיפרופיל שונות שונות.

איור 5-1 צמיגות לעומת קצב גזירה של תמיסת HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרופרופיל שונה של HPs (ללא גזירה מראש, הסמלים המוצקים והחלולים מציגים את השיעור ההולך וגובר וירידה בתהליך הקצב, בהתאמה)

ניתן לראות מהנתון כי התואר הצמיגות והדילול הגזירה של מדגם HPS טהור גבוה יותר מאלו של מדגם המתחם HPMC/HPS, ואילו דרגת הדלילה של הגזירה של פיתרון HPMC היא הנמוכה ביותר, בעיקר בגלל שהצמיגות של HPS בטמפרטורה נמוכה גבוהה משמעותית מזו של HPMC. בנוסף, עבור תמיסת התרכובת HPMC/HPS עם אותו יחס תרכובת, הצמיגות עולה עם תואר החלפת HPS Hydroxypropyl. זה יכול להיות מכיוון שתוספת של קבוצות הידרוקסיפרופיל במולקולות עמילן שובר את קשרי המימן הבין -מולקולריים ובכך מובילה להתפוררות של גרגירי עמילן. הידרוקסיפרופילציה צמצמה משמעותית את תופעת הדלילה של הגזירה של העמילן, ותופעת הדלילה של הגזירה של עמילן ילידי הייתה הברורה ביותר. עם העלייה המתמשכת של תואר החלפת ההידרוקסיפרופיל, דרגת הדלילה של הגזירה של HPs פחתה בהדרגה.

לכל הדגימות טבעות תיקסוטרופיות על עקומת קצב הגזירה של גזירה, מה שמצביע על כך שלכל הדגימות יש מידה מסוימת של תיקסוטרופיה. הכוח התיקסוטרופי מיוצג על ידי גודל אזור הטבעת התיקסוטרופי. הדגימה התיקסוטרופית יותר היא [351]. ניתן לחשב את מדד הזרימה n ומקדם צמיגות K של תמיסת הדגימה על ידי חוק הכוח של אוסטוולד-דה וואלה (ראה משוואה (2-1)).

טבלה 5-1 מדד התנהגות זרימה (N) ומדד עקביות נוזלים (K) במהלך עליית הקצב וירידה בתהליך הקצב ואזור לולאת התיקסוטרופיה של תמיסת HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרופרופיל שונה של HPS ב 25 מעלות צלזיוס

טבלה 5-1 מציגה את מדד הזרימה N, מקדם הצמיגות K ואזור הטבעת התיקסוטרופי של פתרונות מורכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של HPS החלפת הידרוקסיפרופיל בתהליך הגברת הגזירה וירידה בגזירה. ניתן לראות מהטבלה כי מדד הזרימה N של כל הדגימות הוא פחות מ -1, מה שמצביע על כך שכל פתרונות הדגימה הם נוזלים פסאודופלסטיים. עבור מערכת המתחם של HPMC/HPS עם אותה תואר החלפת HPS Hydroxypropyl, מדד הזרימה n עולה עם העלייה בתכולת HPMC, מה שמצביע על כך שתוספת של HPMC הופכת את הפיתרון המורכב מציג מאפייני נוזל ניוטוניים חזקים יותר. עם זאת, עם עליית תוכן HPMC, מקדם הצמיגות K פחת ברציפות, מה שמצביע על כך שתוספת HPMC הפחיתה את הצמיגות של הפיתרון המורכב, מכיוון שמקדם הצמיגות K היה פרופורציונלי לצמיגות. ערך ה- N וערך K של HPs טהורים עם תארים שונים של החלפת הידרוקסיפרופיל בשלב הגזירה העולה שניהם פחתו עם עליית התואר ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, מה שמצביע על כך ששינוי ההידרוקסיפרופילציה יכול לשפר את הפסאודופלסטיות של עמילן ולהפחית את פתרונות צמיח הצמיח. נהפוך הוא, הערך של N עולה עם עליית דרגת ההחלפה בשלב הגזירה היורד, מה שמצביע על כך שההידרוקסיפרופילציה משפרת את התנהגות הנוזל הניוטוני של הפיתרון לאחר גזירה במהירות גבוהה. ערך ה- N וערך K של מערכת ההתרכמות של HPMC/HPS הושפעו הן על ידי HPS Hydroxypropylation והן מ- HPMC, שהיו תוצאה של פעולתם המשולבת. בהשוואה לשלב הגזירה ההולך וגובר, ערכי ה- N של כל הדגימות בשלב הגזירה הירידה הפכו לגדולים יותר, בעוד שערכי ה- K הפכו קטנים יותר, מה שמצביע על כך שהצמיגות של תמיסת המורכבת הופחתה לאחר גזירה במהירות גבוהה, וה- התנהגות הנוזלים הניוטוניים של הפיתרון המורכב שופרה. .

שטח הטבעת התיקסוטרופית פחת עם עליית תכולת HPMC, מה שמצביע על כך שתוספת HPMC הפחיתה את התיקסוטרופיה של תמיסת המורכבת ושיפרה את יציבותו. עבור תמיסת תרכובת HPMC/HPS עם אותו יחס מורכב, שטח הטבעת התיקסוטרופית פוחת עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl, מה שמצביע על כך שההידרוקסיפרופילציה משפרת את היציבות של HPs.

5.3.1.2 שיטת גזירה עם שיטה טקסוטרופית לפני חיתוך ושלושה שלבים

שיטת הגזירה עם גזירה מראש שימשה לחקר שינוי הצמיגות של תמיסת תרכובת HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל HPS עם קצב גזירה. התוצאות מוצגות באיור 5-2. ניתן לראות מהדמות כי תמיסת HPMC לא מראה כמעט שום דילול גזירה, בעוד שהדגימות האחרות מראות דילול גזירה. זה עולה בקנה אחד עם התוצאות שהתקבלו בשיטת הגזירה ללא גזירה מראש. ניתן לראות גם מהנתון שבשיעורי גזירה נמוכים, המדגם שהוחלף ההידרוקסיפרופיל ביותר מציג אזור רמה.

צמיגות האפס-גזירה (H0), מדד הזרימה (N) ומקדם הצמיגות (K) המתקבלים על ידי התאמה מוצגים בטבלה 5-2. מהטבלה אנו יכולים לראות כי עבור דגימות ה- HPS הטהורות, ערכי ה- N המתקבלים על ידי שתי השיטות גדלים עם מידת ההחלפה, מה שמצביע על כך שהתנהגות דמוית המוצק של תמיסת העמילן פוחתת ככל שמידת ההחלפה עולה. עם עליית תוכן HPMC, ערכי ה- N הראו כולם מגמה כלפי מטה, מה שמצביע על כך ש- HPMC הפחית את ההתנהגות הדומה למוצק של הפיתרון. זה מראה שתוצאות הניתוח האיכותיות של שתי השיטות עקביות.

בהשוואה בין הנתונים שהתקבלו לאותה מדגם בשיטות בדיקה שונות, נמצא כי הערך של N המתקבל לאחר הגזירה מראש תמיד גדול מזה שהתקבל בשיטה ללא גזירה מראש, מה שמצביע על כך שהמערכת המורכבת המתקבלת על ידי הקדם שיטת הגזירה היא דמויי מוצק ההתנהגות נמוכה מזו הנמדדת בשיטה ללא גזירה מראש. הסיבה לכך היא שהתוצאה הסופית שהתקבלה במבחן ללא גזירה מראש היא למעשה תוצאה של הפעולה המשולבת של קצב הגזירה וזמן הגזירה, ואילו שיטת הבדיקה עם הגזירה מראש מבטלת תחילה את ההשפעה התיקסוטרופית על ידי גזירה גבוהה לתקופה מסוימת של time. לפיכך, שיטה זו יכולה לקבוע בצורה מדויקת יותר את תופעת הדלילה של הגזירה ואת מאפייני הזרימה של המערכת המורכבת.

מהטבלה, אנו יכולים לראות כי לאותו יחס מורכב (5: 5), ערך ה- N של מערכת ההרכבה קרוב ל -1, והגזירה מראש N עולה עם מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל היא מראה ש- HPMC הוא שלב רציף במערכת המורכבת, ו- HPMC השפעה חזקה יותר על דגימות עמילן עם תואר החלפת הידרוקסיפרופיל נמוך, התואם את התוצאה כי ערך ה- N עולה עם עליית דרגת ההחלפה מבלי לגזוז מראש להפך. ערכי ה- K של המערכות המורכבות עם דרגות שונות של החלפה בשתי השיטות דומות, ואין מגמה ברורה במיוחד, בעוד שצמיגות האפס-גזירה מראה מגמה ברורה כלפי מטה, מכיוון שצמיגות האפסים אינה תלויה בגזירה קֶצֶב. הצמיגות המהותית יכולה לשקף במדויק את תכונות החומר עצמו.

איור 5-3 שלוש מרווחים טיקסוטרופיה של תמיסת תערובת HPS/HPMC עם תואר החלפת הידרופרופיל שונה של HPS

השיטה התיקסוטרופית התלת-שלבית שימשה לחקר ההשפעה של דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל של עמילן הידרוקסיפרופיל על התכונות התיקסוטרופיות של המערכת המורכבת. ניתן לראות באיור 5-3 כי בשלב הגזירה הנמוך, צמיגות הפיתרון פוחתת עם עליית תכולת HPMC, ויורדת עם עליית דרגת ההחלפה, התואמת את חוק צמיגות הגזירה של אפס.

מידת ההחלמה המבנית לאחר זמן שונה בשלב ההתאוששות באה לידי ביטוי על ידי שיעור התאוששות הצמיגות DSR, ושיטת החישוב מוצגת ב- 2.3.2. ניתן לראות מלוח 5-2 שבאותה זמן התאוששות, ה- DSR של HPS טהור נמוך משמעותית מזה של HPMC טהור, וזה בעיקר מכיוון שמולקולת HPMC היא שרשרת נוקשה, וזמן ההרפיה שלה קצר, ו ניתן לשחזר את המבנה תוך זמן קצר. לְהַחלִים. בעוד ש- HPS היא שרשרת גמישה, זמן ההרפיה שלה ארוך, והתאוששות המבנה אורכת זמן רב. עם עליית תואר ההחלפה, ה- DSR של HPS טהור פוחת עם עליית התואר ההחלפה, מה שמצביע על כך שהידרוקסיפרופילציה משפרת את הגמישות של שרשרת מולקולרית עמילן והופכת את זמן ההרפיה של HPs יותר. ה- DSR של תמיסת המורכב נמוך מזה של HPS טהור ודגימות HPMC טהורות, אך עם העלייה של דרגת ההחלפה של HP עלייה בהחלפת HPS Hydroxypropyl. זה יורד עם עלייה בדרגה של החלפה רדיקלית, התואמת את התוצאות ללא גזירה מראש.

טבלה 5-2 צמיגות גזירה אפסית (H0), מדד התנהגות זרימה (N), מדד עקביות נוזלים (K) במהלך הגדלת הקצב ומידת התאוששות המבנה (DSR) לאחר זמן התאוששות מסוים לתמיסת HPS/HPMC עם הידרופרופיל שונה substitution degree of HPS at 25 °C

לסיכום, מבחן המצב היציב ללא גזירה מראש ומבחן התיקסוטרופיה הטבעת התיקסוטרופית יכולים לנתח דגימות איכותיות עם הבדלי ביצועים גדולים, אך עבור התרכובות עם HPS HPS Hydroxypropyl החלפת מעלות בהבדלי ביצועים קטנים, תוצאות המחקר של הפיתרון מנוגדות התוצאות האמיתיות, מכיוון שהנתונים שנמדדו הם התוצאות המקיפות של השפעת קצב הגזירה וזמן הגזירה, ואינן יכולות באמת לשקף את ההשפעה של משתנה יחיד.

