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 עיבוד גרועים שלו בטמפרטורה נמוכה וצריכת אנרגיה גבוהה בייצור; בנוסף, מחיר חומר הגלם היקר שלה מגביל את היישום הרחב שלו כולל תחום התרופות. עמילן הידרוקסיפרופיל (HPS) הוא חומר אכיל בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה. יש לו מגוון רחב של מקורות ומחיר נמוך. זהו חומר אידיאלי להפחתת העלות של HPMC. יתר על כן, תכונות הג'ל הקר של HPS יכולות לאזן את הצמיגות ותכונות ריאולוגיות אחרות של HPMC. , כדי לשפר את ביצועי העיבוד שלו בטמפרטורה נמוכה. בנוסף, לסרט האכיל HPS תכונות מחסום חמצן מצוינות, כך שהוא יכול לשפר משמעותית את תכונות מחסום החמצן של סרט אכיל HPMC.

HPs נוספה ל- HPMC לצורך הרכבה, ומערכת תרכובת הג'ל של HPMC/HPS קרה וחמה של שלב הפוך נבנתה. 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. המאפיינים הראוולוגיים של מערכת התרכובות ויחס התרכובות תואמים את כלל הסכום הלוגריתמי, ומציגים מידה מסוימת של סטייה חיובית ושלילית, מה שמעיד על התאמה טובה של שני הרכיבים. 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 בסחורות המזון, אריזות מזון יכולות למנוע פגום במזון ומזוהמת על ידי גורמים חיצוניים בתהליך זרימת הדם והאחסון, ובכך להרחיב את חיי המדף ותקופת האחסון של המזון. 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 שדות הקשורים לאריזה.

הממברנה המורכבת HPMC/HPS הוכנה בשיטת יציקה. התאימות והפרדת הפאזות של המערכת המרוכבת נחקרו עוד על ידי מיקרוסקופיה אלקטרונית סריקה, ניתוח מאפיינים תרמו-מכניים דינמיים וניתוח תרמו-גרבימטרי, והמאפיינים המכניים של הממברנה המרוכבת נחקרו. וחדירות חמצן ותכונות ממברנה אחרות. The results show that no obvious two-phase interface is found in the SEM images of all composite films, there is only one glass transition point in the DMA results of most of the composite films, and only one thermal degradation peak appears in the DTG curves מרוב הסרטים המרוכבים. 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.

המורפולוגיה המיקרוסקופית, הפצת הפאזות, מעבר הפאזות ומבנים אחרים של מערכת תרכובת HPMC/HPS נחקרו על ידי ניתוח מיקרוסקופ אופטי פשוט לצביעה יוד, והשקיפות והתכונות המכניות של מערכת המתחם נחקרו על ידי ספקטרופוטומטר אולטרה סגול ובוחן מאפיינים מכניים. הקשר בין המבנה המורפולוגי המיקרוסקופי לביצועים המקיפים המקרוסקופיים של מערכת התרכובות HPMC/HPS נקבע. התוצאות מראות שמספר רב של מזופאזות קיים במערכת התרכובת, שיש לה תאימות טובה. ישנה נקודת מעבר פאזה במערכת התרכובת, ולנקודת מעבר פאזה זו יש יחס תרכובות מסוים ותלות בריכוז התמיסה. נקודת השקיפות הנמוכה ביותר של המערכת המורכבת עולה בקנה אחד עם נקודת מעבר הפאזה של HPMC משלב רציף לפאזה מפוזרת ונקודת המינימום של מודול המתיחה. מודול ה-Young וההתארכות בהפסקה ירדו עם עליית ריכוז התמיסה, שהיה לו קשר סיבתי עם המעבר של HPMC מהשלב הרציף לשלב המפוזר.

ריאומטר שימש כדי לחקור את ההשפעה של שינוי כימי של HPS על התכונות הריאולוגיות ותכונות הג'ל של מערכת תרכובות הג'ל HPMC/HPS קר וחם 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; הידרוקסיפרופילציה 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 המרוכבת בטמפרטורות גבוהות ונמוכות. גם השינוי הפתאומי בעקומת הצמיגות של המערכת המורכבת וגם שיא הדלתא השזוף בעקומת גורם האובדן מופיעים ב-45 מעלות צלזיוס, מה שמהדהד את תופעת הפאזה המשותפת שנצפתה בצילומי המיקרו-צלמי יוד ב-45 מעלות צלזיוס.

ההשפעה של שינוי כימי של HPS על המבנה הגבישי והמבנה המיקרו-חלוקה של הסרט המרוכב נחקרה על ידי טכנולוגיית פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה של סינכרוטרון, והתכונות המכניות, תכונות מחסום החמצן והיציבות התרמית של הסרט המרוכב היו. חקר באופן שיטתי את ההשפעה של שינויי מבנה כימיים של רכיבי תרכובת על המיקרו-מבנה והתכונות המקרוסקופיות של מערכות תרכובות. התוצאות של קרינת סינכרוטרון הראו שההידרוקסיפרופילציה של HPS ושיפור התאימות של שני הרכיבים יכולים לעכב באופן משמעותי את התגבשות מחדש של עמילן בממברנה ולקדם היווצרות של מבנה דומה עצמי רופף יותר בממברנה המרוכבת. המאפיינים המקרוסקופיים כגון תכונות מכניות, יציבות תרמית וחדירת חמצן של ממברנה מרוכבת HPMC/HPS קשורות קשר הדוק למבנה הגבישי הפנימי ולמבנה האזור האמורפי שלה. ההשפעה המשולבת של שתי ההשפעות.

פרק ראשון מבוא

כמרכיב חשוב בסחורות מזון, חומרי אריזת מזון יכולים להגן על המזון מפני נזקים פיזיים, כימיים וביולוגיים וזיהום במהלך המחזור 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 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. תחומים הקשורים לאריזה.

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, מצב המחקר והתקדמות היישום של חומרי סרט אכילים נסקרים בפירוט; מצב המחקר של הידרוג'לים טבעיים; המטרה והשיטה של ​​תרכובת פולימרים והתקדמות המחקר של תרכובת פוליסכרידים; שיטת המחקר הריאולוגי של מערכת קומבינציה; 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 מבנה שנוצר על ידי טיפול. 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 היסטוריית פיתוח של סרטי מאכל

ניתן לאתר את התפתחות הסרט האכיל למאות ה-12 וה-13. 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, האסיאתים כבר החלו לייצר סרט אכיל מחלב סויה, והשתמשו בו כדי להגן על המזון ולהגביר את מראה המזון [20]. במאה ה-16, הבריטים השתמשו בשומן לציפוי משטחי מזון כדי להפחית את אובדן הלחות של 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. בסוף המאה ה-19, סרטי ג'לטין מרוססים על פני השטח של מוצרי בשר ומזונות אחרים לשימור מזון. בתחילת שנות ה-50, שעוות קרנובה וכו' הופקו לאמולסיות 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, Yin Qinghong et al. 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, כוסות אפיית תירס לאריזות גלידה, נייר אורז דביק לאריזות ממתקים וקליפות טופו לתבשילי בשר הן אריזות אכילות אופייניות. אבל יישומים מסחריים של סרטים אכילים כמעט ולא היו קיימים בשנת 1967, ואפילו לשימור פירות מצופים בשעווה היה שימוש מסחרי מוגבל מאוד. עד 1986, כמה חברות החלו לספק מוצרי סרטים אכילים, ועד שנת 1996 גדל מספר חברות הסרטים למאכל ליותר מ-600. נכון לעכשיו, היישום של סרט אכיל בשימור אריזות מזון גדל והשיג הכנסה שנתית של יותר מ-100 מיליון דולר.

1.1.2 מאפיינים וסוגים של 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 ממרכיבי הסרט האכילים עצמם יש ערך תזונתי מיוחד ותפקוד שירותי בריאות; 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; edible film is safe and edible, and can be consumed together with food; 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 תכונות אחרות כמו מסיסות, צבע, שקיפות וכו'. ניתן לבחור חומרי אריזה מתאימים לסרט אכילה בהתאם לסביבות השימוש השונות ולהבדלים בחפצי 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) השכבה הדקה הנוצרת על פני המזון באמצעות ציפוי, טבילה וריסוס נקראת ציפוי. סרטים משמשים בעיקר למזונות עם מרכיבים שונים שצריך לארוז בנפרד (כמו מנות תיבול ומנות שמן במזון נוחות), אוכלים עם אותו מרכיב אך יש לארוז אותם בנפרד (כמו חבילות קטנות של קפה, אבקת חלב, 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.

על פי החומרים היוצרים הסרטים של סרט אריזה אכיל, ניתן לחלק אותו ל: סרט אכיל של פוליסכריד, סרט אכיל חלבון, סרט אכיל ליפיד, סרט אכיל מיקרוביאלי וסרט אכיל מורכב.

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. של בשר ומוצרי מים, ייצור מזון מהיר וייצור שמן. יש לו סיכויי יישום רחבים בשימור מזונות כמו סוכריות אפויות מטוגנות.

1.1.3.1 יישום באריזות 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; it is applied to the separate packaging of some components of multi-component complex foods to reduce the mutual migration between different components, thereby reducing the pollution to the environment. 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.

באמצעות תירס, פולי סויה וחיטה כחומרי הגלם העיקריים, ניתן להכין סרטי דגנים דמויי נייר ולהשתמש בהם לאריזת נקניקיות ומזונות אחרים. לאחר השימוש, גם אם הם מושלכים בסביבה הטבעית, הם מתכלים וניתן להפוך אותם לדשני אדמה כדי לשפר את האדמה. . Using starch, chitosan and bean dregs as the main materials, edible wrapping paper can be prepared for packaging fast food such as fast-food noodles and French fries, which is convenient, safe and very popular; 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. Dried avocado, potatoes, and broken rice are fermented and converted into polysaccharides, which can be used to prepare new edible inner packaging materials that are colorless and transparent, have good oxygen barrier properties and mechanical properties, and are used for the packaging of milk powder , שמן סלט ומוצרים אחרים [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.

Although few commercial edible packaging papers and bags are available, many patents have been registered on the formulation and application of potential edible packaging materials . 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 אכילים מקובלים יכולים לשמש כציפוי מיסוך 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 כנשא 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. ג'אנג ואחרים. 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. Oladzadabbasabadi 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 be used in the production of pharmaceutical capsules .

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, ושמור על 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.

1.1.3.4 יישום בעיבוד ושימור מוצרי בשר

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.

1.1.3.5 יישום בשימור מוצרים מימיים

הירידה האיכותית של מוצרים מימיים באה לידי ביטוי בעיקר בהפחתת הלחות החופשית, הידרדרות הטעם והידרדרות מרקם המוצר המים. הפירוק של מוצרים מימיים, חמצון, denaturation וצריכה יבשה הנגרמים כתוצאה מפלישה מיקרוביאלית 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 השפלה איכותית בתהליך, וזה רציני 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. coated rainbow trout with a gelatin edible film to which bay leaf essential oil was added, and studied the effect of refrigerated preservation at 4 °C. 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.

1.1.3.6 יישום במזון מטוגן

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%. הפחתה את צריכת הדלק ב -60%וכו '[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. The results showed that pectin and carboxyl The fried banana strips coated with methylcellulose showed better sensory quality, among which the pectin edible film had the best effect on reducing oil absorption [82]. Holownia et al. coated HPMC and MC films on the surface of fried chicken fillets to study the changes in oil consumption, free fatty acid content and color value in frying oil. 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 '. ציפה את פני השטח של טבעות דיונון מטוגנות בעמילן חיטה, עמילן תירס שונה, דקסטרין וגלוטן, מה שעלול לשפר את פריכות טבעות הדיונון ולהפחית את קצב ספיגת השמן [85].

1.1.3.7 יישום במוצרי מאפה

סרט אכיל יכול לשמש כציפוי חלק כדי לשפר את המראה של מאפים; יכול לשמש כמחסום ללחות, חמצן, שומן וכו' כדי לשפר את חיי המדף של מוצרי מאפה, לדוגמה, סרט אכיל צ'יטוסן משמש לציפוי לחם משטח זה יכול לשמש גם כדבק לחטיפים פריכים וחטיפים, לדוגמה, בוטנים קלויים מצופים לרוב בדבקים לציפוי מלח ותבלינים [87].

Christos et al. יצרו סרטים אכילים של נתרן אלגינט וחלבון מי גבינה וציפו אותם על פני הלחם הפרוביוטי לקטובצילוס רמנוסוס. המחקר הראה ששיעור ההישרדות של פרוביוטיקה השתפר באופן משמעותי, אך שני סוגי הלחם הראו כי מנגנוני העיכול דומים מאוד, כך שהציפוי של הסרט האכיל אינו משנה את המרקם, הטעם והתכונות התרמופיזיות של הלחם [88]. Panuwat et al. הוסיפו תמצית דומדמניות הודית למטריצת מתיל תאית כדי להכין סרט מרוכב אכיל, והשתמשו בה כדי לשמר את הטריות של אגוזי קשיו קלויים. התוצאות הראו כי הסרט האכיל המורכב יכול לעכב ביעילות קשיו קלוי במהלך האחסון. האיכות התדרדרה וחיי המדף של אגוזי קשיו קלויים הוארך עד 90 יום [89]. Schou et al. יצר סרט אכיל שקוף וגמיש עם נתרן קזינט וגליצרין, וחקר את תכונותיו המכניות, חדירות המים והשפעת האריזה שלו על פרוסות לחם אפויות. התוצאות הראו כי הסרט האכיל של נתרן קזינט עטף לחם אפוי. לאחר הלחם, ניתן להפחית את הקשיות שלו תוך 6 שעות מהאחסון בטמפרטורת החדר [90]. דו וחב'. השתמשו בסרט אכיל על בסיס תפוח ובסרט אכיל על בסיס עגבניות בתוספת שמנים אתריים צמחיים כדי לעטוף עוף צלוי, מה שלא רק עיכב את צמיחתם של מיקרואורגניזמים לפני צליית העוף, אלא גם הגביר את הטעם של 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 העפיפות החמצונית של האגוזים, לשפר את איכות האגוזים ולהאריך את חיי המדף שלהם [92]. מג'יד וחב'. used whey protein edible film to coat roasted peanuts, which can increase oxygen barrier, reduce peanut rancidity, improve roasted peanut brittleness, and prolong its storage period [93].

1.1.3.8 יישום במוצרי קונדיטוריה

לתעשיית הממתקים דרישות גבוהות לפיזור של רכיבים נדיפים, ולכן עבור שוקולד וסוכריות עם משטחים מלוטשים, יש צורך להשתמש בסרטים אכילים 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 סרטים אכילים של חלבון מי גבינה בקונדיטוריה יכול להפחית באופן משמעותי את הדיפוזיה של מרכיביו הנדיפים. כאשר משתמשים בשוקולד לעטוף מזונות שומניים כמו עוגיות וחמאת בוטנים, השמן נודד לשכבת השוקולד החיצונית, מה שהופך את השוקולד לדביק וגורם לתופעת "כפור הפוך", אך החומר הפנימי יתייבש, וכתוצאה מכך שינוי בטעמו. הוספת שכבה של חומר אריזה בסרט אכיל עם פונקציית מחסום שומן יכולה לפתור בעיה זו [94].

נלסון וחב'. השתמש בסרט אכיל מתיל-צלולוזה לציפוי סוכריות המכילות שומנים מרובים והראה חדירות שומנים נמוכה מאוד, ובכך מעכב את תופעת הציפוי בשוקולד [95]. מאיירס הניח סרט אכיל דו-שכבתי הידרוג'ל על מסטיק, מה שיכול לשפר את הידבקותו, להפחית את הנידוף המים ולהאריך את חיי המדף שלו [21]. מים שהוכנו על ידי Fadini et al. סרט מרוכב אכיל של חמאת קקאו דה-קולגן נחקר בשל תכונותיו המכניות וחדירותו למים, והוא שימש כציפוי למוצרי שוקולד עם תוצאות טובות [96].

1.1.4 סרטי מאכל מבוססי תאית

סרט אכיל מבוסס תאית הוא סוג של סרט אכיל העשוי מהתא השופע ביותר ונגזרותיו באופיו כחומרי הגלם העיקריים. סרט אכיל מבוסס תאית הוא חסר ריח וחסר טעם, ובעל חוזק מכני טוב, תכונות מחסום שמן, שקיפות, גמישות ותכונות מחסום גז טובות. עם זאת, בשל אופיו ההידרופילי של התאית, ההתנגדות של סרט אכיל מבוסס תאית היא ביצועי מים בדרך כלל ירודה יחסית [82, 97-99].