ידוע כי עבור הידרוגלים, מודולוס האחסון G ′ נקבע על ידי הקשיות, חוזק ומספר השרשראות המולקולריות היעילות, ומודולוס ההפסד G ′ נקבע על ידי נדידה, תנועה וחיכוך של מולקולות קטנות וקבוצות פונקציונליות . זה נקבע על ידי צריכת אנרגיה חיכוך כמו רטט וסיבוב. סימן קיום של צומת מודולוס אחסון G ′ ומודולוס אובדן G ″ (כלומר שיזוף Δ = 1). המעבר מפתרון לג'ל נקרא נקודת הג'ל. מודולוס האחסון G ′ ומודולוס ההפסד G ″ משמשים לרוב לחקר התנהגות הג'לציה, קצב היווצרות ותכונות המבניות של מבנה רשת הג'ל [352]. הם יכולים גם לשקף את התפתחות המבנה הפנימי ואת המבנה המולקולרי במהלך היווצרות מבנה רשת הג'ל. interaction [353].

איור 5-4 מציג את עקומות טאטאות המתח של פתרונות תרכובת HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל HPs בתדר של 1 הרץ וטווח מתח של 0.01%-100%. ניתן לראות מהנתון כי באזור העיוות התחתון (0.01–1%), כל הדגימות למעט HPMC הן G ′> G ″, המראות מצב ג'ל. עבור HPMC, G ′ הוא במצב כולו הטווח המשתנה תמיד פחות מ- g ", מה שמצביע על כך ש- HPMC במצב פתרונות. בנוסף, התלות העיוות של ויסקו -אלסטיות של דגימות שונות שונה. עבור מדגם ה- G80, התלות בתדירות של ויסקו -אלסטיות ברורה יותר: כאשר העיוות גדול מ- 0.3%, ניתן לראות כי G 'יורד בהדרגה, מלווה בעלייה משמעותית ב- G ". הגדל, כמו גם עלייה משמעותית ב- TAN Δ; ומצטלבים כאשר סכום העיוות הוא 1.7%, מה שמצביע על כך שמבנה רשת הג'ל של G80 נפגע קשות לאחר שסכום העיוות עולה על 1.7%, והוא במצב פתרון.

איור 5-4 מודולוס אחסון (G ​​′) ומודולוס אובדן (G ″) לעומת זן עבור HPS/HPMC תערובת עם תערובת החלפת Hydroypropyl השונה של HPs (הסמלים המוצקים והחלולים הקיימים G ′ ו- G ″, בהתאמה)

איור 5-5 שיזוף Δ לעומת זן לתמיסת תערובת HPMC/HPS עם דרגת החלפת הידרופרופיל שונה של HPS

ניתן לראות מהנתון כי ככל הנראה האזור הוויסקו -אלסטי הליניארי של HPS טהור מצומצם עם הירידה בתואר החלפת ההידרוקסיפרופיל. במילים אחרות, ככל שתואר ההחלפה של HPS HPS Hydroxypropyl עולה, השינויים המשמעותיים בעקומת ה- TAN Δ נוטים להופיע בטווח כמות העיוות הגבוה יותר. בפרט, האזור הוויסקו -אלסטי הליניארי של G80 הוא הצר מבין כל הדגימות. לפיכך, האזור הוויסקואלסטי הליניארי של G80 משמש לקביעת

קריטריונים לקביעת ערך משתנה העיוות בסדרת הבדיקות הבאה. עבור מערכת המתחם של HPMC/HPS עם אותו יחס מורכב, האזור הוויסקואלסטי הליניארי מצמצם גם עם הירידה בתואר החלפת ההידרוקסיפרופיל של HPs, אך ההשפעה המצטמצמת של תואר החלפת ההידרוקסיפרופיל על אזור הוויסקואלסטיקה הליניארית אינה ברורה כל כך.

5.3.3 תכונות ויסקואלסטיות במהלך חימום וקירור

התכונות הוויסקואלסטיות הדינאמיות של פתרונות מורכבים HPMC/HPS של HPs עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל מוצגים באיור 5-6. כפי שניתן לראות מהדמות, HPMC מציגה ארבעה שלבים במהלך תהליך החימום: אזור מישור ראשוני, שני שלבי ייצור מבנים ואזור מישור סופי. בשלב הרמה הראשוני, g ′ <g ″, הערכים של G ′ ו- G ″ הם קטנים ונוטים לרדת מעט עם עליית הטמפרטורה, ומראים את ההתנהגות הוויסקואלסטית הנפוצה של הנוזל. לג'לציה התרמית של HPMC יש שני שלבים מובחנים של היווצרות מבנה המוגבלים על ידי הצומת של G ′ ו- G ″ (כלומר נקודת המעבר של ג'ל-ג'ל, סביב 49 מעלות צלזיוס), התואמת את הדיווחים הקודמים. עקבי [160, 354]. בטמפרטורה גבוהה, כתוצאה מקשר הידרופובי ואגודה הידרופילית, HPMC מהווה בהדרגה מבנה חוצה רשת [344, 355, 356]. באזור הרמה של הזנב, הערכים של G ′ ו- G ″ הם גבוהים, מה שמצביע על כך שמבנה רשת הג'ל HPMC נוצר במלואו.

These four stages of HPMC appear sequentially in reverse order as the temperature decreases. הצומת של G ′ ו- G ″ עובר לאזור הטמפרטורה הנמוכה בכ- 32 מעלות צלזיוס בשלב הקירור, מה שעשוי להיות נובע מהיסטריה [208] או מהשפעת העיבוי של השרשרת בטמפרטורה נמוכה [355]. בדומה ל- HPMC, דגימות אחרות בתהליך החימום יש גם ארבעה שלבים, והתופעה הפיכה מתרחשת במהלך תהליך הקירור. עם זאת, ניתן לראות מהדמות כי G80 ו- A939 מראים תהליך מפושט ללא צומת בין g 'ל- g ", ועקומת G80 אפילו לא מופיעה. אזור הרציף מאחור.

עבור HPs טהורים, דרגה גבוהה יותר של החלפת הידרוקסיפרופיל יכולה לשנות הן את הטמפרטורות הראשוניות והן הסופיות של היווצרות ג'ל, במיוחד הטמפרטורה הראשונית, שהיא 61 מעלות צלזיוס עבור G80, A939 ו- A1081, בהתאמה. , 62 מעלות צלזיוס ו- 54 מעלות צלזיוס. בנוסף, עבור דגימות HPMC/HPS עם אותו יחס מורכב, ככל שמידת ההחלפה עולה, הערכים של G ′ ו- G ″ שניהם נוטים לרדת, התואמים את תוצאות המחקרים הקודמים [357, 358]. ככל שמידת ההחלפה גדלה, מרקם הג'ל הופך להיות רך. לפיכך, ההידרוקסיפרופילציה שובר את המבנה המסודר של עמילן ילידי ומשפר את ההידרופיליות שלו [343].

עבור דגימות התרכובות HPMC/HPS, גם G ′ ו- G ″ ירדו עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl, התואם את תוצאות HPS טהור. יתר על כן, עם תוספת של HPMC, לתואר ההחלפה הייתה השפעה משמעותית על G ′ ההשפעה עם g "הופכת פחות בולטת.

העקומות הוויסקואלסטיות של כל הדגימות המורכבות של HPMC/HPS הראו את אותה מגמה, שתואמת HPs בטמפרטורה נמוכה ו- HPMC בטמפרטורה גבוהה. במילים אחרות, בטמפרטורה נמוכה, HPS שולטת בתכונות הוויסקואלסטיות של המערכת המורכבת, ואילו בטמפרטורה גבוהה HPMC קובעת את התכונות הוויסקואלסטיות של המערכת המורכבת. תוצאה זו מיוחסת בעיקר ל- HPMC. בפרט, HPS הוא ג'ל קר, שמשתנה ממצב ג'ל למצב תמיסה כאשר הוא מחומם; נהפוך הוא, HPMC הוא ג'ל חם, המהווה בהדרגה ג'ל עם מגדיל את מבנה רשת הטמפרטורה. עבור מערכת המתחם HPMC/HPS, בטמפרטורה נמוכה, תכונות הג'ל של המערכת המורכבת תורמות בעיקר על ידי הג'ל הקרה של HPS, ובטמפרטורה גבוהה, בטמפרטורות חמות, הג'לציה של HPMC שולטת במערכת המורכבת.

איור 5-6 מודולוס אחסון (G ​​′), מודול אובדן (G ″) ושזוף Δ לעומת טמפרטורה עבור תמיסת תערובת HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרויפרופיל שונה של HPS

המודולוס של המערכת המורכבת HPMC/HPS, כצפוי, הוא בין המודולים של HPMC טהור ל- HPS טהור. יתר על כן, המערכת המורכבת מציגה G ′> G ″ בכל טווח סריקת הטמפרטורה, מה שמצביע על כך שגם HPMC וגם HPs יכולים ליצור קשרי מימן בין -מולקולריים עם מולקולות מים, בהתאמה, ויכולים גם ליצור קשרי מימן בין -מולקולריים זה עם זה. בנוסף, על עקומת גורם האובדן, לכל המערכות המורכבות יש שיא שיזוף בכ- 45 מעלות צלזיוס, מה שמצביע על כך שמעבר הפאזה הרציף התרחש במערכת המורכבת. מעבר שלב זה יידון ב- 5.3.6 הבא. המשך את הדיון.

הבנת השפעת הטמפרטורה על התכונות הריאולוגיות של חומרים חשובה בגלל הטווח הרחב של הטמפרטורות שעלולות להתרחש במהלך העיבוד והאחסון [359, 360]. בטווח של 5 מעלות צלזיוס-85 מעלות צלזיוס, השפעת הטמפרטורה על הצמיגות המורכבת של פתרונות מורכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל HPs מוצגת באיור 5-7. מתרשים 5-7 (א) ניתן לראות כי הצמיגות המורכבת של HPs טהורים פוחתת באופן משמעותי עם עליית הטמפרטורה; הצמיגות של HPMC טהור יורדת מעט מהראשון ל 45 מעלות צלזיוס עם עליית הטמפרטורה. לְשַׁפֵּר.

עקומות הצמיגות של כל הדגימות המורכבות הראו מגמות דומות עם טמפרטורה, תחילה יורדות עם עליית הטמפרטורה ואז גדלו עם עליית הטמפרטורה. בנוסף, הצמיגות של הדגימות המורכבות קרובה יותר לזו של HPs בטמפרטורה נמוכה וקרוב יותר לזו של HPMC בטמפרטורה גבוהה. תוצאה זו קשורה גם להתנהגות הג'לציה המוזרה של HPMC ו- HPs כאחד. עקומת הצמיגות של הדגימה המורכבת הראתה מעבר מהיר בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס, ככל הנראה בגלל מעבר שלב במערכת המורכבת HPMC/HPS. עם זאת, ראוי לציין כי הצמיגות של מדגם התרכובת G80/HPMC 5: 5 בטמפרטורה גבוהה גבוהה יותר מזו של HPMC טהור, הנובע בעיקר מהצמיגות המהותית הגבוהה יותר של G80 בטמפרטורה גבוהה [361]. תחת אותו יחס מורכב, הצמיגות המורכבת של מערכת ההרכבה פוחתת עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl. לפיכך, הצגת קבוצות הידרוקסיפרופיל למולקולות עמילן עשויה להוביל לשבירת קשרי מימן אינטרמולקולריים במולקולות עמילן.

איור 5-7 צמיגות מורכבת לעומת טמפרטורה עבור HPS/HPMC תערובת עם דרגת החלפת הידרויפרופיל השונה של HPS

השפעת הטמפרטורה על הצמיגות המורכבת של המערכת המורכבת HPMC/HPS תואמת את הקשר של ארהניוס בטווח טמפרטורה מסוים, ולצמיגות המורכבת יש קשר מעריכי עם הטמפרטורה. משוואת ארהניוס היא כדלקמן:

ביניהם, η* הוא הצמיגות המורכבת, הרשות הפלסטינית;

T היא הטמפרטורה המוחלטת, k;

ניתן לחלק את עקומת הטמפרטורה של הצמיגות של המערכת המורכבת על פי הנוסחה (5-3), ניתן לחלק את עקומת הטמפרטורה של הצמיגות של המערכת המורכבת לשני חלקים על פי שיא השיזוף בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס; המערכת המורכבת בטמפרטורה של 5 מעלות צלזיוס-45 מעלות צלזיוס ו 45 מעלות צלזיוס-85 מעלות ערכי אנרגיית ההפעלה E וקבוע A המתקבל על ידי התאמה בטווח של C מוצגים בטבלה 5-3. הערכים המחושבים של אנרגיית ההפעלה E הם בין −174 kJ · mol - 1 ו- 124 kJ · mol - 1, וערכי הקבוע A הם בין 6.24 × 10–11 Pa · S ו- 1.99 × 1028 Pa · S. בטווח ההתאמה, מקדמי המתאם המותאמים היו גבוהים יותר (R2 = 0.9071 –0.9892) למעט מדגם G80/HPMC. למדגם G80/HPMC יש מקדם מתאם נמוך יותר (R2 = 0.4435) בטווח הטמפרטורות של 45 מעלות צלזיוס - 85 מעלות צלזיוס, מה שעשוי להיות נובע מהקשיות הגבוהה יותר של G80 ומשקלו המהיר יותר בהשוואה לשיעור התגבשות HPS אחר [ 362]. מאפיין זה של G80 גורם לסביר יותר ליצור תרכובות לא הומוגניות כאשר הוא מורכב ב- HPMC.

בטווח הטמפרטורות של 5 מעלות צלזיוס - 45 מעלות צלזיוס, ערך ה- E של הדגימה המורכבת HPMC/HPS נמוך מעט מזה של HPs טהורים, מה שעשוי להיות נובע מהאינטראקציה בין HPS ל- HPMC. להפחית את תלות הטמפרטורה של צמיגות. ערך ה- E של HPMC טהור גבוה מזה של הדגימות האחרות. אנרגיות ההפעלה של כל הדגימות המכילות עמילן היו ערכים חיוביים נמוכים, מה שמצביע על כך שבטמפרטורות נמוכות יותר הירידה בצמיגות עם הטמפרטורה הייתה פחות בולטת והפורמולות הציגו מרקם דמוי עמילן.

טבלה 5-3 פרמטרים של משוואת Arrhenius (E: אנרגיית הפעלה; A: קבוע; R 2: מקדם קביעה) מ- Eq. (1) עבור תערובת HPS/HPMC עם דרגות שונות של הידרוקסיפרופילציה של HPS

עם זאת, בטווח הטמפרטורות הגבוה יותר של 45 מעלות צלזיוס - 85 מעלות צלזיוס, ערך ה- E השתנה באופן איכותי בין HPS טהור לדגימות מורכבות HPMC/HPS, וערך ה- E של HPS טהור היה 45.6 kJ · mol - 1 - בטווח של 124 kJ · mol -1, ערכי ה- E של המתחמים נמצאים בטווח של -3.77 kJ · mol -1–72.2 kJ · mol -1. שינוי זה מדגים את ההשפעה החזקה של HPMC על אנרגיית ההפעלה של המערכת המורכבת, שכן ערך ה- E של HPMC טהור הוא -174 kJ mol -1. ערכי ה- E של HPMC טהור והמערכת המורכבת הם שליליים, מה שמצביע על כך שבטמפרטורות גבוהות יותר, הצמיגות עולה עם עליית הטמפרטורה, והתרכובת מציגה מרקם התנהגות דמוי HPMC.

ההשפעות של HPMC ו- HPs על הצמיגות המורכבת של מערכות מורכבות HPMC/HPS בטמפרטורה גבוהה וטמפרטורה נמוכה תואמות את המאפיינים הוויסקואלסטיים המדוברים.

5.3.5 תכונות מכניות דינמיות

איורים 5-8 מראים את עקומות טאטאות התדרים ב 5 מעלות צלזיוס של פתרונות מורכבים HPMC/HPS של HPs עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהדמות כי HPs טהורים מציגה התנהגות טיפוסית דמוית מוצק (G ′> G ″), ואילו HPMC היא התנהגות דמוית נוזלים (G ′ <g ″). כל פורמולות HPMC/HPS הראו התנהגות דמוית מוצק. עבור מרבית הדגימות, גם G ′ וגם G ″ גדלים עם התדר ההולך וגובר, מה שמצביע על כך שההתנהגות המוצקה של החומר חזקה.

HPMCs טהורים מציגים תלות בתדר ברור שקשה לראות בדגימות HPS טהורות. כצפוי, המערכת המורכבת HPMC/HPS הציגה מידה מסוימת של תלות בתדר. עבור כל הדגימות המכילות HPS, N ′ תמיד נמוך מ- N ″, ו- G ″ מציג תלות בתדר חזק יותר מאשר G ′, מה שמצביע על כך שהדגימות הללו אלסטיות יותר מאשר צמיגות [352, 359, 363]. לפיכך, הביצועים של הדגימות המורכבות נקבעות בעיקר על ידי HPS, אשר בעיקר מכיוון ש- HPMC מציג מצב פתרון צמיגות נמוך יותר בטמפרטורה נמוכה.

טבלה 5-4 N ′, N ″, G0 ′ ו- G0 ″ עבור HPs/HPMC עם תואר החלפת הידרופרופיל שונה של HPs ב 5 מעלות צלזיוס כפי שנקבע מ- Eqs. (5-1) ו- (5-2)

איור 5-8 מודולוס אחסון (G ​​′) ומודולוס אובדן (G ″) לעומת תדר לתערובת HPS/HPMC עם תערובת החלפת Hydroypropyl השונה של HPS ב 5 מעלות צלזיוס

HPMCs טהורים מציגים תלות בתדר ברור שקשה לראות בדגימות HPS טהורות. כצפוי למתחם HPMC/HPS, מערכת הליגנד הציגה מידה מסוימת של תלות בתדר. עבור כל הדגימות המכילות HPS, N ′ תמיד נמוך מ- N ″, ו- G ″ מציג תלות בתדר חזק יותר מאשר G ′, מה שמצביע על כך שהדגימות הללו אלסטיות יותר מאשר צמיגות [352, 359, 363]. לפיכך, הביצועים של הדגימות המורכבות נקבעות בעיקר על ידי HPS, אשר בעיקר מכיוון ש- HPMC מציג מצב פתרון צמיגות נמוך יותר בטמפרטורה נמוכה.

איורים 5-9 מראים את עקומות טאטאות התדרים של פתרונות מורכבים HPMC/HPS של HPs עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל בטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס. כפי שניתן לראות מהדמות, כל שאר דגימות ה- HPS למעט A1081 הציגו התנהגות טיפוסית דמויי מוצק. עבור A1081, הערכים של G 'ו- G "קרובים מאוד, ו- G' מעט קטן יותר מ- G", מה שמצביע על כך ש- A1081 מתנהג כנוזל.

זה יכול להיות מכיוון ש- A1081 הוא ג'ל קר ועובר מעבר לג'ל לפיתרון בטמפרטורה גבוהה. לעומת זאת, לדגימות עם אותו יחס מורכב, הערכים של N ′, N ″, G0 ′ ו- G0 ″ (טבלה 5-5) כולם ירדו עם עליית תואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל, מה שמצביע כמו התנהגות של עמילן בטמפרטורה גבוהה (85 מעלות צלזיוס). בפרט, ה- N ′ ו- N ″ של G80 קרובים ל- 0, ומראים התנהגות חזקה כמו מוצקה; לעומת זאת, ערכי N ′ ו- N ″ של A1081 קרובים ל -1, המראים התנהגות נוזלית חזקה. ערכי N 'ו- N "אלה תואמים את הנתונים עבור g' ו- g". בנוסף, כפי שניתן לראות באיורים 5-9, מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל יכולה לשפר משמעותית את תלות התדר של HPs בטמפרטורה גבוהה.

איור 5-9 מודולוס אחסון (G ​​′) ומודולוס אובדן (G ″) לעומת תדר לתערובת HPS/HPMC עם תערובת החלפת Hydroypropyl השונה של HPS בטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס

איורים 5-9 מראים כי HPMC מציגה התנהגות טיפוסית דמויי מוצק (G ′> G ″) בטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס, המיוחסת בעיקר לתכונות התרמוגל שלה. בנוסף, ה- g ′ ו- g ″ של HPMC משתנים בתדירות הגידול לא השתנה הרבה, מה שמצביע על כך שאין לו תלות בתדר ברור.

עבור מערכת ההתרכמות של HPMC/HPS, הערכים של N ′ ו- N ″ שניהם קרובים ל- 0, ו- G0 ′ גבוה משמעותית מ- G0 (טבלה ″ 5-5), ומאשרים את התנהגותה המוצקה. מצד שני, החלפת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר יכולה להעביר HPs מהתנהגות דמוית נוזלים, תופעה שאינה מתרחשת בפתרונות המורכבים. בנוסף, עבור המערכת המורכבת שנוספה עם HPMC, עם עליית התדר, הן G 'וגם G "נותרו יציבות יחסית, והערכים של N' ו- N" היו קרובים לאלה של HPMC. כל התוצאות הללו מראות כי HPMC שולט בוויסקואלסטיות של המערכת המורכבת בטמפרטורה גבוהה של 85 מעלות צלזיוס.

טבלה 5-5 N ′, N ″, G0 ′ ו- G0 ″ עבור HPs/HPMC עם החלפת הידרופרופיל שונה של HPS ב 85 מעלות צלזיוס כפי שנקבע מ- Eqs. (5-1) ו- (5-2)

5.3.6 מורפולוגיה של מערכת מורכבת HPMC/HPS

מעבר הפאזה של מערכת תרכובת HPMC/HPS נחקר על ידי מיקרוסקופ אופטי מכתים יוד. מערכת המתחם HPMC/HPS עם יחס מורכב של 5: 5 נבדקה בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, 45 מעלות צלזיוס ו 85 מעלות צלזיוס. תמונות מיקרוסקופ האור המוכתמים למטה מוצגות באיורים 5-10. ניתן לראות מהדמות שאחרי צביעה עם יוד, שלב ה- HPS צבוע בצבע כהה יותר, ושלב HPMC מראה צבע בהיר יותר מכיוון שלא ניתן לצבוע אותו על ידי יוד. לכן ניתן להבחין בבירור בין שני השלבים של HPMC/HPS. בטמפרטורות גבוהות יותר, שטח האזורים האפלים (שלב HPS) עולה ושטח האזורים הבהירים (שלב HPMC) יורד. בפרט, בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, HPMC (צבע בהיר) הוא השלב הרציף במערכת המורכבת HPMC/HPS, ושלב ה- HPS הכדורי הקטן (צבע כהה) מתפזר בשלב הרציף של HPMC. לעומת זאת, בטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס, HPMC הפכה לשלב קטן מאוד ומעוצב באופן לא סדיר, שהתפזר בשלב הרציף של HPS.

איור 5-8 מורפולוגיות של צבוע 1: 1 HPMC/HPS תערובות בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, 45 מעלות צלזיוס ו 85 מעלות צלזיוס

עם עליית הטמפרטורה, צריכה להיות נקודת מעבר של המורפולוגיה שלב של השלב הרציף מ- HPMC ל- HPs במערכת המתחם HPMC/HPS. להלכה, זה אמור להתרחש כאשר הצמיגות של HPMC ו- HPs זהים או דומים מאוד. כפי שניתן לראות ממיקרוגרפיות של 45 מעלות צלזיוס באיורים 5-10, דיאגרמת השלב "האי-איילנד" הטיפוסית אינה מופיעה, אך נצפה שלב רציף משותף. תצפית זו מאשרת גם את העובדה שמעבר שלב של השלב הרציף עשוי להתרחש בשיא השיזוף Δ בעקומת טמפרטורת הגורם הפיזור שנדונה ב- 5.3.3.

ניתן לראות גם מהנתון כי בטמפרטורה נמוכה (25 מעלות צלזיוס), חלקים מסוימים של השלב המפוזר HPS הכה צורה של שלב מפוזר. אֶמצַע. במקרה, בטמפרטורה גבוהה (85 מעלות צלזיוס), כמה חלקיקים כהים קטנים מופצים בשלב המפוזר HPMC בצבע בהיר, והחלקיקים הכהים הקטנים הללו הם ה- HPs שלב רציף. תצפיות אלה מראות כי קיימת מידה מסוימת של מזופאז במערכת המורכבת HPMC-HPS, ובכך גם מצביעה על כך של- HPMC יש תאימות מסוימת ל- HPS.

5.3.7 תרשים סכמטי של מעבר שלב של מערכת תרכובת HPMC/HPS

בהתבסס על ההתנהגות הריאולוגית הקלאסית של פתרונות פולימרים ונקודות ג'ל מורכבות [216, 232] והשוואה למתחמים שנדונו בעיתון, מוצע מודל עקרוני לשינוי מבני של מתחמי HPMC/HPS עם טמפרטורה, כפי שמוצג באיור .