הסרט האכיל על בסיס תאית 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 משבלי שעועית כחומר הבסיס והוסיפו כמות מסוימת של מעבה להכנת סרט אכיל של סיבי סויה, בעל תכונות מכניות טובות ותכונות מחסום [100], המשמש בעיקר לאריזת תיבול אטריות מזון מהיר , נוח ומזין להמיס את אריזת החומר 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. חיי המדף של אפרסק הם 4.5 ימים [101]. Esmaeili et al. הכין סרט מאכל 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 סרט. 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. The emulsifier reduced the water-blocking properties of the composite membrane, but its mechanical properties did not decrease significantly; התוספת של Shellac שיפרה מאוד את היציבות התרמית של קרום HPMC, והשפעתו עלתה עם העלייה בריכוז Shellac [113].

1.1.5 סרטי מאכל מבוססי עמילן

Starch is a natural polymer for the preparation of edible films. It has the advantages of wide source, low price, biocompatibility and nutritional value, and is widely used in the food and pharmaceutical industries [114-117]. Recently, researches on pure starch edible films and starch-based edible composite films for food storage and preservation have emerged one after another [118]. High amylose starch and its hydroxypropylated modified starch are the main materials for the preparation of starch-based edible films [119]. The retrogradation of starch is the main reason for its ability to form a film. 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 על בסיס עמילן נוטות להזדקנות ולפירוק, והתכונות המכניות שלהן 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 ברובם קולואידים הידרופיליים, כמו פקטין, תאית, פוליסכריד אצות, צ'יטוסאן, קרינגן וסניטן 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. התוצאות הראו כי עמילן אפונה מילא תפקיד מרכזי בעובי הסרט, בצפיפות, לכידות, חדירות מים וכוח מתיחה. מסטיק גואר זה יכול להשפיע על חוזק המתיחה ועל המודולוס האלסטי של הממברנה, וגליצרול יכול לשפר את הגמישות של הממברנה [136]. ג'י ואח '. עמילן צ'יטוסאן ועמילן תירס מורכב, והוסיפו חלקיקי ננו-פחמתי של סידן להכנת סרט אנטיבקטריאלי מבוסס עמילן. 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

הידרוג'לים הם מחלקה של פולימרים הידרופיליים בעלי מבנה רשת תלת מימדי שאינם מסיסים במים אך יכולים להתנפח על ידי מים. מבחינה מקרוסקופית, להידרוג'ל יש צורה מוגדרת, אינו יכול לזרום והוא חומר מוצק. מבחינה מיקרוסקופית, מולקולות מסיסות במים יכולות להיות מופצות בצורות ובגדלים שונים בהידרוג'ל ולהתפזר בקצבי דיפוזיה שונים, כך שההידרוג'ל מציג תכונות של תמיסה. למבנה הפנימי של הידרוג'לים יש חוזק מוגבל והוא נהרס בקלות. הוא נמצא במצב בין מוצק לנוזל. It has a similar elasticity to a solid, and is clearly different from a real solid.

1.2.1 סקירה כללית של הידרוג'לים פולימריים

1.2.1.1 סיווג של הידרוג'לים פולימריים

הידרוג'ל פולימרי הוא מבנה רשת תלת מימדי שנוצר על ידי חיבור פיזי או כימי בין מולקולות פולימר [143-146]. הוא סופג כמות גדולה של מים במים כדי להתנפח בעצמו, ובמקביל הוא יכול לשמור על המבנה התלת מימדי שלו ולהיות בלתי מסיס במים. מַיִם.

ישנן דרכים רבות לסווג הידרוג'לים. בהתבסס על ההבדל בתכונות הצלבות, ניתן לחלק אותם לג'לים פיזיקליים וג'לים כימיים. ג'לים פיזיקליים נוצרים מקשרי מימן חלשים יחסית, קשרים יוניים, אינטראקציות הידרופוביות, כוחות ואן דר ואלס והסתבכות פיזית בין שרשראות מולקולריות פולימריות וכוחות פיזיקליים אחרים, וניתן להמירם לתמיסות בסביבות חיצוניות שונות. זה נקרא ג'ל הפיך; ג'ל כימי הוא בדרך כלל מבנה רשת תלת מימדי קבוע הנוצר על ידי קישור צולב של קשרים כימיים כגון קשרים קוולנטיים בנוכחות חום, אור, יוזם וכו'. לאחר יצירת הג'ל, הוא בלתי הפיך וקבוע, הידוע גם בשם עבור הקונדנסט האמיתי [147-149]. ג'לים פיזיים בדרך כלל אינם דורשים שינוי כימי ובעלי רעילות נמוכה, אך התכונות המכניות שלהם גרועות יחסית וקשה לעמוד בלחץ חיצוני גדול; לג'לים כימיים יש בדרך כלל יציבות ותכונות מכניות טובות יותר.

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.

בהתבסס על התנהגויות שונות של ג'ל, ניתן לחלק את ההידרוגלים לג'לים הנגרמים על ידי קר וג'לים הנגרמים על ידי תרמית [157]. ג'ל קר, המכונה ג'ל קר בקיצור, הוא מקרומולקולה הקיימת בצורה של סלילים אקראיים בטמפרטורה גבוהה. בתהליך הקירור, בשל פעולת קשרי מימן בין -מולקולריים, נוצרים בהדרגה שברים סליליים, ובכך משלימים את התהליך מהפתרון. 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. מחולקים בצורה שונה להידרוגלים מתכלים והידרוג'לים בלתי מתכלים.

1.2.1.2 יישום הידרוג'לים פולימריים טבעיים

הידרוג'לים פולימריים טבעיים הם בעלי מאפיינים של תאימות ביולוגית טובה, גמישות גבוהה, מקורות בשפע, רגישות לסביבה, אחזקת מים גבוהה ורעילות נמוכה, והם נמצאים בשימוש נרחב בביו-רפואה, עיבוד מזון, הגנת הסביבה, חקלאות וייצור יערות. בשימוש בתעשייה ובתחומים אחרים [142, 161-165].

יישום של הידרוג'לים פולימריים טבעיים בתחומים הקשורים לביו-רפואה. הידרוג'לים פולימריים טבעיים הם בעלי תאימות ביולוגית טובה, מתכלות ביולוגית וללא תופעות לוואי רעילות, כך שניתן להשתמש בהם כחבישות פצעים וליצור קשר ישיר עם רקמות אנושיות, מה שיכול להפחית ביעילות את פלישת מיקרואורגניזמים במבחנה, למנוע אובדן של נוזלי גוף ולאפשר חמצן לעבור דרכו. מקדם ריפוי פצעים; ניתן להשתמש להכנת עדשות מגע, עם היתרונות של שימוש נוח, חדירות חמצן טובה וטיפול עזר במחלות עיניים [166, 167]. פולימרים טבעיים דומים למבנה של רקמות חיות ויכולים להשתתף בחילוף החומרים התקין של גוף האדם, כך שניתן להשתמש בהידרוג'לים כאלה כחומרי פיגום להנדסת רקמות, תיקון סחוס להנדסת רקמות וכו'. ניתן לסווג פיגומים להנדסת רקמות לקדם- פיגומים מעוצבים ומעוצבים בהזרקה. Pre-molded stents utilize water the special three-dimensional network structure of the gel enables it to play a certain supporting role in biological tissues while providing a specific and sufficient growth space for cells, and can also induce cell growth, differentiation, and degradation and ספיגה על ידי גוף האדם [168]. סטנטים מעוצבים בהזרקה מנצלים את התנהגות מעבר הפאזות של הידרוג'לים כדי ליצור במהירות ג'לים לאחר הזרקה במצב תמיסה זורמת, מה שיכול למזער את הכאב של החולים [169]. כמה הידרוג'לים פולימריים טבעיים הם רגישים לסביבה, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב כחומרי שחרור מבוקר תרופות, כך שניתן לשחרר את התרופות הכלולות בהם לחלקים הנדרשים בגוף האדם בצורה מתוזמן וכמותית, תוך הפחתת הרעילים והצדדים. 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. במשקאות חלב, כחומר ג'לינג בפודינגים ובאספיטים, כחומר מבהיר ומייצב קצף בבירה, כמעכב סינרזיס בגבינה, כקלסר בנקניקיות, כמעכבי רטרו-סדירה עמילן משמשים בלחם ובחמאה [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]; ניתן להפוך את ההידרוגלים הפולימריים הטבעיים לציפויים או לסרטים אכילים או מתכלים, אותם ניתן להשתמש בשדה של חומרי אריזת מזון, כמו שימור פירות וירקות, על ידי ציפוים על פירות וירקות על פני השטח, הוא יכול להאריך את חיי המדף של פירות וירקות ושמור על פירות וירקות טריים ורכים; זה יכול לשמש גם כחומרי אריזה למזונות נוחות כמו נקניקיות ותבלינים כדי להקל על הניקוי [179, 180].

יישומים של הידרוג'לים פולימריים טבעיים בתחומים אחרים. In terms of daily necessities, it can be added to creamy skin care or cosmetics, which can not only prevent the product from drying out in storage, but also lasting moisturizing and moisturizing the skin; זה יכול לשמש לעיצוב, לחות ושחרור איטי של ניחוחות באיפור יופי; ניתן להשתמש בו בצרכים יומיומיים כגון מגבות נייר וחיתולים [181]. בחקלאות ניתן להשתמש בו כדי להתנגד לבצורת ולהגן על שתילים ולהפחית את עוצמת העבודה; as a coating agent for plant seeds, it can significantly increase the germination rate of seeds; בשימוש בהשתלת שתילים, זה יכול להגביר את שיעור ההישרדות של שתילים; חומרי הדברה, משפרים את הניצול ומפחיתים את הזיהום [182, 183]. מבחינת איכות הסביבה, הוא משמש כחומר קצף וסופח לטיפול בשפכים המכיל לרוב יוני מתכות כבדות, תרכובות ארומטיות וצבעים להגנה על משאבי המים ולשיפור הסביבה [184]. בתעשייה, הוא משמש כחומר מייבש, חומר סיכה לקידוח, חומר עטיפה בכבלים, חומר איטום וחומר אחסון קר וכו' [185].

1.2.2 תרמוג'ל מתיל צלולוז הידרוקסיפרופיל

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 האתר שלו

תאית היא פולימר ליניארי ארוך שרשרת שנוצר על ידי חיבור של יחידות מבניות D-anhydroglucose דרך קשרים גליקוזידיים β-1,4 [189-191]. לֹא מָסִיס. מלבד קבוצת קצה אחת בכל קצה של השרשרת המולקולרית, יש שלוש קבוצות הידרוקסיל קוטביות בכל יחידת גלוקוז, שיכולות ליצור מספר רב של קשרי מימן תוך מולקולריים ואינטרמולקולריים בתנאים מסוימים; ותאית היא מבנה פוליציקלי, והשרשרת המולקולרית קשיחה למחצה. שרשרת, גבישיות גבוהה ומבנה קבוע מאוד, ולכן יש לה מאפיינים של דרגת פילמור גבוהה, כיוון מולקולרי טוב ויציבות כימית [83, 187]. מכיוון ששרשרת התאית מכילה מספר רב של קבוצות הידרוקסיל, ניתן לשנות אותה כימית על ידי שיטות שונות כגון אסטריפיקציה, חמצון ואתריפיקציה לקבלת נגזרות תאית עם תכונות יישום מצוינות [192, 193].

נגזרות תאית הן אחד המוצרים המוקדמים ביותר שנחקרו ויוצרו בתחום הכימיה הפולימרית. מדובר בחומרים כימיים עדינים פולימריים עם מגוון רחב של שימושים, המשתנים כימית מתאי פולימר טבעי. 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.

It is the most widely used and used cellulose ether, which is soluble in water [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 אופייני לא-יוני מסיס במים. תגובת האתריפיקציה של מתיל כלוריד ופרופילן אוקסיד מתבצעת כדי לקבל [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 צלולוז

(1) תרמוגליות של HPMC

לשרשרת HPMC מאפייני הידרציה-התייבשות ייחודיים הודות להחדרת קבוצות הידרופוביות-מתיל והידרופיליות-הידרוקסיפרופיל. הוא עובר המרת ג'ל בהדרגה כאשר הוא מחומם, וחוזר למצב תמיסה לאחר קירור. כלומר, יש לו תכונות ג'ל המושרה תרמית, ותופעת הג'ל היא תהליך הפיך אך לא זהה.

לגבי מנגנון הג'ל של HPMC, מקובל על כך שבטמפרטורות נמוכות יותר (מתחת לטמפרטורת הג'ל), HPMC בתמיסה ומולקולות מים קוטביות נקשרות יחד בקשרי מימן ליצירת מה שנקרא מבנה על-מולקולרי דמוי "כלוב ציפורים". ישנן כמה הסתבכויות פשוטות בין השרשראות המולקולריות של ה-HPMC המולחלים, מלבד זאת, יש מעט אינטראקציות אחרות. כאשר הטמפרטורה עולה, HPMC סופג תחילה אנרגיה כדי לשבור את קשרי המימן הבין-מולקולריים בין מולקולות מים למולקולות HPMC, הורס את המבנה המולקולרי דמוי הכלוב, מאבד בהדרגה את המים הקשורים בשרשרת המולקולרית, וחושף קבוצות הידרוקסיפרופיל ומתוקסי. ככל שהטמפרטורה ממשיכה לעלות (כדי להגיע לטמפרטורת הג'ל), מולקולות HPMC יוצרות בהדרגה מבנה רשת תלת מימדי באמצעות אסוציאציה הידרופובי, ג'לי HPMC נוצרים בסופו של דבר [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 מוסיפים כמה מולקולות קטנות אורגניות כגון אלכוהולים חד-הידריים המכילים קבוצות הידרוקסיל, טמפרטורת הג'ל עולה עם העלייה בכמות התוספת, מציגה ערך מקסימלי ואז יורדת עד להפרדת פאזות [214, 215]. הדבר נובע בעיקר מהמשקל המולקולרי הקטן שלו, המשתווה לזה של מולקולות מים בסדר גודל, ויכול להשיג שילוב ברמה מולקולרית לאחר שילוב.

(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) סבילות למלח 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].

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 של צמיגות HPMC

HPMC is pseudoplastic, its solution is stable at room temperature, and its viscosity is affected by molecular weight, concentration and temperature. באותו ריכוז, ככל שהמשקל המולקולרי HPMC גבוה יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר; for the same molecular weight product, the higher the HPMC concentration, the higher the viscosity; the viscosity of the HPMC product decreases with the increase of temperature, and reaches the gel formation temperature, with a sudden increase in viscosity due to gelation [9, 219, 220].

(6) מאפיינים אחרים של HPMC

HPMC has strong resistance to enzymes, and its resistance to enzymes increases with the degree of substitution. Therefore, the product has a more stable quality during storage than other sugar products [189, 212]. HPMC has certain emulsifying properties. Hydrophobic methoxy groups can be adsorbed on the surface of the oil phase in the emulsion to form a thick adsorption layer, which can act as a protective layer; water-soluble hydroxyl groups can be combined with water to improve the continuous phase. 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].

1.2.2.4 בעיות קיימות ביישום של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה

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. מורכבים, ולכן מוצרי HPMC יקרים יותר.

שנית, הצמיגות הנמוכה ותכונות חוזק הג'ל הנמוך של HPMC בטמפרטורות נמוכות מקטינים את יכולת התהליך שלה ביישומים שונים. HPMC הוא ג'ל תרמי, הקיים במצב תמיסה עם צמיגות נמוכה מאוד בטמפרטורה נמוכה, ויכול ליצור ג'ל דמוי מוצק צמיג בטמפרטורה גבוהה, ולכן תהליכי עיבוד כגון ציפוי, ריסוס וטבילה חייבים להתבצע בטמפרטורה גבוהה . אחרת, הפיתרון יזרום בקלות, וכתוצאה מכך היווצרות של חומר סרטים שאינו אחיד, אשר ישפיע על איכות המוצר וביצועיו. Such high temperature operation increases the difficulty coefficient of operation, resulting in high production energy consumption and high production cost.

עמילן הוא תרכובת פולימר טבעית המסונתזת על ידי פוטוסינתזה של צמחים בסביבה הטבעית. הפוליסכרידים המרכיבים אותו מאוחסנים בדרך כלל בזרעים ובפקעות של צמחים 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 מקורו הרחב, המחיר הנמוך, הירוק, הטבעי והמתחדש, נעשה בו שימוש נרחב בתעשיות מזון ורפואה, תסיסה, ייצור נייר, טקסטיל ונפט [223].