איור 5-11 מבנים סכמטיים של מעבר סול-ג'ל של HPMC (A); Hps (b); ו- HPMC/HPS (C)

התנהגות הג'ל של HPMC ומנגנון המעבר הפתרונות-ג'ל הקשורים אליו נחקרו הרבה [159, 160, 207, 208]. אחד המקובלים לרבים הוא שרשראות HPMC קיימות בפתרון בצורה של צרורות מצטברים. אשכולות אלה קשורים זה לזה על ידי עטיפת כמה מבני תאית לא מחוקקים או מסיסים במשורה, ומחוברים לאזורים שהוחלפו בצפיפות על ידי צבירה הידרופובית של קבוצות מתיל וקבוצות הידרוקסיל. בטמפרטורה נמוכה, מולקולות מים יוצרות מבנים דמויי כלוב מחוץ לקבוצות מתיל הידרופוביות ומבני קליפת מים מחוץ לקבוצות הידרופיליות כמו קבוצות הידרוקסיל, ומונעות מה- HPMC ליצור קשרי מימן בין-כינים בטמפרטורות נמוכות. ככל שהטמפרטורה עולה, HPMC סופג אנרגיה ומבני כלוב מים ומקליפת מים אלה נשברים, שהם הקינטיקה של מעבר הג'ל. קרע כלוב המים וקליפת המים חושף את קבוצות המתיל וההידרוקסיפרופיל לסביבה המימית, וכתוצאה מכך עלייה משמעותית בנפח החופשי. בטמפרטורה גבוהה יותר, כתוצאה מהקשר ההידרופובי של קבוצות הידרופוביות והקשר ההידרופילי של קבוצות הידרופיליות, נוצר סוף סוף מבנה הרשת התלת מימדית של הג'ל, כפי שמוצג באיור 5-11 (א).

לאחר ג'לטיניזציה עמילן, עמילוז מתמוסס מגרגירי עמילן ליצירת מבנה סלילי יחיד חלול, שנפצע ברציפות ולבסוף מציג מצב של סלילים אקראיים. מבנה סליל יחיד זה יוצר חלל הידרופובי מבפנים ומשטח הידרופילי מבחוץ. מבנה צפוף זה של עמילן מעניק לו יציבות טובה יותר [230-232]. לפיכך, HPS קיים בצורה של סלילים אקראיים משתנים עם כמה מקטעים סליליים מתוחים בתמיסה מימית בטמפרטורה גבוהה. ככל שהטמפרטורה פוחתת, קשרי המימן בין HPs למולקולות מים נשברים ומים קשורים אבודים. לבסוף נוצר מבנה רשת תלת ממדי כתוצאה מהיווצרות קשרי מימן בין שרשראות מולקולריות, ונוצר ג'ל, כפי שמוצג באיור 5-11 (ב).

בדרך כלל, כאשר מתרכיבים שני רכיבים עם צמיגות שונה מאוד, רכיב הצמיגות הגבוה נוטה ליצור שלב מפוזר ומתפזר בשלב הרציף של רכיב הצמיגות הנמוך. בטמפרטורות נמוכות, הצמיגות של HPMC נמוכה משמעותית מזו של HPS. לפיכך, HPMC יוצר שלב רציף המקיף את שלב הג'ל HPS בעל צמיגות גבוהה. בשולי שני השלבים, קבוצות ההידרוקסיל בשרשראות HPMC מאבדות חלק מהמים הכבולים ויוצרים קשרי מימן בין -מולקולריים עם שרשראות המולקולריות של HPS. במהלך תהליך החימום, שרשראות ה- HPS המולקולריות נעות בגלל ספיגת מספיק אנרגיה ויצרו קשרי מימן עם מולקולות מים, וכתוצאה מכך קרע של מבנה הג'ל. במקביל, מבנה כלובי המים ומבנה קליפת המים בשרשרת HPMC נהרסו ונקרעו בהדרגה כדי לחשוף קבוצות הידרופיליות ואשכולות הידרופוביים. בטמפרטורה גבוהה, HPMC יוצר מבנה רשת ג'ל עקב קשרי מימן בין-מולקולריים וקשר הידרופובי, ובכך הופך לשלב מפוזר בעל צמיגות גבוהה בשלב הרציף של HPS של סלילים אקראיים, כפי שמוצג באיור 5-11 (ג). לפיכך, HPS ו- HPMC שלטו בתכונות הריאולוגיות, בתכונות הג'ל ובמורפולוגיה שלב של הג'לים המורכבים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, בהתאמה.

הכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל למולקולות עמילן שובר את מבנה הקשר המימן האינטרמולקולרי הפנימי שלה, כך שמולקולות העמילוז הג'לטין הן במצב נפוח ונמתח, מה שמגדיל את נפח ההידרציה האפקטיבי של המולקולות ומעכב את הנטייה של מולקולות הכוכבים כדי לאתר באופן אקראי באופן אקראי באופן אקראי באופן אקראי באופן אקראי לאקראי כדי להתייצב באופן אקראי באופן אקראי באופן אקראי. בתמיסה מימית [362]. לפיכך, התכונות המגושמות וההידרופיליות של הידרוקסיפרופיל מקשות על השילוב של שרשראות מולקולריות אמילוז והיווצרות אזורים מקשרים צולבים [233]. לכן, עם ירידת הטמפרטורה, בהשוואה לעמילן ילידי, HPS נוטה ליצור מבנה רשת ג'ל משוחרר ורך יותר.

עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל, ישנם שברי סליל מתוחים יותר בתמיסת HPS, שיכולים ליצור קשרי מימן בין -מולקולריים יותר עם השרשרת המולקולרית HPMC בגבול של שני השלבים, ובכך ליצור מבנה אחיד יותר. בנוסף, הידרוקסיפרופילציה מפחיתה את צמיגות העמילן, מה שמקטין את ההבדל בצמיגות בין HPMC ל- HPs בניסוח. לפיכך, נקודת המעבר שלב במערכת מורכבת HPMC/HPS עוברת לטמפרטורה נמוכה עם עליית תואר החלפת HPS Hydroxypropyl. ניתן לאשר זאת על ידי השינוי הפתאומי בצמיגות עם הטמפרטורה של הדגימות המשוחזרות בשנת 5.3.4.

5.4 סיכום פרק

בפרק זה הוכנו פתרונות מורכבים של HPMC/HPS עם תארים שונים של החלפת HPS HPPSYPROPYL, והשפעתם של HPS HPMC/HPS COUT ו- HOT GEL GEL נבדקה על ידי תכונות הג'ל של ה- HPMC/HPS COUD ו- GEL GEL HOL. התפלגות הפאזה של מערכת COWN CORT ו- GEL HPMC/HPS נחקרת על ידי ניתוח מיקרוסקופ אופטי מכתים מיקרוסקופ אופטי. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. בטמפרטורת החדר, צמיגות ודילול הגזירה של תמיסת תרכובת HPMC/HPS ירדו עם עליית תואר ההחלפה HPS Hydroxypropyl. הסיבה לכך היא בעיקר כי הצגת קבוצת ההידרוקסיפרופיל למולקולת העמילן הורסת את מבנה הקשר המימן האינטרמולקולרי שלה ומשפרת את ההידרופיליות של העמילן.
2. בטמפרטורת החדר, צמיגות האפס-גזירה H0, מדד הזרימה N ומקדם צמיגות K של פתרונות מורכבים HPMC/HPS מושפעים הן על ידי HPMC והן על ידי הידרוקסיפרופילציה. עם העלייה בתכולת HPMC, צמיגות הגזירה האפסית H0 יורדת, מדד הזרימה n עולה ומקדם הצמיגות K יורד; צמיגות הגזירה האפסית H0, מדד הזרימה N ומקדם צמיגות K של HPs טהורים כולם גדלים עם ההידרוקסיל עם עליית מידת החלפת הפרופיל, הוא הופך להיות קטן יותר; אך עבור המערכת המורכבת, צמיגות הגזירה האפסית H0 פוחתת עם עליית מידת ההחלפה, ואילו מדד הזרימה n וקבוע הצמיגות K מתגברים עם עליית מידת ההחלפה.
3. שיטת הגזירה עם גזירה מקדימה ותיקסוטרופיה תלת-שלבית יכולה לשקף בצורה מדויקת יותר את הצמיגות, תכונות הזרימה ותיקסוטרופיה של הפתרון המורכב.
4. האזור הוויסקואלסטי הליניארי של המערכת המורכבת HPMC/HPS מתצננת עם הירידה בתואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל של HPs.
5. במערכת מורכבת ג'ל קרה-חמה קרה, HPMC ו- HPs יכולים ליצור שלבים רציפים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, בהתאמה. שינוי מבנה פאזה זה יכול להשפיע באופן משמעותי על הצמיגות המורכבת, התכונות הוויסקואלסטיות, תלות התדרים ותכונות הג'ל של הג'ל המורכב.
6. כשלבים מפוזרים, HPMC ו- HPS יכולים לקבוע את התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכות תרכובות HPMC/HPS בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, בהתאמה. העקומות הוויסקואלסטיות של הדגימות המורכבות HPMC/HPS היו בקנה אחד עם HPs בטמפרטורה נמוכה ו- HPMC בטמפרטורה גבוהה.
7. לדרגה השונה של שינוי כימי של מבנה העמילן הייתה השפעה משמעותית גם על תכונות הג'ל. התוצאות מראות כי הצמיגות המורכבת, מודולוס האחסון ומודול האובדן כולם יורדים עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl. לפיכך, הידרוקסיפרופילציה של עמילן ילידי יכולה לשבש את המבנה המסודר שלו ולהגדיל את ההידרופיליות של עמילן, וכתוצאה מכך מרקם ג'ל רך.
8. הידרוקסיפרופילציה יכולה להפחית את ההתנהגות המוצקה של פתרונות עמילן בטמפרטורה נמוכה ואת ההתנהגות הדומה לנוזל בטמפרטורה גבוהה. בטמפרטורה נמוכה, הערכים של N ′ ו- N ″ הפכו גדולים יותר עם עליית תואר החלפת HPS Hydroxypropyl; בטמפרטורה גבוהה, ערכי N ′ ו- N ″ הפכו קטנים יותר עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl.
9. הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה, תכונות ריאולוגיות ותכונות ג'ל של מערכת מורכבת HPMC/HPS. הן השינוי הפתאומי בעקומת הצמיגות של המערכת המורכבת והן שיא השיזוף Δ בעקומת גורם האובדן מופיעים בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס, התואם את תופעת הפאזות הרציפות שנצפתה במיקרוגרף (בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס).

לסיכום, המערכת המורכבת של ג'ל קרה HPMC/HPS מציגה מורפולוגיה ותכונות שלב בשליטה בטמפרטורה מיוחדת. באמצעות שינויים כימיים שונים של עמילן ותאי, ניתן להשתמש במערכת ההתרכבות הקרה והג'ל החם של HPMC/HPS לפיתוח ויישום של חומרים חכמים בעלי ערך גבוה.

פרק 6 השפעות של תואר החלפת HPS על תכונות ותאימות מערכת של ממברנות מורכבות של HPMC/HPS

ניתן לראות מפרק 5 כי השינוי של המבנה הכימי של הרכיבים במערכת המורכבת קובע את ההבדל בתכונות הריאולוגיות, בתכונות הג'ל ותכונות העיבוד האחרות של המערכת המורכבת. לביצועים הכוללים יש השפעה משמעותית.

This chapter focuses on the influence of the chemical structure of the components on the microstructure and macroscopic properties of the HPMC/HPS composite membrane. בשילוב עם ההשפעה של פרק 5 על התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת, התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת HPMC/HPS נוצרות- קשר בין תכונות הסרט.

6.1 חומרים וציוד

6.1.1 חומרי ניסוי עיקריים

6.1.2 מכשירים וציוד עיקריים

6.2 שיטה נסיונית

The total concentration of the compound solution is 8% (w/w), the HPMC/HPS compound ratio is 10:0, 5:5, 0:10, the plasticizer is 2.4% (w/w) polyethylene glycol, The edible סרט מרוכב של HPMC/HPS הוכן בשיטת יציקה. לשיטת ההכנה הספציפית, ראה 3.2.1.

6.2.2 מבנה מיקרו -דומין של ממברנות מורכבות של HPMC/HP

6.2.2.1 העיקרון של ניתוח מיקרו-מבנה של קרינת סינכרוטרונים עם זווית קטנה פיזור קרני רנטגן

פיזור רנטגן קטן של מלאך (SAXS) מתייחס לתופעה המפוזרת הנגרמת כתוצאה מקורת הרנטגן המקררת את הדגימה הנבדקת בתוך זווית קטנה קרוב לקרן הרנטגן. בהתבסס על ההבדל בצפיפות האלקטרונים הננו-סולם בין המפזר למדיום שמסביב, פיזור רנטגן בזווית קטנה משמש בדרך כלל במחקר של חומרים פולימריים מוצקים, קולואידיים ונוזליים בטווח הננו. בהשוואה לטכנולוגיית דיפרקציה של רנטגן בזווית רחבה, SAXs יכולים להשיג מידע מבני בקנה מידה גדול יותר, אשר ניתן להשתמש בו לניתוח הקונפורמציה של שרשראות מולקולריות פולימריות, מבנים לתקופה ארוכה ומבנה הפאזה וחלוקת הפאזות של מערכות מורכבות פולימריות . מקור אור רנטגן של סינכרוטרון הוא סוג חדש של מקור אור בעל ביצועים גבוהים, שיש לו את היתרונות של טוהר גבוה, קיטוב גבוה, דופק צר, בהירות גבוהה וקונפציה גבוהה, כך שהוא יכול להשיג את המידע המבני הננו של חומרים במהירות רבה יותר ובמדויק. ניתוח ספקטרום ה- SAXS של החומר המדוד יכול להשיג באופן איכותי את האחידות של צפיפות ענן האלקטרונים, האחידות של צפיפות ענן אלקטרונים חד פאזית (סטייה חיובית מפורוד או משפט של Debye), והבהירות של ממשק דו-פאזי (סטייה שלילית מפורוד. או המשפט של דבי). ), דמיון עצמי מפזר (בין אם יש לו תכונות פרקטליות), פיזור מפזר (מונודיספיסיות או פולי-פיזור שנקבעו על ידי גינאייר) ומידע אחר, ומימד השבר המפוזר, רדיוס הגירציה ושכבה ממוצעת של יחידות חוזרות ניתן להשיג גם כמותית. עובי, גודל ממוצע, שבר נפח מפזר, שטח פנים ספציפי ופרמטרים אחרים.

6.2.2.2 שיטת בדיקה

במרכז קרינת סינכרוטרון אוסטרלי (קליטון, ויקטוריה, אוסטרליה), נעשה שימוש במקור קרינת סינכרוטרון מהדור השלישי המתקדם בעולם (שטף 1013 פוטונים/שניות, אורך גל 1.47 Å) כדי לקבוע את מבנה המיקרו-דומיין ומידע קשור אחר של החומר המרוכב. סֶרֶט. דפוס הפיזור הדו-ממדי של מדגם הבדיקה נאסף על ידי גלאי Pilatus 1M (שטח 169 × 172 מיקרומטר, גודל פיקסל 172 × 172 מיקרומטר), והמדגם הנמדד היה בטווח של 0.015 < q < 0.15 Å−1 ( q הוא וקטור הפיזור) עקומת הפיזור הפנימית החד-ממדית של זווית קטנה של קרני רנטגן מתקבלת מתבנית הפיזור הדו-ממדית על ידי תוכנת ScatterBrain, וקטור הפיזור q וזווית הפיזור 2 מומרים על ידי הנוסחה i / , where is the X-ray wavelength. All data were pre-normalized before data analysis.

6.2.3 ניתוח תרמוגרווימטרי של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל

6.2.3.1 עקרון הניתוח התרמוגרווימטרי

זהה ל-3.2.5.1

6.2.3.2 שיטת בדיקה

ראה 3.2.5.2

6.2.4 מאפייני מתיחה של סרטים מורכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl

6.2.4.1 עקרון ניתוח מאפייני מתיחה

זהה ל-3.2.6.1

6.2.4.2 שיטת בדיקה

ראה 3.2.6.2

Using ISO37 standard, it is cut into dumbbell-shaped splines, with a total length of 35mm, a distance between the marking lines of 12mm, and a width of 2mm. כל דגימות הבדיקה היו משויכות בלחות של 75% ליותר מ -3 ד '.

6.2.5 חדירות חמצן של ממברנות מורכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl

6.2.5.1 עקרון ניתוח חדירות חמצן

זהה ל-3.2.7.1

6.2.5.2 שיטת בדיקה

ראה 3.2.7.2

6.3 תוצאות ודיון

6.3.1 ניתוח מבנה גביש של סרטים מורכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl

איור 6-1 מציג את ספקטרום פיזור הרנטגן הזווית הקטנה של סרטי מורכב HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl. ניתן לראות מהדמות כי בטווח הגדול יחסית של Q> 0.3 Å (2θ> 40), פסגות מאפיינות ברורות מופיעות בכל דגימות הממברנה. מתבנית פיזור הרנטגן של סרט הרכיב הטהור (איור 6-1 א), ל- HPMC טהור יש שיא מאפיין של פיזור רנטגן חזק ב- 0.569 Å, מה שמצביע על כך של- HPMC יש שיא פיזור רנטגן בזווית הרחבה region of 7.70 (2θ > 50). פסגות אופייניות לקריסטל, מה שמצביע על כך של- HPMC יש כאן מבנה גבישי מסוים. גם דגימות סרטי עמילן A939 טהורים וגם A1081 הציגו שיא פיזור רנטגן מובהק ב- 0.397 Å, מה שמצביע על כך של- HPS יש שיא אופייני גבישי באזור הזווית הרחבה של 5.30, התואם לשיא הגבישי מסוג B. ניתן לראות בבירור מהנתון כי ל- A939 עם החלפת הידרוקסיפרופיל נמוכה יש שטח שיא גדול יותר מ- A1081 עם החלפה גבוהה. הסיבה לכך היא בעיקר כי הצגת קבוצת ההידרוקסיפרופיל לשרשרת המולקולרית העמילן שוברת את המבנה המקורי שהוזמן של מולקולות עמילן, מגדילה את הקושי של סידור מחדש וקישור צולב בין שרשראות מולקולריות עמילן, ומפחיתה את מידת ההתגבשות של העמילן. עם עליית דרגת ההחלפה של קבוצת ההידרוקסיפרופיל, ההשפעה המעכבת של קבוצת הידרוקסיפרופיל על התגבשות מחדש של עמילן היא ברורה יותר.

ניתן לראות מהספקטרום המפוזר לרנטגן הזווית הקטנה של הדגימות המורכבות (איור 6-1 ב) כי הסרטים המורכבים HPMC-HPS כולם הראו פסגות מאפיינות ברורות ב 0.569 Å ו- 0.397 Å, המתאימות לקריסטל 7.70 כ"ס. פסגות אופייניות, בהתאמה. שטח השיא של התגבשות HPS של סרט מורכב HPMC/A939 גדול משמעותית מזה של סרט מורכב HPMC/A1081. הסידור מחדש מודחק, התואם את הווריאציה של שטח שיא התגבשות HPS עם מידת החלפת הידרוקסיפרופיל בסרטי רכיבים טהורים. אזור השיא הגבישי המתאים ל- HPMC ב 7.70 עבור הממברנות המורכבות בדרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl לא השתנה הרבה. בהשוואה לספקטרום של דגימות רכיב טהור (איור 5-1 א), אזורי פסגות ההתגבשות של HPMC ופסגות התגבשות HPS של הדגימות המורכבות פחתו, מה שהצביע על כך שבאמצעות השילוב של השניים, הן HPMC והן HPs יכולים להיות יעילים עבור הקבוצה השנייה. תופעת ההתגבשות מחדש של חומר ההפרדה של הסרט ממלאת תפקיד מעכב מסוים.

איור 6-1 ספקטרום SAXS של סרטי תערובת HPMC/HPS עם דרגת החלפת HPMC של HPS

לסיכום, העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl והרכבה של שני הרכיבים יכולה לעכב את תופעת ההתגבשות של קרום מורכב HPMC/HPS במידה מסוימת. העלייה בתואר החלפת ההידרוקסיפרופיל של HPs עיכבה בעיקר את ההתגבשות של HPs בקרום המורכב, ואילו התרכובת הדו-רכיבית מילאה תפקיד מעכב מסוים בגיבוש מחדש של HPs ו- HPMC בקרום המורכב.

6.3.2 ניתוח מבנה פרקטלי דומה לעצמו של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

אורך השרשרת הממוצע (R) של מולקולות פוליסכריד כמו מולקולות עמילן ומולקולות תאית נמצא בטווח של 1000-1500 ננומטר, ו- Q נמצא בטווח של 0.01-0.1 Å-1, עם QR >> 1. על פי ה- פורמולה של פורוד, דגימות הסרטים של פוליסכריד ניתן לראות את הקשר בין עוצמת פיזור הרנטגן הזווית הקטנה לזווית הפיזור היא:

בין זה, אני (ש) אני עוצמת פיזור הרנטגן הזווית הקטנה;

α הוא מדרון הפורוד.

שיפוע הפורוד α קשור למבנה הפרקטלי. אם α <3, זה מצביע על כך שמבנה החומר רופף יחסית, פני המפזר חלק, והוא פרקטלי המוני, והמימד הפרקטלי שלו d = α; אם 3 <α <4, זה מצביע על כך שמבנה החומר צפוף והמפזר הוא המשטח מחוספס, שהוא פרקטל פני השטח, והמימד הפרקטלי שלו d = 6 - α.

Figure 6-2 shows the lnI(q)-lnq plots of HPMC/HPS composite membranes with different degrees of HPS hydroxypropyl substitution. ניתן לראות מהדמות כי כל הדגימות מציגות מבנה פרקטלי דמי לְהַחלִיק. The mass fractal dimensions of HPMC/HPS composite membranes with different degrees of HPS hydroxypropyl substitution are shown in Table 6-1.

טבלה 6-1 מציגה את הממד הפרקטלי של ממברנות מורכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl. ניתן לראות מהטבלה שלגבי דגימות HPS טהורות, הממד הפרקטלי של A939 המוחלף בהידרוקסיפרופיל נמוך הוא גבוה בהרבה מזה של A1081 שהוחלף בהידרוקסיפרופיל גבוה, מה שמצביע על כך שעם עליית דרגת ההידרוקסיפרופיל, בתחליף, בממברנה צפיפות המבנה הדמיני העצמי מצטמצמת משמעותית. הסיבה לכך היא שהכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל על השרשרת המולקולרית העמילנית מעכבת משמעותית את הקשר ההדדי של מקטעי HPS, וכתוצאה מכך ירידה בצפיפות המבנה הדמיני העצמי בסרט. קבוצות הידרוקסיפרופיל הידרופיליות יכולות ליצור קשרי מימן בין -מולקולריים עם מולקולות מים, ולהפחית את האינטראקציה בין קטעים מולקולריים; קבוצות הידרוקסיפרופיל גדולות יותר מגבילות את השילוב מחדש ואת הקישור בין מקטעים מולקולריים עמילן, ולכן עם ההחלפה ההולכת וגוברת של החלפת הידרוקסיפרופיל, HPS מהווה מבנה דמי עצמי רופף יותר.