1.2.3.1 עמילן ונגזרותיו

עמילן הוא פולימר גבוה טבעי שיחידת המבנית שלו היא יחידת α-D-anhydroglucose. Different units are connected by glycosidic bonds, and its molecular formula is (C6H10O5) n. A part of the molecular chain in starch granules is connected by α-1,4 glycosidic bonds, which is linear amylose; another part of the molecular chain is connected by α-1,6 glycosidic bonds on this basis, which is branched amylopectin [224]. In starch granules, there are crystalline regions in which molecules are arranged in an orderly arrangement and amorphous regions in which molecules are arranged disorderly. הרכב חלק. There is no clear boundary between the crystalline region and the amorphous region, and amylopectin molecules can pass through multiple crystalline regions and amorphous regions. בהתבסס על האופי הטבעי של סינתזת העמילן, מבנה הפוליסכריד בעמילן משתנה עם מיני צמחים ואתרי מקור [225].

Although starch has become one of the important raw materials for industrial production due to its wide source and renewable properties, native starch generally has disadvantages such as poor water solubility and film-forming properties, low emulsifying and gelling abilities, and insufficient stability. To expand its application range, starch is usually physicochemically modified to adapt it to different application requirements [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 השינוי, כמה מאפיינים של עמילן מקומי שופרו במידה רבה, תוך התגברות על פגמי השימוש של עמילן מקומי, ולכן עמילן שונה ממלא תפקיד מרכזי בתעשייה הנוכחית [226]. עמילן מחומצן הוא אחד העמילנים המותאמים הנפוצים ביותר עם טכנולוגיה בוגרת יחסית. בהשוואה לעמילן מקומי, קל יותר לג'לטין עמילן מחומצן. יתרונות של הידבקות גבוהה. עמילן מאסטרי הוא נגזרת עמילן שנוצרת על ידי אסטריפיקציה של קבוצות הידרוקסיל במולקולות עמילן. דרגת החלפה נמוכה מאוד יכולה לשנות באופן משמעותי את התכונות של עמילן מקומי. תכונות השקיפות ויצירת הסרט של משחת עמילן השתפרו ללא ספק. עמילן מאתרי הוא תגובת האתריפיקציה של קבוצות הידרוקסיל במולקולות עמילן ליצירת אתר רב עמילן, והרטרוגרדציה שלו נחלשת. בתנאים הבסיסיים החזקים שלא ניתן להשתמש בעמילן מחומצן ובעמילן מאסטרי, גם קשר האתר יכול להישאר יציב יחסית. מועד להידרוליזה. עמילן שעבר שינוי חומצה, העמילן מטופל בחומצה כדי להגדיל את תכולת העמילוז, וכתוצאה מכך שיפור של רטרוגרדציה ומשחת עמילן. It is relatively transparent and forms a solid gel upon cooling [114].

1.2.3.2 מבנה עמילן הידרוקסיפרופיל

במהלך סינתזה של HPs, בנוסף להגיב עם עמילן ליצירת עמילן הידרוקסיפרופיל, תחמוצת פרופילן יכולה גם להגיב עם העמילן ההידרוקסיפרופיל שנוצר לייצור שרשראות צד פוליוקסיפרופיל. degree of substitution. Degree of substitution (DS) refers to the average number of substituted hydroxyl groups per glucosyl group. מרבית קבוצות הגלוקוזיל של העמילן מכילות 3 קבוצות הידרוקסיל שניתן להחליף, כך שה- DS המרבי הוא 3. מידת ההחלפה הטוחנת (MS) מתייחסת למסה הממוצעת של תחליפים לכל שומה של קבוצת הגלוקוזיל [223, 229]. The process conditions of the hydroxypropylation reaction, the starch granule morphology, and the ratio of amylose to amylopectin in the native starch all affect the size of the MS.

(1) ג'לציה קר של HP

עבור משחת העמילן החמה HPS, במיוחד המערכת עם תכולת עמילוז גבוהה, במהלך תהליך הקירור, השרשראות המולקולריות של העמילוז במשחת העמילן מסתבכות זו בזו ויוצרות מבנה רשת תלת מימדי, ומציגות התנהגות ברורה כמו מוצק. הוא הופך לאלסטומר, יוצר ג'ל, ויכול לחזור למצב תמיסה לאחר חימום מחדש, כלומר, יש לו תכונות ג'ל קר, ולתופעת ג'ל זו 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

הכנסת קבוצות הידרופיליות הידרופיליות מחלישה את חוזק קשרי המימן בין מולקולות עמילן, מקדמת את התנועה של מולקולות עמילן או מקטעים ומפחיתה את טמפרטורת ההיתוך של מיקרו-גבישים עמילן; המבנה של גרגירי עמילן משתנה, ופני השטח של גרגירי עמילן מחוספסים ככל שהטמפרטורה עולה, מופיעים כמה סדקים או חורים, כך שמולקולות מים יכולות להיכנס בקלות לפנים של גרגירי העמילן, מה שהופך את העמילן לקל יותר להתנפח ולהג'לטין, אז טמפרטורת הג'לטינציה של העמילן יורדת. ככל שדרגת ההחלפה עולה, טמפרטורת הג'לטינציה של עמילן הידרוקסיפרופיל יורדת, ולבסוף הוא יכול להתנפח במים קרים. לאחר הידרוקסיפרופילציה, כושר הזרימה, יציבות הטמפרטורה הנמוכה, השקיפות, המסיסות ותכונות יצירת הסרט של משחות עמילן שופרו [233-235].

(3) יציבות של HPS

HPS הוא אתר עמילן לא יוני עם יציבות גבוהה. במהלך תגובות כימיות כגון הידרוליזה, חמצון והצלבה, קשר האתר לא יתפרק והתחליפים לא ייפלו. לכן, המאפיינים של HPS מושפעים פחות יחסית מאלקטרוליטים ו-pH, מה שמבטיח שניתן להשתמש בו במגוון רחב של חומצה-בסיס pH [236-238].

1.2.3.4 יישום HPS בתחום המזון והרפואה

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

ניתן להשתמש בו במזונות נוחות ובמזונות קפואים כגון משקאות, גלידה וריבות; זה יכול להחליף חלקית מסטיקים אכילים במחיר גבוה כמו ג'לטין; ניתן להפוך אותו לסרטים אכילים ומשמש כציפויי אוכל ואריזה [229, 236].

HPS נפוץ בשימוש בתחום הרפואה כחומרי מילוי, קלסרים לגידולי מרפא, חומרי פירוק לטבליות, חומרים לקפסולות פרמצבטיות רכות וקשות, ציפויים לתרופות, חומרים נוגדי עיבוי לכדוריות דם אדומות מלאכותיות ומעבי פלזמה וכו' [239] .

1.3 תרכובת פולימר

חומרי פולימר נמצאים בשימוש נרחב בכל תחומי החיים והם חומרים חיוניים וחשובים. הפיתוח המתמשך של המדע והטכנולוגיה הופך את הדרישות של אנשים למגוונות יותר ויותר, ובדרך כלל קשה לחומרים פולימרים חד-רכיביים לעמוד בדרישות היישום המגוונות של בני אדם. שילוב של שני פולימרים או יותר היא השיטה החסכונית והיעילה ביותר להשגת חומרים פולימריים עם מחיר נמוך, ביצועים מעולים, עיבוד נוח ויישום רחב, שמשכה את תשומת לבם של חוקרים רבים וזכתה לתשומת לב רבה יותר [240-242] .

1.3.1 מטרה ושיטה של ​​תרכובת פולימרים

המטרה העיקרית של הרכבה פולימרית: (l) לייעל את התכונות המקיפות של חומרים. פולימרים שונים מורכבים, כך שהתרכובת הסופית שומרת על התכונות המצוינות של מקרומולקולה בודדת, לומדת מהחוזקות של זו ומשלימה את חולשותיה, ומייעלת את התכונות המקיפות של חומרים פולימריים. (2) להפחית את עלות החומר. כמה חומרים פולימריים יש תכונות מצוינות, אבל הם יקרים. לפיכך, הם יכולים להיות מורכבים עם פולימרים זולים אחרים כדי להפחית עלויות מבלי להשפיע על השימוש. (3) שיפור תכונות עיבוד החומר. 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) לפתח 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. The two components are stirred and blended by using a common solvent, or the dissolved different polymer solutions are stirred evenly, and then the solvent is removed to obtain a polymer compound. (3) הרכבת תחליב. After stirring and mixing different polymer emulsions of the same emulsifier type, a coagulant is added to co-precipitate the polymer to obtain a polymer compound. (4) קופולימרזציה והרכבה. כולל קופולימרזציה של שתל, קופולימרזציה של בלוק וקופולימרזציה תגובית, תהליך ההרכבה מלווה בתגובה כימית. (5) רשת אינטר -נפט [10].

1.3.2 שילוב של פוליסכרידים טבעיים

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 ה-80 של המאה ה-20, המחקר על השילוב של פוליסכרידים טבעיים שונים גדל באופן משמעותי [243]. המחקר על מערכת תרכובות הפוליסכרידים הטבעיות בארץ ובחו"ל מתמקד ברובו במערכת התרכובות של קורדלן ולא קורדלן ובמערכת התרכובות של שני סוגים של פוליסכריד לא גרגרי.

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 יכולה להשיג ג'ל רק בטמפרטורה גבוהה, כגון גלוקומנן.

(3) תמיסת הפוליסכריד יכולה לא רק להשיג ג'ל בטמפרטורה נמוכה יותר, אלא גם להשיג ג'ל בטמפרטורה גבוהה יותר, אלא להציג מצב תמיסה 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 ומהמשקל המולקולרי של התמיסה, ובאופן כללי, חוזק הג'ל עולה ככל שהריכוז עולה [245].

1.3.2.2 מערכת מורכבת של קורדלן ולא קורדלן

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. תרכו קרגנין ומסטיק קונג'אק, ודנו במבנה הג'ל לאחר ההרכבה. המחקר מצא כי לאחר שילוב של מסטיק קרגנין וקונג'אק, נוצר אפקט סינרגטי, ונוצר מבנה רשת שנשלט על ידי קרגינן, מסטיק קונג'אק מתפזר בו, ורשת הג'ל שלו צפופה יותר מזו של קרגינן 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]. נישינרי ואח'. 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]. ברנר וחב'. 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].

1.3.2.2 שתי מערכות מורכבות שאינן קורדלן

שני פוליסכרידים טבעיים שאין להם תכונות ג'ל יכולים להפגין תכונות ג'ל באמצעות תרכובת, וכתוצאה מכך תוצרי ג'ל [250]. שילוב של מסטיק שעועית לוקוס עם מסטיק קסנטן מייצר אפקט סינרגטי הגורם להיווצרות ג'לים חדשים [251]. ניתן להשיג מוצר ג'ל חדש גם על ידי הוספת מסטיק קסנטן לקונג'אק גלוקומנן לתרכובת [252]. Wei Yanxia et al. חקר את התכונות הריאולוגיות של הקומפלקס של מסטיק שעועית ארבה ומסטיק קסנטן. התוצאות מראות שהתרכובת של מסטיק שעועית ארבה ומסטיק קסנטן מייצרת אפקט סינרגטי. כאשר יחס נפח התרכובת הוא 4:6, האפקט הסינרגי החזק ביותר [253]. Fitzsimons et al. קונג'אק גלוקומנן מורכב עם מסטיק קסנטן בטמפרטורת החדר ומתחת לחימום. התוצאות הראו שכל התרכובות הראו תכונות ג'ל, המשקפות את ההשפעה הסינרגטית בין השניים. טמפרטורת ההרכבה והמצב המבני של קסנתן מסטיק לא השפיעו על האינטראקציה בין השניים [254]. Guo Shoujun ואחרים חקרו את התערובת המקורית של מסטיק שעועית צואת חזירים ומסטיק קסנטן, והתוצאות הראו כי למסטיק צואת חזירים יש השפעה סינרגטית חזקה. יחס ההרכבה האופטימלי של מסטיק שעועית צואת חזירים ודבק תרכובת מסטיק קסנטן הוא 6/4 (במשקל משקל). זה פי 102 מהתמיסה הבודדת של מסטיק סויה, והג'ל נוצר כאשר ריכוז המסטיק המורכב מגיע ל-0.4%. לדבק המורכב יש צמיגות גבוהה, יציבות טובה ותכונות ריאולוגיות, ומהווה מאכל מעולה לחניכיים [255].

1.3.3 תאימות של חומרים מרוכבים פולימרים

תאימות, מנקודת מבט תרמודינמית, מתייחסת להשגת תאימות ברמה מולקולרית, המכונה גם מסיסות הדדית. על פי תיאוריית המודל של פלורי-האגינס, שינוי האנרגיה החופשית של מערכת התרכובת הפולימרית במהלך תהליך ההרכבה תואם את נוסחת האנרגיה החופשית של גיבס:

△���=△���—TS (1-1)

ביניהם, △���היא האנרגיה החופשית המורכבת, △���הוא החום המורכב, הוא האנטרופיה המורכבת; היא הטמפרטורה המוחלטת; המערכת המורכבת היא מערכת תואמת רק כאשר האנרגיה החופשית משתנה △���במהלך התהליך המורכב [256].

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.

בשונה מתאימות תרמודינמית, תאימות כללית מתייחסת ליכולת של כל רכיב במערכת המורכבת להתאים 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. מערכת תואמת לחלוטין פירושה שהתרכובת אינה ניתנת לטיפול תרמודינמי ברמה המולקולרית; 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. השוואה בין ה-T���של המתחם עם ה-T���ממרכיביו, אם רק T אחד���מופיע במתחם, המערכת המורכבת היא מערכת תואמת; אם יש שני T���, והשניים T���עמדות המתחם הן בשתי הקבוצות באמצע הנקודות���מציין שהמערכת המורכבת היא מערכת תואמת חלקית; אם יש שני T���, והם ממוקמים במיקומים של שני הרכיבים T���, זה מצביע על כך שהמערכת המורכבת היא מערכת לא תואמת.

T���מכשירי הבדיקה המשמשים לעתים קרובות בשיטת ההשוואה הם מנתח תרמו-מכני דינמי (DMA) וקלורית סריקה דיפרנציאלית (DSC). שיטה זו יכולה לשפוט במהירות את התאימות של המערכת המורכבת, אך אם ה-T���משני הרכיבים דומה, T בודדת���יופיע גם לאחר חיבור, ולכן לשיטה זו יש חסרונות מסוימים [10].

(2) שיטת תצפית מורפולוגית. ראשית, התבונן במורפולוגיה המקרוסקופית של התרכובת. אם לתרכובת יש הפרדת פאזות ברורה, ניתן לשפוט מראש שמערכת המתחם היא מערכת לא תואמת. שנית, המורפולוגיה המיקרוסקופית ומבנה השלב של התרכובת נצפים במיקרוסקופ. שני הרכיבים התואמים לחלוטין יהוו מצב הומוגני. לכן, התרכובת עם תאימות טובה יכולה לראות פיזור פאזה אחיד וגודל חלקיקי פאזה מפוזר קטן. וממשק מטושטש.

מכשירי הבדיקה המשמשים לעתים קרובות בשיטת התצפית בטופוגרפיה הם מיקרוסקופ אופטי ומיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM). שיטת התצפית הטופוגרפית יכולה לשמש כשיטת עזר בשילוב שיטות אפיון אחרות.

(3) Transparency method. 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 טמפרטורת לחץ גזירה משמשת כסימן להפרדת פאזה. 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 זו מזו בטמפרטורות שונות ואינה יכולה ליצור עקומה ראשית, המערכת המורכבת אינה תואמת או תואמת חלקית. לכן, ניתן לשפוט את התאימות של המערכת המורכבת לפי ההפרדה של 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 זה קשר ליניארי, זה אומר שהמערכת המורכבת תואמת לחלוטין; אם זה קשר לא ליניארי, זה אומר שהמערכת המורכבת תואמת חלקית; אם זו עקומה בצורת S, אז זה 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. הקיזוז של רצועות הקבוצה האופייניות של המתחם וכל רכיב יכול לשפוט את התאימות של 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 שילוב של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה וחומרים אחרים

תרכובות של HPMC וחומרים אחרים משמשים בעיקר במערכות שחרור מבוקרות של תרופות וחומרי אריזה אכילים או מתכלים. ביישום של שחרור מבוקר תרופות, הפולימרים המורכבים לעתים קרובות עם HPMC כוללים פולימרים סינתטיים כגון אלכוהול פוליוויניל (PVA), קופולימר חומצה חלבית-גליקולית (PLGA) ופוליקאפרולקטון (PCL), כמו גם חלבונים, פולימרים טבעיים כגון פוליסכרידים. עבדל-זאהר ואח '. חקרו את ההרכב המבני, היציבות התרמית והקשר שלהם עם הביצועים של חומרים מרוכבים של HPMC/PVA, והתוצאות הראו שקיימת תערובת מסוימת בנוכחות שני הפולימרים [259]. Zabihi et al. השתמשו בקומפלקס HPMC/PLGA להכנת מיקרוקפסולות לשחרור מבוקר ומתמשך של אינסולין, שיכול להשיג שחרור ממושך בקיבה ובמעי [260]. Javed et al. הרכיבו HPMC הידרופילי ו-PCL הידרופובי והשתמשו בקומפלקסים של HPMC/PCL כחומרי מיקרו-קפסולות לשחרור מבוקר וממושך של תרופות, שניתן לשחרר בחלקים שונים בגוף האדם על ידי התאמת יחס ההרכבה [261]. דינג וחב'. חקר את המאפיינים הראוולוגיים כגון צמיגות, ויסקואלסטיות דינמית, התאוששות זחילה ותיקסוטרופיה של קומפלקסים HPMC/קולגן המשמשים בתחום של שחרור מבוקר של תרופות, תוך מתן הדרכה תיאורטית ליישומים תעשייתיים [262]. Arthanari, Cai and Rai et al. [263-265] הקומפלקסים של HPMC ופוליסכרידים כגון chitosan, xanthan gum ונתרן אלגינט יושמו בתהליך של שחרור מושהה של חיסון ותרופה, והתוצאות הראו אפקט שחרור תרופות שניתן לשליטה [263-265].

בפיתוח של חומרי אריזה אכילים או מתכלים, הפולימרים המורכבים לרוב עם HPMC הם בעיקר פולימרים טבעיים כגון שומנים, חלבונים ופוליסכרידים. Karaca, Fagundes ו-Contreras-Oliva et al. הכינו ממברנות מרוכבות אכילות עם קומפלקסים של HPMC/ליפידים, והשתמשו בהן 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 רכיבים של סרטים מרוכבים אכילים שהוכנו מ-HPMC, חלבון משי, בידוד חלבון מי גבינה וקולגן, בהתאמה [269-271]. Esteghlal et al. ניסוח HPMC עם ג'לטין להכנת סרטים אכילים לשימוש בחומרי אריזה מבוססי ביו [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ו-Ortega-Toro et al. הכינו סרטים מרוכבים למאכל HPMC/chitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/אתיל תאית ו-HPMC/עמילן, בהתאמה, וחקרו את היציבות התרמית שלהם, תכונות מכניות, מיקרו-מבנה ותכונות אנטיבקטריאליות [139, 272-274]. תרכובת HPMC/PLA יכולה לשמש גם כחומר אריזה לסחורות מזון, בדרך כלל בשיחול [275].

בפיתוח של חומרי אריזה אכילים או מתכלים, הפולימרים המורכבים לרוב עם HPMC הם בעיקר פולימרים טבעיים כגון שומנים, חלבונים ופוליסכרידים. Karaca, Fagundes ו-Contreras-Oliva et al. הכינו ממברנות מרוכבות אכילות עם קומפלקסים של HPMC/ליפידים, והשתמשו בהן 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 רכיבים של סרטים מרוכבים אכילים שהוכנו מ-HPMC, חלבון משי, בידוד חלבון מי גבינה וקולגן, בהתאמה [269-271]. Esteghlal et al. ניסוח HPMC עם ג'לטין להכנת סרטים אכילים לשימוש בחומרי אריזה מבוססי ביו [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ו-Ortega-Toro et al. הכינו סרטים מרוכבים למאכל HPMC/chitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/אתיל תאית ו-HPMC/עמילן, בהתאמה, וחקרו את היציבות התרמית שלהם, תכונות מכניות, מיקרו-מבנה ותכונות אנטיבקטריאליות [139, 272-274]. תרכובת HPMC/PLA יכולה לשמש גם כחומר אריזה לסחורות מזון, בדרך כלל בשיחול [275].

1.3.4.2 הרכבה 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. חקר את המבנה והתכונות של מרוכבים עמילן/PLA והאינטראקציה בין השניים, והתוצאות הראו כי האינטראקציה בין השניים הייתה חלשה והתכונות המכניות של המרכיבים היו גרועות [277]. Correa, Komur and Diaz-Gomez et al. חקר את התכונות המכניות, התכונות הריאולוגיות, תכונות הג'ל והתאימות של שני המרכיבים של מתחמי עמילן/PCL, אשר הוחלו על פיתוח חומרים מתכלים, חומרים ביו-רפואיים וחומרי פיגום הנדסית 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]. Hydrophobic aliphatic polyester is thermodynamically incompatible with hydrophilic starch, and various compatibilizers and additives are usually added to improve the phase interface between starch and polyester. Szadkowska, Ferri, and Li et al. חקר את ההשפעות של פלסטייזרים מבוססי סילנול, שמן פשתן אנדהידריד מאלי, ונגזרות שמן צמחי פונקציונלי על מבנה ותכונותיהם של מתחמי 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 נעשו יותר ויותר מחקרים על שילוב של עמילן עם פולימרים טבעיים כמו חלבונים, פוליסכרידים ושומנים. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen ו-Zhang et al חקרו את התכונות הפיזיקליות-כימיות של עמילן/זאין, עמילן/חלבון מי גבינה ועמילן/ג'לטין, בהתאמה, והתוצאות השיגו תוצאות טובות, שניתן ליישם על חומרים ביולוגיים וקפסולות של מזון [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon and Ren et al. למד את העברת האור, התכונות המכניות, התכונות האנטי-בקטריאליות וריכוז הצ'יטוזן של סרטים מרוכבים של עמילן/צ'יטוזן, בהתאמה, והוסיפו תמציות טבעיות, פוליפנולים לתה וחומרים אנטיבקטריאליים טבעיים אחרים כדי לשפר את ההשפעה האנטיבקטריאלית של הסרט המרוכב. תוצאות המחקר מראות שלסרט המורכב של עמילן/צ'יטוזן יש פוטנציאל גדול באריזה אקטיבית של מזון ותרופות [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis, and Zhang et al. חקר את המאפיינים של ננו-גבישים של עמילן/צלולוזה, עמילן/קרבוקסי-מתיל-צלולוזה, עמילן/מתיל-צלולוזה וסרטים מרוכבים של עמילן/הידרוקסיפרופיל-מתיל-צלולוז, בהתאמה, ואת היישומים העיקריים בחומרי אריזה אכילים/מתכלים [293-295]. Dafe, Jumaidin ולסקומבס וחב'. חקר תרכובות מסטיק של עמילן/מזון כמו עמילן/פקטין, עמילן/אגר ועמילן/קרגנין, המשמשים בעיקר בתחום אריזות המזון והמזון [296-298]. התכונות הפיזיקליות-כימיות של קומפלקסים של עמילן טפיוקה/שמן תירס, עמילן/ליפידים נחקרו על ידי Perez, De et al., בעיקר כדי להנחות את תהליך הייצור של מזונות שחולצו [299, 300].

1.3.4.3 שילוב של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה ועמילן

כיום, אין הרבה מחקרים על מערכת התרכובות של HPMC ועמילן בבית ומחוץ, ורובם מוסיפים כמות קטנה של HPMC לתוך מטריצת העמילן כדי לשפר את תופעת ההזדקנות של עמילן. חימנז ואחרים. השתמש ב- HPMC כדי להפחית את הזדקנות העמילן הילידי כדי לשפר את החדירות של ממברנות העמילן. התוצאות הראו שתוספת HPMC הפחיתה את הזדקנות העמילן והגדילה את הגמישות של הממברנה המרוכבת. חדירות החמצן של הממברנה המרוכבת גדלה באופן משמעותי, אך הביצועים עמיד למים לא. כמה השתנה [301]. Villacres, Basch et al. הרכיבו עמילן HPMC וטפיוקה להכנת חומרי אריזה של סרט מרוכב HPMC/עמילן, וחקר את השפעת הפלסטית של גליצרין על הסרט המרוכב וההשפעות של אשלגן סורבט וניסין על התכונות האנטי-בקטריאליות של הסרט המרוכב. התוצאות מראה כי עם העלייה בתכולת HPMC, מודול האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המרוכב גדלים, ההתארכות בהפסקה פוחתת, ולחדירות אדי המים יש השפעה מועטה; אשלגן סורבט וניסין יכולים שניהם לשפר את הסרט המרוכב. ההשפעה האנטיבקטריאלית של שני חומרים אנטיבקטריאליים טובה יותר כאשר משתמשים בהם יחד [112, 302]. Ortega-Toro et al. חקר את המאפיינים של ממברנות מורכבות לחמות HPMC/עמילן, ובחן את ההשפעה של חומצת לימון על תכונות הממברנות המורכבות. התוצאות הראו ש- HPMC התפזר בשלב העמילן הרציף, וגם לחומצת לימון וגם ל- HPMC הייתה השפעה על הזדקנות העמילן. עד מידה מסוימת של עיכוב [139]. Ayorinde et al. השתמשו בסרט מרוכב של HPMC/עמילן לציפוי אמלודיפין דרך הפה, והתוצאות הראו שזמן הפירוק וקצב השחרור של הסרט המרוכב היו טובים מאוד [303].

ג'או מינג ואחרים. חקרו את ההשפעה של עמילן על קצב החזקת המים של סרטי HPMC, והתוצאות הראו שלעמילן ול-HPMC הייתה השפעה סינרגטית מסוימת, שהביאה לעלייה כוללת בשיעור החזקת המים [304]. ג'אנג ואחרים. חקר את תכונות הסרט של תרכובת HPMC/HPS ואת התכונות הריאולוגיות של הפיתרון. התוצאות מראות כי למערכת המורכבת של HPMC/HPS יש תאימות מסוימת, ביצועי הממברנה המורכבת טובה, ולתכונות הריאולוגיות של HPS ל- HPMC יש אפקט איזון טוב [305, 306]. ישנם מעט מחקרים על מערכת תרכובות HPMC/עמילן עם תכולת HPMC גבוהה, ורובם במחקר ביצועים רדוד, והמחקר התיאורטי על מערכת התרכובות חסר יחסית, במיוחד הג'ל של HPMC/HPS קר-חום הפוך -ג'ל מורכב שלב. מחקרים מכאניסטיים עדיין במצב ריק.

1.4 ריאולוגיה של קומפלקסים פולימרים

בתהליך עיבוד חומרים פולימריים, זרימה ודפורמציה תתרחש בהכרח, והריולוגיה היא המדע החוקר את חוקי הזרימה והדפורמציה של חומרים [307]. זרימה היא תכונה של חומרים נוזליים, בעוד דפורמציה היא תכונה של חומרים מוצקים (גבישיים). השוואה כללית של זרימת נוזל ועיוות מוצק היא כדלקמן:

ביישומים תעשייתיים מעשיים של חומרים פולימריים, הצמיגות והצמיגות שלהם קובעות את ביצועי העיבוד שלהם. בתהליך העיבוד והדפוס, עם שינוי קצב הגזירה, הצמיגות של חומרי פולימר עשויה להיות בעוצמה גדולה של מספר סדרי גודל. שנה [308]. תכונות ריאולוגיות כמו צמיגות ודילול גזירה משפיעות ישירות על בקרת השאיבה, הזילוף, הפיזור והריסוס במהלך עיבוד חומרים פולימריים, והן התכונות החשובות ביותר של חומרים פולימריים.

1.4.1 ויסקו אלסטיות של פולימרים

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

הפתרון המימי הטבעי של הפוליסכריד נקרא גם הידרוסול. בתמיסה המדוללת, מקרומולקולות הפוליסכריד הן בצורת סלילים המופרדים זה מזה. כאשר הריכוז עולה לערך מסוים, הסלילים המקרומולקולריים חודרים זה לזה וחופפים זה לזה. הערך נקרא הריכוז הקריטי [311]. מתחת לריכוז הקריטי, צמיגות התמיסה נמוכה יחסית, והיא אינה מושפעת מקצב הגזירה, מה שמראה התנהגות נוזל ניוטוני; כאשר הריכוז הקריטי מגיע, המקרומולקולות שנעות במקור בבידוד מתחילות להסתבך אחת עם השנייה, וצמיגות התמיסה עולה משמעותית. הגדלה [312]; בעוד כאשר הריכוז עולה על הריכוז הקריטי, נצפה דילול גזירה והתמיסה מציגה התנהגות נוזל לא 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 האלסטיות של המערכת, ואילו מודול ההפסד מתאים לצמיגות המערכת [311]. בתמיסות מדוללות, אין הסתבכות בין מולקולות, ולכן על פני טווח רחב של תדרים, G′ קטן בהרבה מ-G″, והראה תלות חזקה בתדר. מכיוון ש-G′ ו-G″ פרופורציונליים לתדר ω ולריבוע שלו, בהתאמה, כאשר התדר גבוה יותר, G′ > G″. כאשר הריכוז גבוה מהריכוז הקריטי, ל-G′ ו″ עדיין יש תלות בתדר. כאשר התדר נמוך יותר, G′ < G″, והתדר עולה בהדרגה, השניים יעברו, ויהפכו ל-G′ > באזור התדר הגבוה G".

הנקודה הקריטית בה הופך הידרוסול פוליסכריד טבעי לג'ל נקודת הג'ל. ישנן הגדרות רבות של נקודת ג'ל, והנפוץ ביותר הוא ההגדרה של ויסקו אלסטיות דינמית בריאולוגיה. כאשר מודול האחסון G′ של המערכת שווה למודול ההפסד G″, זוהי נקודת הג'ל, ויצירת ג'ל G′ > G″ [312, 313].

כמה מולקולות פוליסכריד טבעיות יוצרות אסוציאציות חלשות, ומבנה הג'ל שלהן נהרס בקלות, ו-G' גדול מעט מ-G", מראה על תלות בתדירות נמוכה יותר; 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 תרכובת פולימרית תואמת לחלוטין, התרכובת היא מערכת הומוגנית, והוויסקואלסטיות שלה היא בדרך כלל סכום המאפיינים של פולימר יחיד, וניתן לתאר את הוויסקואלסטיות שלו על ידי כללים אמפיריים פשוטים [314]. התרגול הוכיח שהמערכת ההומוגנית אינה תורמת לשיפור התכונות המכניות שלה. On the contrary, some complex systems with phase-separated structures have excellent performance [315].

התאימות של מערכת תרכובת תואמת חלקית תושפע מגורמים כמו יחס תרכובות מערכת, קצב גזירה, טמפרטורה ומבנה הרכיבים, מראה תאימות או הפרדת פאזות, והמעבר מתאימות להפרדת פאזות הוא בלתי נמנע. 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 הפאזות, ההתנהגות הריאולוגית שונה לחלוטין מהאזור ההומוגני ומורכבת ביותר.

להבנת התכונות הריאולוגיות של מערכת ההרכבה בריכוזים שונים, יחסי חיבור, קצבי גזירה, טמפרטורות וכו' יש משמעות רבה לבחירה נכונה של טכנולוגיית עיבוד, עיצוב רציונלי של נוסחאות, בקרה קפדנית על איכות המוצר והפחתה מתאימה של הייצור. צריכת אנרגיה. [309]. לדוגמה, עבור חומרים רגישים לטמפרטורה, ניתן לשנות את צמיגות החומר על ידי התאמת הטמפרטורה. ולשפר את ביצועי העיבוד; להבין את אזור דילול הגזירה של החומר, לבחור את קצב הגזירה המתאים כדי לשלוט בביצועי העיבוד של החומר ולשפר את יעילות הייצור.

1.4.3 גורמים המשפיעים על התכונות הריאולוגיות של התרכובת

1.4.3.1 הרכב

המאפיינים הפיזיקליים והכימיים והמבנה הפנימי של מערכת המתחם הם שיקוף מקיף של התרומות המשולבות של התכונות של כל רכיב ושל האינטראקציה בין המרכיבים. לכן, לתכונות הפיזיקליות והכימיות של כל רכיב עצמו יש תפקיד מכריע במערכת התרכובת. מידת התאימות בין פולימרים שונים משתנה מאוד, חלקם מאוד תואמים, וחלקם כמעט בלתי תואמים לחלוטין.

1.4.3.2 היחס בין מערכת מורכבת

הצמיגות והתכונות המכניות של מערכת התרכובות הפולימריות ישתנו באופן משמעותי עם השינוי ביחס התרכובות. הסיבה לכך היא שיחס התרכובות קובע את התרומה של כל רכיב למערכת המתחם, ומשפיע גם על כל רכיב. אינטראקציה וחלוקת פאזות. Xie Yajie et al. חקרו את הצמיגות של התרכובת עלתה באופן משמעותי עם העלייה בתכולת תאית הידרוקסיפרופיל [318]. Zhang Yayuan et al. חקר את המכלול של מסטיק קסנטן ועמילן תירס ומצא שכאשר היחס בין מסטיק קסנטן היה 10%, מקדם העקביות, מתח התפוקה ואינדקס הנוזלים של המערכת המורכבת עלו באופן משמעותי. Obviously [319].