עבור מערכת ההתרכמות של HPMC/A939, הממד הפרקטלי של HPS גבוה מזה של HPMC, הנובע מכך שהעמילן מתגבש מחדש, ונוצר מבנה מסודר יותר בין השרשראות המולקולריות, מה שמוביל למבנה הדמי עצמי בממברנה . צפיפות גבוהה. הממד הפרקטלי של הדגימה המורכבת נמוך יותר מזה של שני המרכיבים הטהורים, מכיוון שבאמצעות הרכבה, הכריכה ההדדית של הקטעים המולקולריים של שני הרכיבים מונעת זה על ידי זה, וכתוצאה מכך צפיפות המבנים הדומים העצמיים פוחתת. לעומת זאת, במערכת המורכבת HPMC/A1081, הממד הפרקטלי של HPS נמוך בהרבה מזה של HPMC. הסיבה לכך היא שהכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל במולקולות עמילן מעכבת משמעותית את ההתגבשות מחדש של העמילן. המבנה הדמיני בעצמו בעץ הוא יותר נעים. במקביל, הממד הפרקטלי של מדגם התרכובת HPMC/A1081 הוא גבוה יותר מזה של HPs טהורים, שהוא גם שונה באופן משמעותי ממערכת התרכובת HPMC/A939. מבנה דמיני עצמי, מולקולות HPMC דמויי שרשרת יכולות להיכנס לחלל המבנה הרופף שלו, ובכך לשפר את צפיפות המבנה הדומה העצמי של HPs, מה שמעיד גם על כך ש- HPs עם החלפת הידרוקסיפרופיל גבוהה יכולה ליצור קומפלקס אחיד יותר לאחר ההרכבה עם HPMC. מרכיבים. מהנתונים של תכונות ריאולוגיות ניתן לראות כי הידרוקסיפרופילציה יכולה להפחית את צמיגות העמילן, ולכן במהלך תהליך ההרכבה, מופחת ההבדל בצמיגות בין שני המרכיבים במערכת ההרכבה, דבר שהוא תורם יותר להיווצרות של הומוגני. תִרכּוֹבֶת.

איור 6-2 LNI (Q) -LNQ דפוסי ועקומות ההתאמה שלו לסרטי תערובת HPMC/HP

טבלה 6-1 פרמטרים של מבנה פרקטלי של סרטי תערובת HPS/HPMC עם דרגת החלפת HPS של הידרוקסיפרופיל

עבור הממברנות המורכבות עם אותו יחס מורכב, הממד הפרקטלי יורד גם עם העלייה של דרגת ההחלפה של קבוצת ההידרוקסיפרופיל. הכנסת הידרוקסיפרופיל למולקולת HPS יכולה להפחית את הקשר ההדדי של מקטעי הפולימר במערכת המורכבת, ובכך להפחית את צפיפות הממברנה המורכבת; ל-HPS עם החלפת הידרוקסיפרופיל גבוהה יש תאימות טובה יותר עם HPMC, קל יותר ליצור תרכובת אחידה וצפופה. לפיכך, צפיפות המבנה הדמיון העצמי בקרום המורכב פוחתת עם עליית דרגת ההחלפה של HPS, שהיא תוצאה של ההשפעה המשותפת של דרגת ההחלפה של HPS Hydroxypropyl והתאימות של שני המרכיבים במורכב מַעֲרֶכֶת.

6.3.3 ניתוח יציבות תרמית של סרטים מורכבים HPMC/HP

נעשה שימוש בנתח תרמי גרבימטרי לבדיקת היציבות התרמית של סרטים מרוכבים אכילים של HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל. איור 6-3 מציג את העקומה התרמו-גרבימטרית (TGA) ואת עקומת שיעור הירידה במשקל (DTG) של הסרטים המרוכבים עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל HPS. It can be seen from the TGA curve in Figure 6-3(a) that the composite membrane samples with different HPS hydroxypropyl substitution degrees. ישנם שני שלבי שינוי תרמו-גרבימטרי ברורים עם עליית הטמפרטורה. ראשית, יש שלב ירידה במשקל קטן בטמפרטורה של 30 ~ 180 מעלות צלזיוס, אשר נגרם בעיקר כתוצאה מהתנף של המים הנספגים על ידי המקרומולקולה של הפוליסכריד. יש שלב ירידה משקל גדול ב -300 ~ 450 מעלות צלזיוס, שהוא שלב ההשפלה התרמית האמיתית, הנגרמת בעיקר כתוצאה מהשפלה התרמית של HPMC ו- HPs. ניתן לראות גם מהנתון כי עקומות הרזיה של HPs עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל דומות ושונות באופן משמעותי מאלו של HPMC. בין שני סוגי עקומות הרזיה עבור HPMC טהור ודגימות HPS טהורות.

מעקומות ה- DTG באיור 6-3 (ב) ניתן לראות כי טמפרטורות ההשפלה התרמית של HPs טהורים עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל קרובים מאוד, וטמפרטורות השיא של ההשפלה התרמית של A939 ו- A081 הם 310 מעלות צלזיוס ו- 305 מעלות צלזיוס, בהתאמה טמפרטורת השיא של השפלה תרמית של מדגם HPMC טהור גבוהה משמעותית מזו של HPS, וטמפרטורת השיא שלה היא 365 מעלות צלזיוס; לסרט המורכב של HPMC/HPS יש שני פסגות השפלה תרמית על עקומת DTG, המתאימות לשפלות התרמית של HPS ו- HPMC, בהתאמה. פסגות אופייניות, המצביעות על כך שיש מידה מסוימת של הפרדת פאזות במערכת המורכבת עם יחס מורכב של 5: 5, התואם את תוצאות ההשפלה התרמית של הסרט המורכב עם יחס מורכב של 5: 5 בפרק 3 . טמפרטורות השיא של השפלה תרמית של דגימות סרטים מורכבים של HPMC/A1081 היו 306 מעלות צלזיוס ו- 363 מעלות צלזיוס, בהתאמה. הטמפרטורות השיא של דגימות הסרטים המורכבות הועברו לטמפרטורות נמוכות יותר מאשר לדגימות הרכיב הטהור, מה שהצביע על כך שהיציבות התרמית של הדגימות המורכבות הופחתה. עבור הדגימות עם אותו יחס מורכב, טמפרטורת השיא של השפלה תרמית ירדה עם עליית תואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל, מה שמצביע על כך שהיציבות התרמית של הסרט המורכב פחתה עם העלייה בתואר החלפת ההידרוקסיפרופיל. הסיבה לכך היא שהכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל למולקולות עמילן מפחיתה את האינטראקציה בין קטעים מולקולריים ומעכבת את הסידור מחדש המסודר של מולקולות. זה עולה בקנה אחד עם התוצאות כי צפיפות המבנים הדומים העצמיים פוחתת עם העלייה במידת החלפת ההידרוקסיפרופיל.

6.3.4 תכונות מכניות ניתוח של ממברנות מורכבות של HPMC/HP

איור 6-5 מאפייני מתיחה של סרטי HPMC/HPS עם תואר החלפת HPMC/HPS שונים

מאפייני מתיחה של סרטי מורכב HPMC/HPS עם תארים שונים של HPS Hydroxypropyl החלפה נבדקו על ידי מנתח רכוש מכני בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ולחות יחסית. איורים 6-5 מראים את המודולוס האלסטי (A), התארכות בהפסקה (B) וחוזק מתיחה (C) של סרטים מורכבים בדרגות שונות של החלפת HPS Hydroxypropyl. ניתן לראות מהנתון כי עבור המערכת המורכבת HPMC/A1081, עם עליית תוכן HPS, המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המורכב פחת בהדרגה, וההארכה בהפסקה עלתה באופן משמעותי, מה שהיה תואם את 3.3. 5 לחות בינונית וגבוהה. תוצאות הממברנות המורכבות עם יחסי מורכב שונים היו עקביות.

עבור ממברנות HPS טהורות, הן המודולוס האלסטי והן חוזק המתיחה גדלו עם ירידה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl, מה שמרמז כי הידרוקסיפרופילציה מפחיתה את קשיחות הממברנה המורכבת ומשפרת את גמישותו. הסיבה לכך היא שבאמצעות עליית תואר החלפת ההידרוקסיפרופיל, ההידרופיליות של HPs גדלה, ומבנה הממברנה הופך להיות יותר מאגר, התואם את התוצאה שהממד הפרקטלי יורד עם עליית תואר ההחלפה בזווית הקטנה x- מבחן פיזור קרניים. עם זאת, ההתארכות בהפסקה פוחתת עם הירידה בתואר ההחלפה של קבוצת HPS Hydroxypropyl, שהיא בעיקר מכיוון שהכנסת קבוצת הידרוקסיפרופיל למולקולת העמילן יכולה לעכב את התגבשות מחדש של העמילן. התוצאות עולות בקנה אחד עם העלייה והירידה.

עבור הממברנה המורכבת של HPMC/HPS עם אותו יחס תרכובת, המודולוס האלסטי של חומר הממברנה עולה עם הירידה בתואר HPS Hydroxypropyl, ועוצמת המתיחה וההארכה בשבירה שניהם ירידה עם הירידה בתואר ההחלפה. ראוי לציין כי התכונות המכניות של הממברנות המורכבות משתנות לחלוטין ביחס ההרכבה בדרגות השונות של החלפת HPS Hydroxypropyl. הסיבה לכך היא בעיקר כי התכונות המכניות של הממברנה המורכבת לא מושפעות רק מהתואר החלפת HPS במבנה הממברנה, אלא גם מהתאימות בין הרכיבים במערכת המורכבת. הצמיגות של HPs פוחתת עם עליית התואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל, חיובי יותר ליצור תרכובת אחידה על ידי תרכובת.

6.3.5 ניתוח חדירות חמצן של ממברנות מורכבות של HPMC/HP

חמצון הנגרם על ידי חמצן הוא השלב הראשוני בדרכים רבות לגרום לקלקול מזון, כך שסרטים מורכבים אכילים עם תכונות מחסום חמצן מסוימות יכולות לשפר את איכות המזון ולהאריך את חיי מדף המזון [108, 364]. לפיכך, נמדדו שיעורי העברת החמצן של ממברנות מורכבות של HPMC/HPS עם מעלות החלפת HPS HPPSypropyl, והתוצאות מוצגות באיור 5-6. ניתן לראות מהנתון כי חדירות החמצן של כל ממברנות ה- HPS הטהורות נמוכה בהרבה מזו של ממברנות HPMC טהורות, מה שמצביע על כך שלממברנות HPS יש תכונות מחסום חמצן טובות יותר מאשר ממברנות HPMC, התואמות את התוצאות הקודמות. עבור ממברנות HPS טהורות עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל, קצב העברת החמצן עולה עם עליית מידת ההחלפה, מה שמצביע על כך שהאזור בו חמצן מחלחל בחומר הממברנה עולה. זה עולה בקנה אחד עם ניתוח המיקרו-מבנה של פיזור רנטגן זווית קטנה שמבנה הממברנה הופך להיות רופף יותר עם העלייה של מידת החלפת ההידרוקסיפרופיל, כך שערוץ החדירה של החמצן בקרום הופך להיות גדול יותר, והחמצן בממברנה מחלחל ככל שהאזור גדל, קצב העברת החמצן עולה גם הוא בהדרגה.

איור 6-6 חדירות חמצן של סרטי HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרוקסיפרופיל שונה של HPS

עבור הממברנות המורכבות עם תארים שונים של HPS Hydroxypropyl החלפת, קצב העברת החמצן יורד עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל. הסיבה לכך היא בעיקר במערכת ההרכבה 5: 5, HPs קיימת בצורה של שלב מפוזר בשלב הרציף של HPMC בצמיגות נמוכה, והצמיגות של HPS פוחתת עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל. The smaller the viscosity difference, the more conducive to the formation of a homogeneous compound, the more tortuous the oxygen permeation channel in the membrane material, and the smaller the oxygen transmission rate.