1.4.3.3 שיעור גזירה

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 העלייה בקצב הגזירה [308, 320]. ניתן לחלק באופן גס את עקומת הזרימה של נוזל פולימר לשלושה אזורים: אזור ניוטוני גזירה נמוכה, אזור דילול גזירה ואזור יציבות גזירה גבוהה. כאשר קצב הגזירה שואף לאפס, הלחץ והמתח הופכים ללינארים, והתנהגות הזרימה של הנוזל דומה לזו של נוזל ניוטוני. בשלב זה, הצמיגות שואפת לערך מסוים, הנקרא צמיגות אפס גזירה η0. η0 משקף את זמן הרפיה המרבי של החומר ומהווה פרמטר חשוב של חומרים פולימריים, הקשור למשקל המולקולרי הממוצע של הפולימר ולאנרגיית ההפעלה של זרימה צמיגה. באזור דילול הגזירה, הצמיגות יורדת בהדרגה עם העלייה בקצב הגזירה, ומתרחשת תופעת "דילול הגזירה". אזור זה הוא אזור זרימה טיפוסי בעיבוד חומרים פולימריים. באזור יציבות הגזירה הגבוהה, ככל שקצב הגזירה ממשיך לעלות, הצמיגות נוטה לקבוע אחר, צמיגות הגזירה האינסופית η∞, אך לרוב קשה להגיע לאזור זה.

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 חומרים פולימריים, התנועה של שרשראות מולקולריות מתבצעת במקטעים; ככל שהטמפרטורה עולה, הנפח החופשי גדל, והתנגדות הזרימה של המקטעים יורדת, כך שהצמיגות יורדת. עם זאת, עבור פולימרים מסוימים, ככל שהטמפרטורה עולה, נוצר קשר הידרופובי בין השרשראות, כך שהצמיגות גדלה במקום זאת.

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

1.5 משמעות המחקר, מטרת המחקר ותוכן המחקר של נושא זה

1.5.1 משמעות מחקרית

למרות ש- HPMC הוא חומר בטוח ואכיל בשימוש נרחב בתחום המזון והרפואה, יש לו תכונות טובות של יצירת סרט, פיזור, עיבוי ומייצוב. לסרט HPMC יש גם שקיפות טובה, תכונות מחסום שמן ותכונות מכניות. עם זאת, מחירו הגבוה (כ-100,000 לטון) מגביל את היישום הרחב שלו, אפילו ביישומים פרמצבטיים בעלי ערך גבוה יותר כמו כמוסות. בנוסף, HPMC הוא ג'ל המושרה תרמית, הקיים במצב תמיסה עם צמיגות נמוכה בטמפרטורה נמוכה, ויכול ליצור ג'ל דמוי מוצק צמיג בטמפרטורה גבוהה, ולכן תהליכי עיבוד כגון ציפוי, ריסוס וטבילה חייבים. החוצה בטמפרטורה גבוהה, וכתוצאה מכך צריכת אנרגיה גבוהה בייצור ועלות ייצור גבוהה. תכונות כמו צמיגות נמוכה יותר וחוזק ג'ל של HPMC בטמפרטורות נמוכות מפחיתות את יכולת העיבוד של HPMC ביישומים רבים.

לעומת זאת, HPS הוא חומר אכיל זול (כ-20,000/טון) שנמצא בשימוש נרחב גם בתחום המזון והרפואה. The reason why HPMC is so expensive is that the raw material cellulose used to prepare HPMC is more expensive than the raw material starch used to prepare HPS. בנוסף, HPMC מושתל עם שני תחליפים, הידרוקסיפרופיל ומתוקסי. 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, ולהפחית 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. לכן, הוספת HPS ל- HPMC יכולה להפחית את טמפרטורת הג'ל של HPMC ולהגדיל את הצמיגות שלו בטמפרטורה נמוכה. וחוזק ג'ל, שיפור יכולת העיבוד שלו בטמפרטורות נמוכות. יתר על כן, לסרט אכיל HPS יש תכונות מחסום חמצן טובות, כך שהוספת HPS לתוך HPMC יכולה לשפר את תכונות מחסום החמצן של סרט אכיל.

לסיכום, השילוב של HPMC ו-HPS: ראשית, יש לו משמעות תיאורטית חשובה. HPMC הוא ג'ל חם, ו-HPS הוא ג'ל קר. על ידי שילוב של השניים, יש תיאורטית נקודת מעבר בין ג'לים חמים לקרים. הקמת מערכת תרכובת ג'ל קרה וחמה HPMC/HPS ומחקר המנגנונים שלה יכולים לספק דרך חדשה למחקר של סוג זה של מערכת תרכובות ג'ל קר וחם הפוך, הנחיה תיאורטית מבוססת. שנית, זה יכול להפחית את עלויות הייצור ולשפר את רווחי המוצר. באמצעות השילוב של HPS ו- HPMC, ניתן להוזיל את עלות הייצור מבחינת חומרי גלם וצריכת אנרגיית ייצור, ולשפר מאוד את רווח המוצר. שלישית, זה יכול לשפר את ביצועי העיבוד ולהרחיב את היישום. תוספת של HPS יכולה להגביר את הריכוז וחוזק 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 המרוכב האכיל של HPMC/HPS, ניתן לשפר את תכונות מחסום החמצן של הסרט האכיל.

התאימות של מערכת התרכובת הפולימרית יכולה לקבוע ישירות את המורפולוגיה המיקרוסקופית ואת המאפיינים המקיפים של התרכובת, ובמיוחד את המאפיינים המכניים. לכן, חשוב מאוד ללמוד את התאימות של מערכת התרכובת HPMC/HPS. גם HPMC וגם HPS הם פוליסכרידים הידרופיליים עם אותה יחידה מבנית-גלוקוז ומשונות על ידי אותה קבוצה פונקציונלית הידרוקסיפרופיל, מה שמשפר מאוד את התאימות של מערכת התרכובות 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 קשורים זה בזה. מצד אחד, להתנהגות הריאולוגית במהלך העיבוד תהיה השפעה רבה על המבנה המורפולוגי של המערכת; מצד שני, ההתנהגות הריאולוגית של המערכת יכולה לשקף במדויק את השינויים במבנה המורפולוגי של המערכת. לכן, ישנה משמעות רבה לחקור את המאפיינים הראוולוגיים של מערכת תרכובות HPMC/HPS להנחיית ייצור, עיבוד ובקרת איכות.

המאפיינים המקרוסקופיים כגון מבנה מורפולוגי, תאימות וריאולוגיה של מערכת תרכובת ג'ל קר וחם HPMC/HPS הינן דינמיות, ומושפעות מסדרה של גורמים כגון ריכוז התמיסה, יחס ההרכבה, קצב הגזירה והטמפרטורה. ניתן לווסת את הקשר בין המבנה המורפולוגי המיקרוסקופי למאפיינים המקרוסקופיים של המערכת המרוכבת על ידי שליטה במבנה המורפולוגי ובתאימות של המערכת המרוכבת.

1.5.2 מטרת מחקר

נבנתה מערכת תרכובת ג'ל הפוך-פאזית קרה וחמה של HPMC/HPS, התכונות הריאולוגיות שלה נחקרו, ונחקרו השפעות המבנה הפיזי והכימי של הרכיבים, יחס ההרכבה ותנאי העיבוד על התכונות הריאולוגיות של המערכת. הסרט המרוכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, ונחקרו המאפיינים המקרוסקופיים כגון תכונות מכניות, חדירות אוויר ותכונות אופטיות של הסרט, ונחקרו הגורמים והחוקים המשפיעים. למד באופן שיטתי את מעבר הפאזות, התאימות והפרדת הפאזות של מערכת קומפלקס ג'ל הפוך-פאזות קר וחם HPMC/HPS, חקור את הגורמים והמנגנונים המשפיעים שלה, ובסס את הקשר בין מבנה מורפולוגי מיקרוסקופי ותכונות מקרוסקופיות. המבנה המורפולוגי והתאימות של המערכת המרוכבת משמשים לשליטה במאפיינים של חומרים מרוכבים.

1.5.3 תוכן מחקר

על מנת להשיג את מטרת המחקר הצפויה, מאמר זה יבצע את המחקרים הבאים:

(1) בנו את מערכת תרכובת הג'ל ה-HPS קרה וחמה עם שלב הפוך, והשתמש ב-Rheometer כדי לחקור את התכונות הריאולוגיות של תמיסת התרכובת, במיוחד את ההשפעות של ריכוז, יחס תרכובת וקצב גזירה על הצמיגות והזרימה של המערכת המורכבת. נבדקו ההשפעה והחוק של תכונות ריאולוגיות כמו Thixotropy ו- Thixotropy, ומנגנון היווצרותו של ג'ל מורכב וקור וחם נבדק מראש.

(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; בודק המאפיינים המכאניים שימש לחקור את המאפיינים המובנים של כל רכיב, הרכב הסרט המרוכב. השפעת היחס והלחות היחסית הסביבתית על התכונות המכניות של הסרט המרוכב; השימוש בבודק קצב העברת החמצן וספקטרופוטומטר UV-vis כדי לחקור את ההשפעות של המאפיינים המובנים של הרכיבים ויחס המתחם על תכונות העברת החמצן והאור של הסרט המורכב את ההתאמה והפרדת הפאזות של הקור HPMC/HPS- מערכת מרוכבת ג'ל הפוכה חמה נחקרה על ידי מיקרוסקופיה אלקטרונית סריקה, ניתוח תרמו-גרבימטרי וניתוח תרמו-מכני דינמי.

(3) הקשר בין המורפולוגיה המיקרוסקופית למאפיינים המכניים של מערכת מרוכבת ג'ל הפוך HPMC/HPS קר-חם הוקם. הסרט המרוכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, והשפעת ריכוז התרכובת ויחס התרכובות על התפלגות הפאזות ומעבר הפאזות של המדגם נחקרה במיקרוסקופ אופטי ובשיטת צביעת יוד; נקבע כלל ההשפעה של ריכוז התרכובות ויחס התרכובות על התכונות המכניות ותכונות העברת האור של הדגימות. נחקר הקשר בין המיקרו-מבנה והמאפיינים המכניים של מערכת מרוכבת ג'ל הפוך HPMC/HPS קר-חם.

(4) השפעות של דרגת החלפת HPS על תכונות ריאולוגיות ותכונות ג'ל של מערכת מרוכבת ג'ל של HPMC/HPS קר-חם הפוכה. ההשפעות של דרגת החלפת HPS, קצב הגזירה והטמפרטורה על הצמיגות ותכונות ריאולוגיות אחרות של מערכת התרכובת, כמו גם נקודת המעבר בג'ל, תלות בתדר מודול ותכונות ג'ל אחרות וחוקיהן נחקרו באמצעות ריאומטר. התפלגות הפאזות תלויות הטמפרטורה ומעבר הפאזות של הדגימות נחקרו על ידי צביעת יוד, ותואר מנגנון הג'ל של מערכת קומפלקס ג'ל HPMC/HPS קר-חם הפוך-פאזתי.

(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 המרוכב האכיל של HPMC/HPS הוכן, וההשפעה של דרגת החלפת HPS הידרוקסיפרופיל על מבנה הגביש ומבנה המיקרו-דומיין של הסרט המרוכב נחקרה על ידי טכנולוגיית פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה של סינכרוטרון. חוק ההשפעה של דרגת החלפת HPS הידרוקסיפרופיל על התכונות המכניות של קרום מרוכב נחקר על ידי בודק מאפיינים מכניים; 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 תרכובות HPMC/HPS

ניתן להכין סרטי אכיל מבוססי פולימרים טבעיים בשיטה רטובה יחסית יחסית [321]. ראשית, הפולימר מומס או מתפזר בשלב הנוזל כדי להכין נוזל יוצר סרט אכיל או תרחיף יוצר סרט, ולאחר מכן מרוכז על ידי הסרת הממס. כאן, הפעולה מתבצעת לרוב על ידי ייבוש בטמפרטורה מעט גבוהה יותר. תהליך זה משמש בדרך כלל לייצור סרטים אכילים ארוזים מראש, או לציפוי של המוצר ישירות בתמיסה יוצרת סרט על ידי טבילה, הברשה או ריסוס. העיצוב של עיבוד סרט אכיל מצריך רכישת נתונים ריאולוגיים מדויקים של הנוזל יוצר הסרט, שיש לו משמעות רבה עבור בקרת איכות המוצר של סרטי אריזה וציפויים אכילים [322].

HPMC הוא דבק תרמי, היוצר ג'ל בטמפרטורה גבוהה ונמצא במצב תמיסה בטמפרטורה נמוכה. תכונת הג'ל התרמי הזו הופכת את הצמיגות שלו בטמפרטורה נמוכה לנמוכה מאוד, מה שלא תורם לתהליכי הייצור הספציפיים כמו טבילה, הברשה וטבילה. פעולה, וכתוצאה מכך יכולת עיבוד לקויה בטמפרטורות נמוכות. לעומת זאת, HPS הוא ג'ל קר, מצב ג'ל צמיג בטמפרטורה נמוכה ובטמפרטורה גבוהה. מצב תמיסה עם צמיגות נמוכה. לכן, באמצעות השילוב של השניים, ניתן לאזן את התכונות הריאולוגיות של HPMC כגון 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 ההוספה משמש לדיון מקדים בתאימות של המערכת המורכבת.

2.2 שיטה נסיונית

2.2.1 הכנת תמיסת תרכובת HPMC/HPS

תחילה שקלו את האבקה היבשה של HPMC ו-HPS, וערבבו לפי ריכוז של 15% (w/w) ויחסים שונים של 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10; לאחר מכן הוסף 70 מעלות צלזיוס במים C, ערבוב במהירות במשך 30 דקות במהירות של 120 סל"ד לדקה לפיזור מלא של HPMC; לאחר מכן מחממים את התמיסה למעל 95 מעלות צלזיוס, מערבבים במהירות במשך שעה אחת באותה מהירות כדי לג'לטין לחלוטין את HPS; הג'לטיניזציה הושלמה לאחר מכן, הטמפרטורה של התמיסה הופחתה במהירות ל 70 מעלות צלזיוס, וה- HPMC מומס במלואו על ידי ערבוב במהירות איטית של 80 סל"ד/דקה למשך 40 דקות. (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 הראוולוגי

ה-Rheometer הסיבוב מצויד בזוג מהדקים מקבילים למעלה ולמטה, וניתן לממש זרימת גזירה פשוטה באמצעות התנועה היחסית בין המהדקים. ניתן לבדוק את הריאומטר במצב צעד, מצב זרימה ומצב תנודה: במצב צעד, הריאומטר יכול להפעיל לחץ חולף על המדגם, המשמש בעיקר לבדיקת התגובה האופיינית החולפת וזמן המצב היציב של המדגם. הערכה ותגובה ויסקו אלסטית כגון הרפיית מתח, זחילה והתאוששות; במצב זרימה, ה-Rheometer יכול להפעיל לחץ ליניארי על המדגם, המשמש בעיקר לבדיקת התלות של צמיגות המדגם בקצב הגזירה והתלות של הצמיגות בטמפרטורה ובתיקסוטרופיה; במצב תנודה, ה-Rheometer יכול ליצור מתח נדנוד מתחלף סינוסואידי, המשמש בעיקר לקביעת האזור הויסקו-אלסטי הליניארי, הערכת יציבות תרמית וטמפרטורת ג'לציה של המדגם.

2.2.2.2 שיטת בדיקת מצב זרימה

נעשה שימוש במתקן צלחות מקביל בקוטר 40 מ"מ, ומרווח הצלחת נקבע ל-0.5 מ"מ.

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

2. הצמיגות משתנה בהתאם לקצב הגזירה. טמפרטורת בדיקה 25 מעלות צלזיוס, קצב גזירה 800 s-1, זמן גזירה קדם 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;

λהוא זמן ההרפיה, s;

n הוא מדד דילול הגזירה;

3. שיטת בדיקת טיקוטרופיה תלת-שלבית. טמפרטורת הבדיקה היא 25 מעלות צלזיוס, א. השלב הנייח, קצב הגזירה הוא 1 s-1, וזמן הבדיקה הוא 50 s; ב. שלב הגזירה, קצב הגזירה הוא 1000 s-1, וזמן הבדיקה הוא 20 s; ג. תהליך התאוששות המבנה, קצב הגזירה הוא 1 s-1, וזמן הבדיקה הוא 250 s.

בתהליך של התאוששות המבנה, דרגת ההתאוששות של המבנה לאחר זמן התאוששות שונה מתבטאת בקצב ההתאוששות של הצמיגות:

Dsr = ŋt ⁄ ŋ╳100%

ביניהם,ŋt היא הצמיגות בזמן ההתאוששות המבני ts, Pa s;

hŋהוא הצמיגות בסוף השלב הראשון, הרשות הפלסטינית.

2.3 תוצאות ודיון

2.3.1 השפעת זמן הגזירה על התכונות הריאולוגיות של מערכת התרכובת

בקצב גזירה קבוע, הצמיגות הנראית עשויה להראות מגמות שונות עם הגדלת זמן הגזירה. איור 2-1 מציג עקומה טיפוסית של צמיגות מול זמן במערכת תרכובת HPMC/HPS. ניתן לראות מהאיור שעם הארכת זמן הגזירה, הצמיגות הנראית יורדת ברציפות. כאשר זמן הגזירה מגיע לכ-500 שניות, הצמיגות מגיעה למצב יציב, מה שמעיד על כך שלצמיגות המערכת המורכבת בגזירה במהירות גבוהה יש ערך מסוים. תלות הזמן של, כלומר, thixotropy מוצגת בתוך טווח זמן מסוים.

לכן, כאשר לומדים את חוק הווריאציה של הצמיגות של מערכת התרכובת עם קצב הגזירה, לפני בדיקת הגזירה האמיתית במצב יציב, נדרשת תקופה מסוימת של גזירה מוקדמת במהירות גבוהה כדי לבטל את השפעת התיקסוטרופיה על מערכת התרכובת. . לפיכך, מתקבל חוק השונות בצמיגות 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 מערכת התרכובות

באופן כללי, הצמיגות של תמיסות פולימר עולה עם העלייה בריכוז התמיסה. איור 2-2 מציג את השפעת הריכוז על התלות בקצב הגזירה של הצמיגות של ניסוחי HPMC/HPS. From the figure, we can see that at the same shear rate, the viscosity of the compound system increases gradually with the increase of the solution concentration. הצמיגות של תמיסות תרכובות HPMC/HPS בריכוזים שונים ירדה בהדרגה עם העלייה בקצב הגזירה, מה שמראה תופעה ברורה של דילול גזירה, שהצביעה על כך שתמיסות התרכובות בריכוזים שונים שייכות לנוזלים פסאודופלסטיים. עם זאת, התלות בקצב הגזירה של הצמיגות הראתה מגמה שונה עם השינוי בריכוז התמיסה. כאשר ריכוז התמיסה נמוך, תופעת דילול הגזירה של התמיסה המרוכבת קטנה; עם עליית ריכוז התמיסה, התופעה הדלילה של הגזירה של הפיתרון המורכב ברורה יותר.

עקומות קצב צמיגות הגזירה של מערכת התרכובת בריכוזים שונים הותאמו על ידי מודל Carren, וצמיגות הגזירה האפסית של תמיסת התרכובת הועלתה (0.9960 < R₂ < 0.9997). ניתן ללמוד עוד יותר את השפעת הריכוז על צמיגות התמיסה על ידי לימוד הקשר בין צמיגות גזירה אפסית לריכוז. From Figure 2-3, it can be seen that the relationship between the zero-shear viscosity and concentration of the compound solution follows a power law:

כאשר k ו-m הם קבועים.

בקואורדינטה הלוגריתמית הכפולה, בהתאם לגודל השיפוע m, ניתן לראות שהתלות בריכוז מציגה שתי מגמות שונות. לפי תיאוריית דיו-אדוארס, בריכוז נמוך השיפוע גבוה יותר (m = 11.9, R2 = 0.9942), השייך לתמיסה מדוללת; בעוד שבריכוז גבוה, השיפוע נמוך יחסית (m = 2.8, R2 = 0.9822), השייך לתמיסה מרוכזת. לכן, ניתן לקבוע שהריכוז הקריטי C* של מערכת המתחם הוא 8% דרך החיבור של שני אזורים אלה. על פי הקשר המשותף בין מצבים וריכוזים שונים של פולימרים בתמיסה, מוצע מודל המצב המולקולרי של מערכת תרכובות HPMC/HPS בתמיסה בטמפרטורה נמוכה, כפי שמוצג באיור 2-3.

HPS הוא ג'ל קר, זהו מצב ג'ל בטמפרטורה נמוכה, וזהו מצב תמיסה בטמפרטורה גבוהה. בטמפרטורת הבדיקה (25 מעלות צלזיוס), HPS הוא מצב ג'ל, כפי שמוצג באזור הרשת הכחול באיור; להיפך, HPMC הוא ג'ל חם, בטמפרטורת הבדיקה, הוא נמצא במצב תמיסה, כפי שמוצג במולקולת הקו האדום.

בתמיסה המדוללת של C < C*, השרשראות המולקולריות של HPMC קיימות בעיקר כמבני שרשרת עצמאיים, והנפח הבלתי נכלל גורם לשרשראות להיפרד זו מזו; יתרה מכך, שלב הג'ל של HPS מקיים אינטראקציה עם כמה מולקולות HPMC ליצירת שלם. הצורה והשרשרות המולקולריות העצמאיות של HPMC קיימות בנפרד זו מזו, כפי שמוצג באיור 2-2א.

עם הריכוז הגובר, המרחק בין השרשראות המולקולריות העצמאיות לאזורי הפאזה פחת בהדרגה. כאשר הריכוז הקריטי C* מגיע, מולקולות ה-HPS המקיימות אינטראקציה עם שלב הג'ל של HPS עולות בהדרגה, והשרשרות המולקולריות העצמאיות של HPMC מתחילות להתחבר זו לזו, ויוצרות את שלב ה-HPS כמרכז הג'ל, והשרשרות המולקולריות של HPMC שזורות זו בזו. ומחוברים אחד עם השני. 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 הנוזלים של מערכת התרכובת

חוק הכוח של Ostwald-de Waele (ראה נוסחה (2-1)) משמש כדי להתאים את עקומות מתח הגזירה וקצב הגזירה (לא מוצגים בטקסט) של המערכת המורכבת עם ריכוזים שונים, ומדד הזרימה n ומקדם צמיגות ניתן להשיג k. , תוצאת ההתאמה 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

מעריך הזרימה של נוזל ניוטוני הוא n = 1, מעריך הזרימה של נוזל פסאודו-פלסטי הוא n < 1, וככל ש-n סוטה מ-1, כך הפסאודו-פלסטיות של הנוזל חזקה יותר, ומעריך הזרימה של נוזל מרחיב הוא n > 1. ניתן לראות מטבלה 2-1 שערכי n של תמיסות התרכובות בריכוזים שונים כולם פחות מ-1, מה שמצביע על כך שתמיסות התרכובות הן כולן נוזלים פסאודופלסטיים. בריכוזים נמוכים, ערך n של התמיסה המשוחזרת קרוב ל-0, מה שמעיד על כך שתמיסת התרכובת בריכוז נמוך קרובה לנוזל ניוטוני, מכיוון שבתמיסת התרכובת בריכוז נמוך, שרשראות הפולימרים מתקיימות ללא תלות זו בזו. עם העלייה בריכוז התמיסה, ערך n של מערכת התרכובת ירד בהדרגה, מה שהצביע על כך שהעלייה בריכוז הגברה את ההתנהגות הפסאודופלסטית של תמיסה התרכובת. Interactions such as entanglement occurred between and with the HPS phase, and its flow behavior was closer to that of polymer melts.

בריכוז נמוך, מקדם הצמיגות K של מערכת המתחם קטן (C < 8%, K < 1 Pa·sn), ועם עליית הריכוז, ערך K של מערכת התרכובת עולה בהדרגה, מה שמעיד על כך שהצמיגות של מערכת התרכובת ירדה, מה שעולה בקנה אחד עם תלות הריכוז של צמיגות גזירה אפסית.

2.3.3 השפעת יחס ההרכבה על המאפיינים הראוולוגיים 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 אינדקס התנהגות זרימה (n) ואינדקס עקביות הנוזל (K) של תמיסת HPS/HPMC עם יחס תערובת שונים ב-25 מעלות

איורים 2-4 מציגים את ההשפעה של יחס ההרכבה על התלות בקצב הגזירה של צמיגות תמיסת התרכובת HPMC/HPS. ניתן לראות מהאיור כי הצמיגות של מערכת התרכובת עם תכולת HPS נמוכה (HPS < 20%) אינה משתנה באופן מהותי עם העלייה בקצב הגזירה, בעיקר בגלל שבמערכת התרכובת עם תכולת HPS נמוכה, HPMC במצב תמיסה. בטמפרטורה נמוכה הוא השלב הרציף; הצמיגות של מערכת התרכובת עם תכולת HPS גבוהה יורדת בהדרגה עם העלייה בקצב הגזירה, מה שמראה תופעה ברורה של דילול גזירה, מה שמצביע על כך שתמיסת התרכובת 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.

שימוש בחוק הכוח של Ostwald-de Waele (ראה נוסחה (2-1)) כדי להתאים את עקומות קצב גז הגזירה (לא מוצגות בטקסט) של המערכות המורכבות עם יחסי תרכובת שונים, מעריך הזרימה n ומקדם הצמיגות K, התוצאות המתאימות מוצגות בטבלה 2-2. ניתן לראות מהטבלה כי 0.9869 < R2 < 0.9999, תוצאת ההתאמה 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 ה-Zhang היא תוצאה של הפעולה המשולבת של thixotropy וקצב גזירה; ההפרדה בין שתי השיטות הללו תידון בפירוט בפרק 5.

2.3.3.1 השפעת יחס ההרכבה על צמיגות הגזירה אפסית של מערכת ההרכבה

הקשר בין התכונות הריאולוגיות של מערכת התרכובת הפולימר ההומוגנית לבין התכונות הריאולוגיות של הרכיבים במערכת תואם את כלל הסיכום הלוגריתמי. עבור מערכת מורכבת דו-רכיבית, ניתן לבטא את הקשר בין המערכת המורכבת לכל רכיב באמצעות המשוואה הבאה:

ביניהם, F הוא פרמטר התכונה הריאולוגית של המערכת המורכבת;

F1, F2 הם הפרמטרים הריאולוגיים של רכיב 1 ורכיב 2, בהתאמה;

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

לכן, ניתן לחשב את צמיגות הגזירה האפסית של מערכת התרכובת לאחר חיבור עם יחסי חיבור שונים לפי עקרון הסיכום הלוגריתמי כדי לחשב את הערך החזוי המתאים. ערכי הניסוי של תמיסות התרכובות עם יחסי תרכובות שונים עדיין הוחזקו על ידי התאמת קארן של עקומת קצב הצמיגות-גזירה. הערך החזוי של צמיגות הגזירה האפסית של מערכת התרכובת HPMC/HPS עם יחסי תרכובות שונים מושווה לערך הניסוי, כפי שמוצג באיור 2-5.

חלק הקו המקווקו באיור הוא הערך החזוי של צמיגות הגזירה האפסית של תמיסת התרכובת המתקבלת על ידי כלל הסכום הלוגריתמי, וגרף הקו המקווקו הוא הערך הניסיוני של מערכת התרכובת עם יחסי חיבור שונים. ניתן לראות מהאיור שהערך הניסיוני של תמיסה התרכובת מציג סטייה חיובית-שלילית מסוימת ביחס לכלל ההרכבה, מה שמעיד על כך שמערכת התרכובת אינה יכולה להשיג תאימות תרמודינמית, ומערכת התרכובת היא פיזור פאזה רציף ב- טמפרטורה נמוכה מבנה "אי הים" של המערכת הדו-פאזית; ועם הפחתה מתמשכת של יחס התרכובות HPMC/HPS, השלב הרציף של מערכת ההרכבה השתנה לאחר שיחס ההרכבה היה 4:6. הפרק דן במחקר בפירוט.

ניתן לראות בבירור מהאיור שכאשר יחס התרכובות HPMC/HPS גדול, למערכת התרכובת יש סטייה שלילית, שיכולה להיות בגלל שה-HPS בעל הצמיגות הגבוהה מתפזר במצב הפאזה המפוזרת בצמיגות נמוכה יותר של השלב הרציף HPMC . עם העלייה בתכולת 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 מערכת המתחם, בעוד HPMC מפוזר בשלב הרציף של HPS במצב אחיד יותר.

2.3.3.2 השפעה של יחס ההרכבה על התנהגות הנוזלים של מערכת ההרכבה

איורים 2-6 מציגים את אינדקס הזרימה n של המערכת המורכבת כפונקציה של תוכן HPS. מכיוון שמדד הזרימה n מותאם מקואורדינטה לוגריתמית, n כאן הוא 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 השפעת יחס ההרכבה על מקדם הצמיגות של מערכת ההרכבה

איור 2-7 מציג את מקדם הצמיגות K של התמיסה המורכבת כפונקציה של תכולת HPS. ניתן לראות מהאיור שערך K של HPMC טהור קטן מאוד, בעוד שערך K של HPS טהור הוא הגדול ביותר, מה שקשור לתכונות הג'ל של HPMC ו-HPS, שנמצאות בתמיסה ובמצב ג'ל בהתאמה. טמפרטורה נמוכה. כאשר תכולת הרכיב בעל הצמיגות הנמוכה גבוהה, כלומר כאשר תכולת ה-HPS נמוכה, מקדם הצמיגות של תמיסת המתחם קרוב לזה של הרכיב בעל הצמיגות הנמוכה HPMC; בעוד שכאשר תכולת הרכיב בעל הצמיגות הגבוהה גבוהה, ערך K של תמיסת התרכובת עולה עם עליית תכולת ה-HPS באופן משמעותי, מה שהצביע על כך ש-HPS העלה את הצמיגות של HPMC בטמפרטורה נמוכה. זה משקף בעיקר את התרומה של צמיגות השלב הרציף לצמיגות המערכת המורכבת. במקרים שונים בהם הרכיב בעל הצמיגות הנמוכה הוא השלב הרציף והרכיב בעל הצמיגות הגבוהה הוא השלב הרציף, התרומה של צמיגות הפאזה הרציפה לצמיגות המערכת המורכבת שונה כמובן. כאשר HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את תרומת הצמיגות של השלב הרציף; וכאשר HPs בעלי צמיגות גבוהה הוא השלב הרציף, ה- HPMC כשלב המפוזר יפחית את הצמיגות של HPs בעלי צמיגות גבוהה. אֵפֶקְט.

2.3.4 טיקסוטרופיה

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 Thixotropy עם השפעות זמניות והיסטוריית גזירה המובילה לשינויים מיקרו-סטרוקטורליים [324, 326]. השיטה התיקסוטרופית התלת-שלבית שימשה כדי לחקור את ההשפעה של יחסי תרכובות שונים על התכונות התיקסוטרופיות של מערכת ההרכבה. כפי שניתן לראות מאיורים 2-5, כל הדגימות הפגינו דרגות שונות של טיקסוטרופיה. בקצבי גזירה נמוכים, הצמיגות של תמיסת התרכובת עלתה משמעותית עם העלייה בתכולת ה-HPS, מה שהתאים לשינוי של צמיגות אפס-גזירה עם תכולת ה-HPS.

תואר ההתאוששות המבנית DSR של הדגימות המורכבות בזמן התאוששות שונה מחושב על ידי הנוסחה (2-3), כפי שמוצג בטבלה 2-1. If DSR < 1, the sample has low shear resistance, and the sample is thixotropic; conversely, if DSR > 1, the sample has anti-thixotropy. From the table, we can see that the DSR value of pure HPMC is very high, almost 1, this is because the HPMC molecule is a rigid chain, and its relaxation time is short, and the structure is recovered quickly under high shear force. The DSR value of HPS is relatively low, which confirms its strong thixotropic properties, mainly because HPS is a flexible chain and its relaxation time is long. The structure did not fully recover within the testing time frame.

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 המתחם עולה עם הוספת HPS. אם הוא מצטמצם, זמן ההרפיה של המקטע המולקולרי הכולל של מערכת התרכובת מתארך, ולא ניתן לשחזר את הטיקסוטרופיה של מערכת התרכובת במהירות תחת פעולת גזירה גבוהה. When the content of HPMC is less than 70%, the DSR increases with the increase of the content of HPS, which indicates that there is an interaction between the molecular chains of HPS and HPMC in the compound system, which improves the overall rigidity of molecular 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 שהטיקסוטרופיה של HPMC השתפרה משמעותית על ידי תרכובת. ערכי ה-DSR של רוב הדגימות במערכת התרכובת היו גדולים יותר מאלה של HPS טהור, מה שמצביע על כך שהיציבות של HPS שופרה במידה מסוימת.