בפרק זה הוכנו סרטים מורכבים אכילים של HPMC/HPS על ידי יציקת HPS ו- HPMC בדרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל, והוספת פוליאתילן גליקול כפלסטייזר. ההשפעה של מעלות החלפת HPS HPPSypropyl על מבנה הגביש ומבנה המיקרו-דומיין של הממברנה המורכבת נחקרה על ידי קרינת סינכרוטרון טכנולוגיית פיזור רנטגן זווית קטנה. ההשפעות של מעלות החלפת HPS Hydroxypropyl שונות על היציבות התרמית, התכונות המכניות וחדירות החמצן של ממברנות מורכבות וחוקיהם נבדקו על ידי מנתח תרמוגרווימטרי, בוחן רכוש מכני ובוחן חדירות חמצן. The main findings are as follows:

1. עבור הממברנה המורכבת של HPMC/HPS עם אותו יחס מורכב, עם עליית תואר החלפת הידרוקסיפרופיל, שטח שיא ההתגבשות המתאים ל- HP הידרוקסיפרופילציה של עמילן יכולה לעכב את ההתגבשות מחדש של עמילן בסרט המורכב.
2. בהשוואה לממברנות הרכיב הטהור של HPMC ו- HPS, אזורי שיא ההתגבשות של HPS (5.30) ו- HPMC (7.70) של הממברנות המורכבות מופחתות, מה שמעיד כי דרך השילוב של השניים, הן HPMC והן HPS יכולות להיות יעילות ב- הממברנות המורכבות. התגבשות מחדש של רכיב אחר ממלאת תפקיד מעכב מסוים.
3. כל הממברנות המורכבות של HPMC/HPS הראו מבנה פרקטלי מסה דומה. עבור ממברנות מורכבות עם אותו יחס תרכובת, צפיפות חומר הממברנה ירדה משמעותית עם עליית תואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל; החלפת HPS HPS הידרוקסיפרופיל נמוך צפיפות חומר הממברנה המורכבת נמוכה משמעותית מזו של חומר הרכיב הדו-מרחב, ואילו צפיפות חומר הממברנה המורכבת עם תואר החלפת HPS HPS HPS, שהיא גבוהה יותר מזו של קרום HPS טהור, שהוא שהוא הוא בעיקר מכיוון שצפיפות חומר הממברנה המורכבת מושפעת בו זמנית. ההשפעה של HPS hydroxypropylation על הפחתת קשירת קטע הפולימר והתאימות בין שני המרכיבים של המערכת המורכבת.
4. הידרוקסיפרופילציה של HPs יכולה להפחית את היציבות התרמית של סרטי מורכבים HPMC/HPS, וטמפרטורת השיא של ההשפלה התרמית של סרטים מורכבים עוברת לאזור הטמפרטורה הנמוכה עם עליית התואר ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, שהיא משום שקבוצת ההידרוקסיפרופיל במולקוליות הסטנדרטים. המבוא מפחית את האינטראקציה בין קטעים מולקולריים ומעכב את הסידור מחדש המסודר של מולקולות.
5. המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של קרום HPS טהור פחתו עם עליית תואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל של HPS, ואילו ההתארכות בהפסקה עלתה. הסיבה לכך היא בעיקר כי ההידרוקסיפרופילציה מעכבת את ההתגבשות מחדש של העמילן וגורמת לסרט המורכב ליצור מבנה רופף יותר.
6. המודולוס האלסטי של הסרט המורכב של HPMC/HPS פחת עם העלייה בתואר החלפת HPS Hydroxypropyl, אך חוזק המתיחה וההארכה בהפסקה גדלו, מכיוון שהתכונות המכניות של הסרט המורכב לא הושפעו מהתואר של HPS Hydroxypropyl. בנוסף להשפעה של, הוא מושפע גם מהתאימות של שני המרכיבים של המערכת המורכבת.
7. חדירות החמצן של HPs טהורים עולה עם העלייה בתואר החלפת הידרוקסיפרופיל, מכיוון שההידרוקסיפרופילציה מפחיתה את צפיפות האזור האמורפי HPs ומגדילה את שטח חדירת החמצן בממברנה; קרום מורכב של HPMC/HPS חדירות החמצן פוחתת עם העלייה בתואר ההחלפה ההידרוקסיפרופיל, הנובע בעיקר מכיוון של- HPS HPPMC היפר -הידרוקסי -פרופילציה יש תאימות טובה יותר ל- HPMC, מה שמוביל לעינוי המוגבר של ערוץ חדירת החמצן בממבר המורכב. הפחתת חדירות החמצן.

התוצאות הניסוייות לעיל מראות כי התכונות המקרוסקופיות כמו תכונות מכניות, יציבות תרמית וחדירות חמצן של ממברנות מורכבות HPMC/HPS קשורות קשר הדוק למבנה הגבישי הפנימי שלהם ולמבנה האזור האמורפי, שאינם מושפעים רק על ידי HPS Hydroxypropyl Shutssting, אלא, אלא החלפת Hydroxypropyl, אלא, אלא התחליף להחלפת Hpydroxypropyl, אלא, אלא התחלופה, אלא גם על ידי המתחם. השפעה של תאימות דו-רכיבית של מערכות ליגנד.

מסקנה ותפיסה

1. מַסְקָנָה

במאמר זה מורכבים הג'ל התרמי HPMC וה- HP של הג'ל הקור, ומערכת תרכובת הג'ל ההפוך HPMC/HPS והחמה נבנית. ריכוז הפתרון, יחס ההרכבה והשפעת הגזירה על המערכת המורכבת נחקרים באופן שיטתי את ההשפעה של תכונות ריאולוגיות כמו צמיגות, מדד זרימה ותיקסוטרופיה, בשילוב עם התכונות המכניות, תכונות תרמומכניות דינאמיות, חדירות חמצן, תכונות העברת אור ויציבות תרמית של סרטים מורכבים שהוכנו בשיטת הליהוק. תכונות מקיפות, ויין יוד צובעים את התאימות, מעבר שלב ומורפולוגיה שלב של המערכת המורכבת נחקרו על ידי מיקרוסקופיה אופטית, והקשר בין המיקרו -מבנה לבין תכונות מקרוסקופיות של HPMC/HPs. על מנת לשלוט על המאפיינים של המרכיבים על ידי בקרת מבנה הפאזה ותאימות המערכת המורכבת HPMC/HPS בהתאם לקשר בין המאפיינים המקרוסקופיים והמבנה המיקרומורפולוגי של מערכת המרכיבה HPMC/HPS. על ידי לימוד ההשפעות של HPs שהשתנו כימית בדרגות שונות על התכונות הריאולוגיות, תכונות ג'ל, מיקרו -מבנה ותכונות מקרוסקופיות של ממברנות, הקשר בין מיקרו -מבנה לבין תכונות מקרוסקופיות של מערכת הג'ל הקרה של HPMC/HPS והפוך חם. הקשר בין השניים, ונקבע מודל פיזיקלי להבהרת מנגנון הג'לציה וגורמי ההשפעה וחוקי הג'ל הקר והחם במערכת התרכובת. מחקרים רלוונטיים הושיטו את המסקנות הבאות.

1. שינוי יחס ההרכבה של מערכת תרכובת HPMC/HPS יכול לשפר משמעותית את התכונות הריאולוגיות כמו צמיגות, נזילות ותיקסוטרופיה של HPMC בטמפרטורה נמוכה. The relationship between the rheological properties and the microstructure of the compound system was further studied. The specific results are as follows:

(1) בטמפרטורה נמוכה, המערכת המורכבת היא מבנה "אי-ים" שלב מפוזר שלב, ומעבר הפאזה הרציף מתרחש ב -4: 6 עם הירידה ביחס לתרכובת HPMC/HPS. כאשר יחס ההרכבה הוא גבוה (יותר תוכן HPMC), HPMC עם צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, ו- HPS הוא השלב המפוזר. עבור מערכת התרכובת HPMC/HPS, כאשר רכיב הצמיזות הנמוך הוא השלב הרציף והרכיב בעל צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, תרומת צמיגות השלב הרציף לצמיגות של המערכת המורכבת שונה באופן משמעותי. כאשר ה- HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את התרומה של צמיגות השלב הרציף; כאשר ה- HPs בעלי צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, ה- HPMC כשלב המפוזר יפחית את הצמיגות של HPs בעלי צמיגות גבוהה. אֵפֶקְט. עם העלייה בתכולת HPS וריכוז הפתרונות במערכת המורכבת, גדלה בהדרגה את התופעה של הצמיגות והדילול הגזירה של המערכת המורכבת, וההתנהגות המוצקה של המערכת המורכבת שופרה. הצמיגות והתיקסוטרופיה של HPMC מאוזנים על ידי הניסוח עם HPS.

(2) For a 5:5 compounding system, HPMC and HPS can form continuous phases at low and high temperatures, respectively. שינוי מבנה פאזה זה יכול להשפיע באופן משמעותי על הצמיגות המורכבת, התכונות הוויסקואלסטיות, תלות התדרים ותכונות הג'ל של הג'ל המורכב. כשלבים מפוזרים, HPMC ו- HPS יכולים לקבוע את התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכות תרכובות HPMC/HPS בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, בהתאמה. The viscoelastic curves of the HPMC/HPS composite samples were consistent with HPS at low temperature and HPMC at high temperature.

(3) הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה, תכונות ריאולוגיות ותכונות ג'ל של מערכת מורכבת HPMC/HPS. הן השינוי הפתאומי בעקומת הצמיגות של המערכת המורכבת והן שיא הדלתא השיזוף בעקומת גורם האובדן מופיע בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס, התואם את תופעת הפאזות הרציפה שנצפתה במיקרוגרף (בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס).

1. By studying the microstructure and mechanical properties, dynamic thermomechanical properties, light transmittance, oxygen permeability and thermal stability of the composite membranes prepared under different compounding ratios and solution concentrations, combined with iodine dyeing optical microscopy technology, research The phase morphology, phase transition and compatibility מבין המתחמים נחקרו, והוקמה הקשר בין המיקרו -מבנה לבין התכונות המקרוסקופיות של המתחמים. The specific results are as follows:

(1) אין ממשק דו-פאזי ברור בתמונות SEM של הסרטים המורכבים עם יחסי מורכבים שונים. לרוב הסרטים המורכבים יש רק נקודת מעבר אחת לזכוכית בתוצאות DMA, ולרוב הסרטים המורכבים יש רק שיא השפלה תרמית אחד בעקומת ה- DTG. These together indicate that HPMC has a certain compatibility with HPS.

(2) ללחות יחסית יש השפעה משמעותית על התכונות המכניות של סרטי מורכבים HPMC/HPS, ומידת ההשפעה שלה עולה עם עליית תוכן HPS. בלחות יחסית נמוכה יותר, הן המודולוס האלסטי והן חוזק המתיחה של הסרטים המורכבים עלו עם עליית תוכן HPS, וההארכה בהפסקה של הסרטים המורכבים הייתה נמוכה משמעותית מזו של סרטי הרכיבים הטהורים. עם עליית הלחות היחסית, המודולוס האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המורכב פחתו, וההארכה בהפסקה עלתה משמעותית, והקשר בין התכונות המכניות של הסרט המורכב ויחס ההרכבה הראו דפוס שינוי הפוך לחלוטין לחות יחסית. המאפיינים המכניים של ממברנות מורכבות עם יחסי מורכב שונים מראים צומת בתנאי לחות יחסית שונים, המספקים אפשרות לייעל את ביצועי המוצר בהתאם לדרישות יישום שונות.

(3) הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה, מעבר פאזה, שקיפות ותכונות מכניות של מערכת המורכבת HPMC/HPS. א. נקודת השקיפות הנמוכה ביותר של המערכת המורכבת תואמת את נקודת המעבר שלב של HPMC מהשלב הרציף לשלב המפוזר והנקודה המינימלית של הירידה במודול המתיחה. ב. המודולוס וההארכה של הצעיר בהפסקה יורדים עם עליית ריכוז התמיסה, הקשורה באופן סיבתי לשינוי המורפולוגי של HPMC משלב רציף לשלב מפוזר במערכת המורכבת.

(4) תוספת של HPS מגדילה את עיוותו של תעלת חדירת החמצן בקרום המורכב, מצמצמת משמעותית את חדירות החמצן של הממברנה ומשפרת את ביצועי מחסום החמצן של קרום HPMC.

1. נבדקו ההשפעה של שינוי כימי של HPS על התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת והתכונות המקיפות של הממברנה המורכבת כמו מבנה גביש, מבנה אזור אמורפי, תכונות מכניות, חדירות חמצן ויציבות תרמית. התוצאות הספציפיות הן כדלקמן:

(1) ההידרוקסיפרופילציה של HPs יכולה להפחית את הצמיגות של המערכת המורכבת בטמפרטורה נמוכה, לשפר את נזילות התמיסה המורכבת ולהפחית את תופעת דילול הגזירה; ההידרוקסיפרופילציה של HPs יכולה לצמצם את האזור הוויסקו-אלסטי הליניארי של המערכת המורכבת, להפחית את טמפרטורת המעבר שלב של מערכת התרכובת HPMC/HPS, ולשפר את ההתנהגות המוצקה של המערכת המורכבת בטמפרטורה נמוכה והנזילות בטמפרטורה גבוהה.