כמו כן ניתן לראות מהטבלה כי בזמני התאוששות שונים, ערכי ה-DSR מציגים כולם את הנקודה הנמוכה ביותר כאשר תכולת ה-HPMC היא 70%, וכאשר תכולת העמילן גדולה מ-60%, ערך ה-DSR של הקומפלקס גבוה מ- זה של HPS טהור. ערכי ה- DSR בתוך 10 שניות מכל הדגימות קרובים מאוד לערכי ה- DSR הסופיים, מה שמצביע על כך שמבנה המערכת המורכבת בעצם השלים את מרבית המשימות של התאוששות המבנה תוך 10 שניות. 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 עולה בקנה אחד עם תוצאות בדיקת הטבעת התיקסוטרופית המדווחת, אך תוצאות הניתוח הכמותיות אינן עולות בקנה אחד עם תוצאות בדיקת הטבעת התיקסוטרופית. התיקסוטרופיה של מערכת תרכובות HPMC/HPS נמדדה בשיטת טבעת תיקסוטרופית עם עלייה בתכולת ה-HPS [305]. הניוון תחילה ירד ואחר כך גבר. בדיקת הטבעת התיקסוטרופית יכולה רק לשער את קיומה של תופעה תיקסוטרופית, אך אינה יכולה לאשר אותה, מכיוון שהטבעת התיקסוטרופית היא תוצאה של פעולה בו-זמנית של זמן גזירה וקצב גזירה [325-327].

2.4 סיכום פרק זה

בפרק זה שימשו הג'ל התרמי HPMC ו- HPS של ג'ל הקרה כחומרי הגלם העיקריים לבניית מערכת מורכבת דו-פאזית של ג'ל קור וחם. השפעת תכונות ריאולוגיות כמו צמיגות, דפוס זרימה ותיקוטרופיה. 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 תכונותיהם של רכיבים שונים במערכת המורכבת, נחקרה תאימות המערכת המורכבת. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. דגימות תרכובות בריכוזים שונים הראו כולן מידה מסוימת של דילול גזירה, ומידת דילול הגזירה עלתה עם עליית הריכוז.
2. עם עליית הריכוז, מדד הזרימה של המערכת המורכבת ירד, וצמיגות הגזירה ומקדם הצמיגות אפס גדלו, מה שמעיד על כך שההתנהגות הדומה למוצק של מערכת המתחם גדלה.
3. קיים ריכוז קריטי (8%) במערכת תרכובת HPMC/HPS, מתחת לריכוז הקריטי, השרשראות המולקולריות של ה-HPS ואזור שלב ה-HPS הג'ל בתמיסת התרכובת מופרדים זה מזה ומתקיימים באופן עצמאי; כאשר הריכוז הקריטי מגיע, בתמיסת התרכובת נוצר מצב מיקרוג'ל עם שלב ה-HPS כמרכז הג'ל, והשרשרות המולקולריות של HPMC שזורות זו בזו ומחוברות זו לזו; מעל הריכוז הקריטי, השרשראות המקרו-מולקולריות הצפופות של HPMC והשזירה שלהן עם אזור שלב ה-HPS מורכבות יותר, והאינטראקציה מורכבת יותר. אינטנסיבי יותר, כך שהתמיסה מתנהגת כמו נמס פולימר.
4. ליחס ההרכבה יש השפעה משמעותית על התכונות הריאולוגיות של תמיסת התרכובת HPMC/HPS. עם העלייה בתכולת ה-HPS, תופעת דילול הגזירה של מערכת המתחם ברורה יותר, מדד הזרימה יורד בהדרגה, וצמיגות הגזירה ומקדם הצמיגות עולים בהדרגה. עולה, מה שמצביע על כך שההתנהגות הדומה למוצק של המתחם השתפרה באופן משמעותי.
5. צמיגות הגזירה האפסית של המערכת המורכבת מציגה סטייה חיובית-שלילית מסוימת ביחס לכלל הסיכום הלוגריתמי. המערכת המורכבת היא מערכת דו-פאזית עם מבנה פאזה רציף מפוזר פאזה "אי-ים" בטמפרטורה נמוכה, וכאשר יחס התרכובות HPMC/HPS ירד לאחר 4:6, השלב הרציף של מערכת ההרכבה השתנה.
6. קיים קשר ליניארי בין מדד הזרימה ליחס ההרכבה של התמיסות המורכבות עם יחסי חיבור שונים, מה שמעיד על כך שלמערכת ההרכבה יש תאימות טובה.
7. עבור מערכת התרכובת HPMC/HPS, כאשר הרכיב בעל הצמיגות הנמוכה הוא השלב הרציף והרכיב בעל הצמיגות הגבוהה הוא השלב הרציף, התרומה של צמיגות הפאזה הרציפה לצמיגות המערכת המורכבת שונה באופן משמעותי. כאשר HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את התרומה של צמיגות הפאזה הרציפה; 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 כדי לחקור את ההשפעה של יחס תרכובות על ה-Thixotropy של המערכת המורכבת. הטיקסוטרופיה של המערכת המורכבת הראתה מגמה של ירידה תחילה ולאחר מכן עלייה עם הירידה של יחס ההרכבה HPMC/HPS.
9. תוצאות הניסוי לעיל מראות שבאמצעות השילוב של HPMC ו-HPS, המאפיינים הראוולוגיים של שני המרכיבים, כגון צמיגות, תופעת דילול גזירה ותיקסוטרופיה, אוזנו במידה מסוימת.

פרק 3 הכנה ומאפיינים של סרטים מרוכבים למאכל 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, בשל הבדלי מבנה מולקולרי מסוימים ואנטרופיה קונפורמטיבית בין פולימרים שונים, רוב מערכות ההרכבה של פולימרים 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 המושרה בקור, שהוא ג'ל בטמפרטורה נמוכה ונמצא במצב תמיסה בטמפרטורה גבוהה; תנאי הג'ל וההתנהגות הפוכים לחלוטין. השילוב של HPMC ו-HPS אינו תורם ליצירת מערכת הומוגנית עם תאימות טובה. בהתחשב הן במבנה הכימי והן בתרמודינמיקה, יש משמעות תיאורטית וערך מעשי לחיבור HPMC עם HPS ליצירת מערכת תרכובות ג'ל קר-חם.

פרק זה מתמקד בחקר התכונות הטבועות של הרכיבים במערכת תרכובות ג'ל קר וחם HPMC/HPS, יחס ההרכבה והלחות היחסית של הסביבה על המורפולוגיה המיקרוסקופית, תאימות והפרדת פאזות, תכונות מכניות, תכונות אופטיות , ומאפייני טיפה תרמית של מערכת המתחם. והשפעתן של תכונות מקרוסקופיות כגון תכונות מחסום חמצן.

3.1 חומרים וציוד

3.1.1 חומרי ניסוי עיקריים

3.1.2 מכשירים וציוד עיקריים

3.2 שיטה נסיונית

3.2.1 הכנת סרט מרוכב למאכל HPMC/HPS

האבקה היבשה של 15% (w/w) של HPMC ו-HPS עורבבה עם 3% (w/w) פלסטין הפוליאתילן גליקול הורכב במים מופחתים כדי להשיג את הנוזל המורכב ליצירת הסרט, ואת הסרט המרוכב האכיל של HPMC/ HPS הוכן בשיטת הליהוק.

שיטת הכנה: ראשית שקלו את האבקה היבשה של HPMC ו-HPS, וערבבו אותם לפי יחסים שונים; לאחר מכן הוסיפו למים של 70 מעלות צלזיוס, וערבבו במהירות ב-120 סל"ד לדקה למשך 30 דקות לפיזור מלא של HPMC; לאחר מכן מחממים את התמיסה למעל 95 מעלות צלזיוס, מערבבים במהירות באותה מהירות במשך שעה אחת כדי לג'לטין לחלוטין את 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. יוצקים 20 גרם מהתמיסה המעורבת ליצירת הסרט לתוך צלחת פטרי פוליסטירן בקוטר של 15 ס"מ, יוצקים אותה שטוחה ומייבשים אותה ב-37 מעלות צלזיוס. הסרט המיובש מתקלף מהדיסק כדי להשיג קרום מורכב אכיל.

הסרטים האכילים היו מאוזנים בלחות של 57% במשך יותר מ-3 ימים לפני הבדיקה, וחלק הסרט האכיל ששימש לבדיקת מאפיינים מכניים עבר איזון בלחות של 75% במשך יותר מ-3 ימים.

3.2.2 מיקרומורפולוגיה של הסרט המרוכב האכיל של HPMC/HPS

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 מרוכב אכיל HPMC/HPS

3.2.3.1 עקרון הניתוח של ספקטרופוטומטריית UV-Vis

ספקטרופוטומטר UV-Vis יכול לפלוט אור באורך גל של 200~800nm ​​ולהקרין אותו על האובייקט. כמה אורכי גל ספציפיים של אור באור הנכנס נספגים בחומר, ומתרחשים מעבר של רמת אנרגיה רטט מולקולרית ומעבר רמת אנרגיה אלקטרונית. מכיוון שלכל חומר מבנים מרחביים מולקולריים, אטומיים ומולקולריים שונים, לכל חומר יש את ספקטרום הספיגה הספציפי שלו, וניתן לקבוע או לקבוע את תכולת החומר לפי רמת הספיגה באורכי גל מסוימים על ספקטרום הספיגה. לכן, ניתוח ספקטרופוטומטרי UV-Vis הוא אחד האמצעים היעילים לחקור את ההרכב, המבנה והאינטראקציה של חומרים.

כאשר אלומת אור פוגעת באובייקט, חלק מהאור הנכנס נספג באובייקט, והחלק השני של האור הנובע מועבר דרך העצם; היחס בין עוצמת האור המשודרת לעוצמת האור הנכנסת הוא השידור.

הנוסחה לקשר בין ספיגה לשידור היא:

ביניהם, A הוא הספיגה;

T הוא השידור, %.

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

3.2.3.2 שיטת בדיקה

הכינו תמיסות HPMC ו-HPS 5%, ערבבו לפי יחסים שונים, יוצקים 10 גרם מהתמיסה יוצרת הסרט לתוך צלחת פטרי פוליסטירן בקוטר 15 ס"מ, ומייבשים אותם ב-37 מעלות צלזיוס ליצירת סרט. חותכים את הסרט האכיל לרצועה מלבנית בגודל 1 מ"מ × 3 מ"מ, הכניסו אותו לתוך הקובטה והפכו את הסרט האכיל קרוב לדופן הפנימית של הקובטה. השתמש בספקטרופוטומטר WFZ UV-3802 UV-vis כדי לסרוק את הדגימות באורך הגל המלא של 200-800 ננומטר, וכל דגימה נבדקה 5 פעמים.

3.2.4 תכונות תרמו-מכאניות דינמיות של סרטים מרוכבים למאכל HPMC/HPS

3.2.4.1 עקרון ניתוח תרמו-מכני דינמי

ניתוח תרמו-מכני דינמי (DMA) הוא מכשיר שיכול למדוד את הקשר בין המסה והטמפרטורה של המדגם תחת עומס זעזוע מסוים וטמפרטורה מתוכנתת, ויכול לבדוק את התכונות המכניות של המדגם תחת פעולת מתח וזמן מתחלפים תקופתיים, טמפרטורה וטמפרטורה. קשר תדר.

לפולימרים מולקולריים גבוהים יש תכונות ויסקו אלסטיות, שיכולות לאגור אנרגיה מכנית כמו אלסטומר מצד אחד, ולצרוך אנרגיה כמו ריר מצד שני. כאשר מופעל הכוח המתחלף המחזורי, החלק האלסטי ממיר את האנרגיה לאנרגיה פוטנציאלית ומאחסן אותה; ואילו החלק הצמיג ממיר את האנרגיה לאנרגיית חום ומאבד אותה. חומרים פולימרים מציגים בדרך כלל שני מצבים של מצב זכוכית בטמפרטורה נמוכה ומצב גומי בטמפרטורה גבוהה, וטמפרטורת המעבר בין שני המצבים היא טמפרטורת מעבר הזכוכית. 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 תרמו-מכני דינמי רגיש מאוד למעבר זכוכית, הפרדת פאזות, קישוריות צולבת, התגבשות ותנועה מולקולרית בכל רמות המקטעים המולקולריים, ויכול לקבל מידע רב על המבנה והתכונות של פולימרים. לעתים קרובות הוא משמש לחקר המולקולות של פולימרים. התנהגות תנועתית. באמצעות מצב סוויפ הטמפרטורה של ה-DMA, ניתן לבדוק את התרחשותם של מעברי פאזה כגון מעבר הזכוכית. בהשוואה ל-DSC, ל-DMA רגישות גבוהה יותר והוא מתאים יותר לניתוח חומרים המדמים שימוש בפועל.

3.2.4.2 שיטת בדיקה

בחרו דגימות נקיות, אחידות, שטוחות ולא פגומות, וחתכו אותן לרצועות מלבניות בגודל 10 מ"מ × 20 מ"מ. הדגימות נבדקו במצב מתיחה באמצעות מנתח תרמו-מכני דינמי Pydris Diamond מ-PerkinElmer, ארה"ב. טווח טמפרטורות הבדיקה היה 25~150 מעלות צלזיוס, קצב החימום היה 2 מעלות צלזיוס לדקה, התדר היה 1 הרץ, והבדיקה חזרה פעמיים עבור כל דגימה. במהלך הניסוי נרשמו מודול האחסון (E') ומודול ההפסד (E”) של המדגם, וניתן היה לחשב גם את היחס בין מודול ההפסד למודול האחסון, כלומר זווית המשיק tan δ.

3.2.5 יציבות תרמית של סרטים מרוכבים למאכל HPMC/HPS

3.2.5.1 עקרון הניתוח התרמו-גרבימטרי

מנתח גרבימטרי תרמי (TGA) יכול למדוד את השינוי במסה של דגימה עם טמפרטורה או זמן בטמפרטורה מתוכנתת, וניתן להשתמש בו כדי לחקור את האידוי, ההיתוך, הסובלימציה, ההתייבשות, הפירוק והחמצון האפשריים של חומרים במהלך תהליך החימום. . ותופעות פיזיקליות וכימיות אחרות. עקומת הקשר בין מסת החומר לטמפרטורה (או זמן) המתקבלת ישירות לאחר בדיקת המדגם נקראת עקומת תרמו-גרבימטרית (TGA). ירידה במשקל ומידע נוסף. 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 קֶצֶב.

3.2.5.2 שיטת בדיקה

בחר את הסרט האכיל בעובי אחיד, חתוך אותו לעיגול בקוטר זהה לדיסק הבדיקה של הנתח התרמו-גרבימטרי, ולאחר מכן הנח 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 לדקה, וכל דגימה נבדקה פעמיים.

3.2.6.1 עקרון ניתוח נכסי מתיחה

3.2.6 תכונות מתיחה של סרטים מרוכבים למאכל HPMC/HPS

בודק המאפיינים המכאניים יכול להפעיל עומס מתיחה סטטי על השדרה לאורך ציר האורך בתנאי טמפרטורה, לחות ומהירות ספציפיים עד לשבירת השדרה. במהלך הבדיקה, העומס שהופעל על השדרה וכמות העיוות שלו תועדו על ידי בודק המאפיינים המכאניים, ושורטטה עקומת המתח-מתח במהלך עיוות המתיחה של השדרה. מעקומת המתח-מתח, ניתן לחשב את חוזק המתיחה (ζt), התארכות בשבירה (εb) ומודול האלסטי (E) כדי להעריך את תכונות המתיחה של הסרט.

ניתן לחלק את יחסי המתח-מתח של חומרים לשני חלקים: אזור דפורמציה אלסטי ואזור דפורמציה פלסטי. באזור העיוות האלסטי, למתח ולמתח של החומר יש קשר ליניארי, וניתן לשחזר את העיוות בשלב זה לחלוטין, מה שעולה בקנה אחד עם חוק קוק; באזור העיוות הפלסטי, הלחץ והמתח של החומר אינם עוד ליניאריים, והדפורמציה המתרחשת בזמן זה היא בלתי הפיכה, בסופו של דבר החומר נשבר.

נוסחת חישוב חוזק מתיחה:

איפה: הוא כוח מתיחה, MPA;

b הוא רוחב המדגם, מ"מ;

d הוא עובי המדגם, מ"מ.