(2) ההידרוקסיפרופילציה של HPs ושיפור התאימות של שני המרכיבים יכולים לעכב משמעותית את ההתגבשות מחדש של העמילן בקרום, ולקדם היווצרות של מבנה דומה יותר משוחרר בממברנה המורכבת. הצגת קבוצות הידרוקסיפרופיל מגושמות על השרשרת המולקולרית העמילית מגבילה את הכריכה ההדדית והסדר מחדש המסודר של מקטעי המולקולריים HPS, וכתוצאה מכך היווצרות מבנה דמיני יותר של HPs. עבור המערכת המורכבת, העלייה במידת החלפת ההידרוקסיפרופיל מאפשרת למולקולות HPMC דמויי שרשרת להיכנס לאזור החלל הרופף של HPs, מה שמשפר את תאימות המערכת המורכבת ומשפר את צפיפות המבנה הדמיני של HPs. התאימות של המערכת המורכבת עולה עם העלייה של דרגת ההחלפה של קבוצת ההידרוקסיפרופיל, התואמת את תוצאות התכונות הריאולוגיות.

(3) התכונות המקרוסקופיות כמו תכונות מכניות, יציבות תרמית וחדירות חמצן של קרום מורכב HPMC/HPS קשורים קשר הדוק למבנה הגבישי הפנימי שלו ולמבנה האזור האמורפי. ההשפעה המשולבת של שתי ההשפעות של תאימותם של שני המרכיבים.

1. על ידי לימוד ההשפעות של ריכוז הפתרונות, הטמפרטורה ושינוי כימי של HPs על התכונות הריאולוגיות של המערכת המורכבת, נדונה מנגנון הג'לציה של מערכת תרכובת הג'ל ההפוכה HPMC/HPS. The specific results are as follows:

(1) יש ריכוז קריטי (8%) במערכת המורכבת, מתחת לריכוז הקריטי, HPMC ו- HPs קיימים בשרשראות מולקולריות עצמאיות ובאזורים פאזיים; כאשר מגיעים לריכוז הקריטי, שלב ה- HPS נוצר בתמיסה כמעבה. מרכז הג'ל הוא מבנה מיקרוגל המחובר על ידי שזורה של שרשראות מולקולריות HPMC; מעל הריכוז הקריטי, השזורה היא מורכבת יותר והאינטראקציה חזקה יותר, והפתרון מציג התנהגות דומה לזו של נמס פולימר.

(2) למערכת המורכבת נקודת מעבר של שלב רציף עם שינוי הטמפרטורה, הקשורה להתנהגות הג'ל של HPMC ו- HPs במערכת המורכבת. בטמפרטורות נמוכות, הצמיגות של HPMC נמוכה משמעותית מזו של HPS, ולכן HPMC יוצר שלב רציף המקיף את שלב הג'ל HPS בעל צמיגות גבוהה. בשולי שני השלבים, קבוצות ההידרוקסיל בשרשרת HPMC מאבדות חלק ממי המחייב שלהן ויוצרות קשרי מימן בין -מולקולריים עם השרשרת המולקולרית HPS. במהלך תהליך החימום, שרשראות ה- HPS המולקולריות נעות בגלל ספיגת מספיק אנרגיה ויצרו קשרי מימן עם מולקולות מים, וכתוצאה מכך קרע של מבנה הג'ל. במקביל, נהרסו מבני כלוב המים וקליפת המים על שרשראות HPMC, ונפרעו בהדרגה כדי לחשוף קבוצות הידרופיליות ואשכולות הידרופוביים. בטמפרטורה גבוהה, HPMC יוצר מבנה רשת ג'ל כתוצאה מקשרי מימן בין-מולקולריים וקשר הידרופובי, וכך הופך לשלב מפוזר בעל צמיגות גבוהה בשלב הרציף של HPS של סלילים אקראיים.

(3) עם עליית דרגת החלפת ההידרוקסיפרופיל של HPs, התאימות של מערכת המתחם HPMC/HPS משתפרת, וטמפרטורת המעבר שלב במערכת המורכבת עוברת לטמפרטורה נמוכה. עם עליית התואר בהחלפת ההידרוקסיפרופיל, ישנם שברי סליל מתוחים יותר בתמיסת HPS, שיכולים ליצור קשרי מימן בין -מולקולריים יותר עם השרשרת המולקולרית HPMC בגבול של שני השלבים, ובכך ליצור מבנה אחיד יותר. הידרוקסיפרופילציה מפחיתה את צמיגות העמילן, כך שההבדל של הצמיגות בין HPMC ל- HPs בתרכובת מצומצם, מה שתורם להיווצרות תרכובת הומוגנית יותר, והערך המינימלי של ההבדל בצמיגות בין שני המרכיבים עובר לנמוך אזור טמפרטורה.

2. נקודות חדשנות

1. תכנן ובנה את מערכת ההתרכבות של HPMC/HPS קרה וחמה של שלב הפוך, ולחקור באופן שיטתי את התכונות הריאולוגיות הייחודיות של מערכת זו, ובמיוחד את ריכוז התמיסה המורכבת, יחס מורכב, טמפרטורה ושינוי כימי של רכיבים. חוקי ההשפעה של התכונות הריאולוגיות, תכונות הג'ל והתאימות של המערכת המורכבת נחקרו עוד יותר, והמורפולוגיה שלב ומעבר שלב של המערכת המורכבת נבדקו עוד יותר בשילוב עם התבוננות במיקרוסקופ האופטי לצביעת יוד, והמיקרו-מורפולוגי מבנה המערכת המורכבת הוקם- תכונות ריאולוגיות- יחסי תכונות ג'ל. לראשונה, מודל ארהניוס שימש כך שיתאים לחוק היווצרות הג'ל של הג'לים המורכבים הקרים והחמים ההפוכים בטווחי טמפרטורה שונים.

2. חלוקת הפאזה, מעבר שלב ותאימות של מערכת מורכבת HPMC/HPS נצפו על ידי טכנולוגיית ניתוח מיקרוסקופ אופטי לצביעה, ותכונות השקיפות-מכניות נקבעו על ידי שילוב של התכונות האופטיות והתכונות המכניות של סרטים מורכבים. הקשר בין מיקרו-מבנה לתכונות מקרוסקופיות כמו מורפולוגיה של פאזות שלב ומורפולוגיה של פאזות ריכוז-מכניות. זו הפעם הראשונה להתבונן ישירות בחוק השינוי של המורפולוגיה שלב של מערכת מורכבת זו עם יחס מורכב, טמפרטורה וריכוז, במיוחד תנאי מעבר הפאזה והשפעת מעבר פאזה על תכונות המערכת המורכבת.

3. המבנה הגבישי והמבנה האמורפי של ממברנות מורכבות עם תארים שונים של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל נבדקו על ידי SAXS, ומנגנון הג'לציה והשפעתם של ג'לים מורכבים נדונו בשילוב עם תוצאות רומולוגיות ותכונות מקרוסקופיות כגון חדירות חמצן של ממומרים מורכבים. גורמים וחוקים, נמצא לראשונה כי צמיגות המערכת המורכבת קשורה לצפיפות המבנה הדמיני העצמי בממברנה המורכבת, וקובעת ישירות את התכונות המקרוסקופיות כמו חדירות חמצן ותכונות מכניות של המרכיב ממברנה, ומבססת קשר בין תכונות ריאולוגיות-מיקרו-מבנה-ממברנה בין תכונות חומר.

3. אאוטלוק

בשנים האחרונות, פיתוח חומרי אריזת מזון בטוחים ואכילים המשתמשים בפולימרים טבעיים מתחדשים כחומרי גלם הפך לנקודה חמה מחקרית בתחום אריזות המזון. במאמר זה, פוליסכריד טבעי משמש כחומר הגלם העיקרי. על ידי הרכבה של HPMC ו- HPS, עלות חומרי הגלם מופחתת, משופרים את ביצועי העיבוד של HPMC בטמפרטורה נמוכה ומשופרים את ביצועי מחסום החמצן של הממברנה המורכבת. באמצעות השילוב של ניתוח ריאולוגי, נבדקו ניתוח מיקרוסקופ אופטי ומיקרו-מבנה מורכב וניתוח ביצועים מקיף, המורפולוגיה הפאזית, מעבר שלב, הפרדת פאזות ותאימות של מערכת מורכבת ג'ל הפוכה הקרה. הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה לתכונות מקרוסקופיות של המערכת המורכבת. על פי הקשר בין המאפיינים המקרוסקופיים והמבנה המיקרומורפולוגי של המערכת המורכבת HPMC/HPS, ניתן לשלוט על מבנה הפאזה והתאימות של המערכת המורכבת כדי לשלוט על החומר המורכב. למחקר במאמר זה יש משמעות מנחה חשובה לתהליך הייצור בפועל; נדונים מנגנון היווצרות, גורמים משפיעים וחוקים של ג'לים מורכבים הפוכים קרים וחמים, שהיא מערכת מורכבת דומה של ג'לים הפוכים קרים וחמים. המחקר של מאמר זה מספק מודל תיאורטי המספק הנחיות תיאורטיות לפיתוח ויישום של חומרים חכמים מבוקרים בטמפרטורה מיוחדים. לתוצאות המחקר של מאמר זה יש ערך תיאורטי טוב. המחקר של מאמר זה כולל צומת של מזון, חומר, ג'ל ומרכבים ותחומים אחרים. בשל הגבלת שיטות הזמן והמחקר, למחקר של נושא זה עדיין יש נקודות לא גמורים, שניתן להעמיק ולשפר מההיבטים הבאים. הרחב:

היבטים תיאורטיים:

1. כדי לחקור את ההשפעות של יחסי ענף שרשרת שונים, משקולות מולקולריות וזנים של HPs על התכונות הריאולוגיות, תכונות הממברנה, מורפולוגיית הפאזות ותאימות המערכת המורכבת, וכדי לחקור את חוק השפעתו על מנגנון היווצרות הג'ל של התרכובת מַעֲרֶכֶת.
2. בדקו את ההשפעות של תואר החלפת HPMC הידרוקסיפרופיל, תואר החלפת מטוקסיל, משקל מולקולרי ומקור על התכונות הריאולוגיות, תכונות הג'ל, תכונות הממברנה ותאימות המערכת של המערכת המורכבת, וניתחו את ההשפעה של שינוי כימי HPMC על עיבוי מורכב. Influence rule of gel formation mechanism.
3. ההשפעה של מלח, pH, פלסטייזר, חומר קישור צולב, חומר אנטיבקטריאלי ומערכות מורכבות אחרות על תכונות ריאולוגיות, תכונות ג'ל, מבנה ממברנה ותכונות וחוקיהם.

בַּקָשָׁה:

1. ערוך אופטימיזציה של הנוסחה ליישום האריזה של מנות תיבול, מנות ירקות ומרקים מוצקים, וחקר את אפקט השימור של תיבול, ירקות ומרקים במהלך תקופת האחסון, את התכונות המכניות של החומרים ואת השינויים בביצועי המוצר כאשר הם נתונים לכוחות חיצוניים ומסיסות מים ומדד היגייני של החומר. ניתן ליישם אותו גם על מזונות גרגירים כמו קפה ותה חלב, וכן אריזה אכילה של עוגות, גבינות, קינוחים ומזונות אחרים.
2. ביצעו אופטימיזציה של תכנון הנוסחה ליישום כמוסות צמח מרפא בוטני, חקרו עוד יותר את תנאי העיבוד ואת הבחירה האופטימלית של חומרי עזר והכינו מוצרי כמוסה חלולה. Physical and chemical indicators such as friability, disintegration time, heavy metal content, and microbial content were tested.
3. ליישום השמירה הטרי של פירות וירקות, מוצרי בשר וכו ', על פי שיטות העיבוד השונות של ריסוס, טבילה וצביעה, בחר את הנוסחה המתאימה ולחקור את קצב הפירות הרקוב, אובדן לחות, צריכת חומרים מזינים, קשיות של ירקות לאחר האריזה בתקופת האחסון, הברק וטעם ומדדים אחרים; הצבע, pH, ערך TVB-N, חומצה תיוברטורית ומספר המיקרואורגניזמים של מוצרי בשר לאחר האריזה.