הנוסחה לחישוב התארכות בהפסקה:

כאשר: εb הוא ההתארכות בהפסקה, %;

L הוא המרחק בין קווי הסימון כאשר הדגימה נשברת, מ"מ;

L0 הוא אורך המדיד המקורי של המדגם, מ"מ.

נוסחת חישוב מודול אלסטי:

ביניהם: E הוא מודול האלסטי, MPa;

ζ הוא מתח, MPa;

ε הוא הזן.

3.2.6.2 שיטת בדיקה

בחרו דוגמאות נקיות, אחידות, שטוחות ולא פגומות, עיין בתקן הלאומי GB13022-91, וחתוך אותן לשבלים בצורת משקולת באורך כולל של 120 מ"מ, מרחק התחלתי בין מתקנים של 86 מ"מ, מרחק בין סימנים של 40 מ"מ, ו רוחב של 10 מ"מ. ה-splines הונחו בלחות של 75% ו-57% (באווירה של תמיסת נתרן כלוריד ותמיסת נתרן ברומיד רוויה), ועברו שיווי משקל במשך יותר מ-3 ימים לפני המדידה. בניסוי זה משתמשים בבדיקת ה- INSTRON של INSTRON D638, 5566 נכסים מכניים של חברת INSTRON Corporation של ארצות הברית ומהדק הפנאומטי שלה 2712-003. מהירות המתיחה הייתה 10 מ"מ לדקה, והדגימה חזרה על עצמה 7 פעמים, והערך הממוצע חושב.

3.2.7 חדירות חמצן של סרט מרוכב אכיל HPMC/HPS

3.2.7.1 עקרון ניתוח חדירות חמצן

לאחר התקנת מדגם הבדיקה, חלל הבדיקה מחולק לשני חלקים, A ו-B; זרימת חמצן בטוהר גבוה עם קצב זרימה מסוים מועברת לחלל A, וזרימת חנקן עם קצב זרימה מסוים מועברת לחלל B; במהלך תהליך הבדיקה, חלל A החמצן חודר דרך הדגימה לתוך חלל B, והחמצן שחודר לחלל B נישא על ידי זרימת החנקן ויוצא מחלל B כדי להגיע לחיישן החמצן. חיישן החמצן מודד את תכולת החמצן בזרימת החנקן ומוציא אות חשמלי מתאים, ובכך מחשב את החמצן המדגם. שידור.

3.2.7.2 שיטת בדיקה

בחר סרטים מרוכבים אכילים לא פגומים, חתוך אותם לדגימות בצורת יהלום בגודל 10.16 על 10.16 ס"מ, מצפים את משטחי הקצה של המהדקים עם גריז ואקום, ומהדקים את הדוגמאות לבלוק הבדיקה. נבדק על פי ASTM D-3985, לכל דגימה שטח בדיקה של 50 סמ"ר.

3.3 תוצאות ודיון

3.3.1 ניתוח מיקרו-מבנה של סרטים מרוכבים אכילים

האינטראקציה בין מרכיבי הנוזל היוצר הסרט לבין תנאי הייבוש קובעת את המבנה הסופי של הסרט ומשפיעה ברצינות על תכונות פיזיקליות וכימיות שונות של הסרט [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 מאיור 3-1, חלק מהדגימות הראו סדקים מיקרו על פני השטח, אשר עשויים להיגרם מהפחתת הלחות בדגימה במהלך הבדיקה, או מהתקפת קרן האלקטרונים בחלל המיקרוסקופ [122 , 139]. באיור, קרום HPS טהור ו-HPMC טהור. הממברנות הראו משטחים מיקרוסקופיים חלקים יחסית, והמיקרומבנה של ממברנות HPS טהורות היה הומוגני וחלק יותר ממברנות HPMC טהורות, מה שעשוי להיות בעיקר בגלל מקרומולקולות עמילן (מולקולות עמילוז ומולקולות עמילופקטין) במהלך תהליך הקירור.) השיגו סידור מחדש מולקולרי טוב יותר. בתמיסה מימית. מחקרים רבים הראו שמערכת אמילוז-אמילופקטין-מים בתהליך הקירור

יכול להיות מנגנון תחרותי בין יצירת ג'ל להפרדת פאזות. אם קצב הפרדת הפאזות נמוך מקצב היווצרות הג'ל, הפרדת פאזות לא תתרחש במערכת, אחרת תתרחש הפרדת פאזות במערכת [333, 334]. יתרה מכך, כאשר תכולת העמילוז עולה על 25%, הג'לטיניזציה של עמילוז ומבנה רשת העמילוז הרציף יכולים לעכב באופן משמעותי את הופעת הפרדת הפאזות [334]. תכולת העמילוז של HPS בשימוש במאמר זה היא 80%, הרבה יותר מ-25%, ובכך ממחישה טוב יותר את התופעה שממברנות HPS טהורות הן הומוגניות וחלקות יותר 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 המרוכבות עם תכולת HPMC גבוהה הראו מבנה הומוגני יותר מאלה עם תכולת HPS גבוהה. עיבוי מבוסס HPS בטמפרטורת יצירת סרט של 37 מעלות צלזיוס

בהתבסס על מאפייני 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 לפיזור האחיד של השלב המפוזר; בסרט המרוכב עם תכולת HPMC גבוהה (3:7 HPS/HPMC), ה-HPMC בעל הצמיגות הנמוכה הופך לשלב הרציף, וה-HPS הצמיג מתפזר בשלב ה-HPS בעל הצמיגות הנמוכה כשלב המפוזר, דבר המסייע ל היווצרות של פאזה הומוגנית. מערכת מורכבת.

ניתן לראות מהאיור שלמרות שכל הסרטים המרוכבים מראים מבני משטח מחוספסים ולא הומוגניים, לא נמצא ממשק פאזה ברור, מה שמעיד על כך של-HPMC ו-HPS יש תאימות טובה. הסרטים המרוכבים של HPMC/עמילן ללא חומרי פלסטיק כגון PEG הראו הפרדת פאזות ברורה [301], ובכך מצביעים על כך שגם השינוי ההידרוקסיפרופיל של עמילן וגם חומרי פלסטיק PEG יכולים לשפר את התאימות של המערכת המרוכבת.

3.3.2 ניתוח מאפיינים אופטיים של סרטים מרוכבים אכילים

תכונות העברת האור של הסרטים המרוכבים האכילים של HPMC/HPS עם יחסים שונים נבדקו על ידי ספקטרופוטומטר UV-vis, וספקטרום ה-UV מוצגים באיור 3-2. ככל שערך העברת האור גדול יותר, כך הסרט אחיד ושקוף יותר; לעומת זאת, ככל שערך העברת האור קטן יותר, כך הסרט לא אחיד ואטום יותר. ניתן לראות באיור 3-2(א) שכל הסרטים המרוכבים מראים מגמה דומה עם עליית אורך הגל הסריקה בטווח הסריקה של אורך הגל המלא, והעברת האור עולה בהדרגה עם עליית אורך הגל. ב-350 ננומטר, העקומות נוטות לרמה.

בחר את השידור באורך הגל של 500 ננומטר לשם השוואה, כפי שמוצג באיור 3-2(ב), השידור של סרט HPS טהור נמוך מזו של סרט HPMC טהור, ועם העלייה של תוכן HPMC, השידור פוחת תחילה, ולאחר מכן גדל לאחר הגעה לערך המינימלי. כאשר תכולת HPMC גדלה ל-70%, העברת האור של הסרט המרוכב הייתה גדולה מזו של HPS טהור. ידוע היטב שמערכת הומוגנית תציג העברת אור טובה יותר, וערך השידור הנמדד ב-UV שלה הוא בדרך כלל גבוה יותר; חומרים לא הומוגניים הם בדרך כלל אטומים יותר ובעלי ערכי העברת UV נמוכים יותר. ערכי השידור של הסרטים המרוכבים (7:3, 5:5) היו נמוכים מאלה של סרטי HPS ו- HPMC טהורים, מה שמעיד על כך שהייתה מידה מסוימת של הפרדת פאזות בין שני המרכיבים של HPS ו- HPMC.

איור 3-2 ספקטרום UV בכל אורכי הגל (א), וב-500 ננומטר (ב), עבור סרטי תערובת HPS/HPMC. הפס מייצג סטיות תקן ± ממוצעות. ac: אותיות שונות שונות באופן משמעותי עם יחס מיזוג שונים (p < 0.05), מיושמים בעבודת הדוקטורט המלאה

3.3.3 ניתוח תרמו-מכני דינמי של סרטים מרוכבים אכילים

איור 3-3 מציג את התכונות התרמומכניות הדינאמיות 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, לסרט המורכב עם תוכן HPMC גבוה, למודול האחסון של הסרט המורכב יש מגמת מטה ברורה עם עליית הטמפרטורה; בעוד שלדגימה בעלת תכולת HPS גבוהה, מודול האחסון יורד מעט רק עם עליית הטמפרטורה.

איור. 3-3 מודול אחסון (E′) (a) ומשיק הפסד (tan δ) (ב) של סרטי תערובת HPS/HPMC

ניתן לראות מאיור 3-3(ב) שהדגימות עם תכולת HPMC גבוהה מ-30% (5:5, 3:7, 0:10) כולן מציגות שיא מעבר זכוכית, ועם העלייה בתכולת HPMC, במעבר הזכוכית טמפרטורת המעבר עברה לטמפרטורה גבוהה, מה שמעיד על כך שהגמישות של שרשרת הפולימר HPMC ירדה. מצד שני, קרום HPS הטהור מציג שיא מעטפת גדול בסביבות 67 מעלות צלזיוס, בעוד שלממברנה המרוכבת עם 70% תוכן HPS אין מעבר זכוכית ברור. ייתכן שהסיבה לכך היא שקיימת מידה מסוימת של אינטראקציה בין HPMC ל-HPS, ובכך מגבילה את התנועה של המקטעים המולקולריים של HPMC ו-HPS.

3.3.4 ניתוח יציבות תרמית של סרטים מרוכבים אכילים

איור 3-4 עקומות TGA (א) ועקומות הנגזרת שלהן (DTG) (ב) 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 התרמו-גרבימטרית (TGA) ואת עקומת שיעור הירידה במשקל (DTG) של הסרט המרוכב. 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. הנידוף של המים הנספגים על ידי מקרומולקולת הפוליסכריד מביא לשלב קטן של ירידה במשקל ב-30-180 מעלות צלזיוס לפני שההתפרקות התרמית בפועל מתרחשת. בהמשך, קיים שלב גדול יותר של ירידה במשקל ב 300 ~ 450 מעלות צלזיוס, כאן שלב ההשפלה התרמית של HPMC ו- HPS.

מעקומות DTG באיור 3-4(ב), ניתן לראות שטמפרטורות שיא הפירוק התרמי של HPS טהור ו- HPMC טהור הן 338 מעלות צלזיוס ו-400 מעלות צלזיוס, בהתאמה, וטמפרטורת שיא הפירוק התרמי של HPMC טהור היא גבוה יותר מזה של HPS, מה שמצביע על כך ש-HPS יציבות תרמית טובה יותר מ-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 תכולת HPMC הייתה 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 מתאימות לפסגות האופייניות של HPS ו- HPMC, בהתאמה, אך שיא הפירוק התרמי המקביל ל-HPS קטן יותר, ולשתי הפסגות יש תזוזה מסוימת. ניתן לראות שרוב הממברנות המרוכבות מציגות רק שיא יחיד אופייני המתאים לרכיב מסוים, והן מאופזות בהשוואה לממברנת הרכיב הטהור, מה שמעיד על הבדל מסוים בין רכיבי HPMC ו-HPS. דרגת תאימות. The thermal degradation peak temperature of the composite membrane was higher than that of pure HPS, indicating that HPMC could improve the thermal stability of HPS membrane to a certain extent.

3.3.5 ניתוח מאפיינים מכניים של סרט מרוכב אכיל

תכונות המתיחה של סרטים מרוכבים HPMC/HPS עם יחסים שונים נמדדו על ידי מנתח מאפיינים מכני ב-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 העלייה בתכולת ה-HPS, מודול האלסטי וחוזק המתיחה של הסרטים המרוכבים גדל 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, כחומר פלטש מוכלל, יכולים לדלל מטריצת HPMC ו-HPS, להפחית את הכוח בין שרשראות פולימר ולשפר את הניידות של מקטעי פולימר. בלחות יחסית גבוהה, מודול האלסטי וחוזק המתיחה של סרטי HPMC טהורים היו גבוהים מאלה של סרטי HPS טהורים, אך ההתארכות בשבירה הייתה נמוכה יותר, תוצאה שהייתה שונה לחלוטין מהתוצאות בלחות נמוכה. ראוי לציין כי השונות של התכונות המכניות של הסרטים המרוכבים עם יחסי רכיבים בלחות גבוהה של 75% הפוכה לחלוטין לזו של לחות נמוכה בהשוואה למקרה בלחות יחסית של 57%. תחת לחות גבוהה, תכולת הלחות של הסרט עולה, ולמים יש לא רק אפקט פלסטי מסוים על מטריצת הפולימר, אלא גם מקדמים את ההתגבשות מחדש של עמילן. 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 שונה, המיושם בעבודת המחקר המלאה

3.3.6 ניתוח חדירות חמצן של סרטים מורכבים אכילים

סרט מרוכב אכיל משמש כחומר לאריזת מזון כדי להאריך את חיי המדף של מזון, 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 מהאיור שחדירות החמצן של ממברנת HPS טהורה נמוכה משמעותית מזו של ממברנת HPMC טהורה, מה שמעיד על כך שלממברנת HPS יש תכונות מחסום חמצן טובות יותר מממברנת HPMC. בשל הצמיגות הנמוכה וקיומם של אזורים אמורפיים, קל ל-HPMC 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 באופן משמעותי את חדירות החמצן של ממברנות HPMC, וחדירות החמצן של ממברנות מרוכבות יורדת בחדות עם העלייה בתכולת ה-HPS. הוספת ה-HPS האטום לחמצן יכולה להגביר את הפיתול של תעלת החמצן בממברנה המרוכבת, מה שמוביל בתורו לירידה בקצב חדירת החמצן ובסופו של דבר להורדת חדירות החמצן. תוצאות דומות דווחו עבור עמילנים מקומיים אחרים [139,301].

3.4 סיכום פרק זה

בפרק זה, תוך שימוש ב- HPMC ו-HPS כחומרי הגלם העיקריים, והוספת פוליאתילן גליקול כחומר פלסטי, הסרטים המרוכבים האכילים של HPMC/HPS עם יחסים שונים הוכנו בשיטת היציקה. השפעת המאפיינים המובנים של הרכיבים ויחס ההרכבה על המורפולוגיה המיקרוסקופית של הממברנה המרוכבת נחקרה על ידי מיקרוסקופ אלקטרוני סריקה; התכונות המכניות של הממברנה המרוכבת נחקרו על ידי בודק המאפיינים המכניים. השפעת המאפיינים המובנים של הרכיבים ויחס ההרכבה על תכונות מחסום החמצן והעברת האור של הסרט המרוכב נחקרה על ידי בודק העברת חמצן וספקטרופוטומטר UV-vis. נעשה שימוש במיקרוסקופ אלקטרוני סורק, ניתוח תרמו-גרבימטרי וניתוח תרמי דינמי. Mechanical analysis and other analytical methods were used to study the compatibility and phase separation of the cold-hot gel compound system. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. בהשוואה ל-HPMC טהור, HPS טהור קל יותר ליצור מורפולוגיה הומוגנית וחלקה של פני השטח. הדבר נובע בעיקר מהסידור מחדש המולקולרי הטוב יותר של מקרומולקולות עמילן (מולקולות עמילוז ומולקולות עמילופקטין) בתמיסת העמילן המימית במהלך תהליך הקירור.
2. תרכובות עם תכולת HPMC גבוהה נוטות יותר ליצור מבני ממברנה הומוגניים. זה מבוסס בעיקר על תכונות הג'ל של HPMC ו-HPS. בטמפרטורת יצירת הסרט, HPMC ו-HPS מציגים מצב תמיסה עם צמיגות נמוכה ומצב ג'ל בעל צמיגות גבוהה, בהתאמה. השלב המפוזר בצמיגות גבוהה מתפזר בשלב הרציף בעל הצמיגות הנמוכה. , קל יותר ליצור מערכת הומוגנית.
3. ללחות יחסית יש השפעה משמעותית על התכונות המכניות של סרטים מרוכבים של HPMC/HPS, ומידת השפעתה עולה עם העלייה בתכולת ה-HPS. בלחות יחסית נמוכה יותר, גם מודול האלסטי וגם חוזק המתיחה של הסרטים המרוכבים גדלו עם העלייה בתכולת ה-HPS, וההתארכות בשבירה של הסרטים המרוכבים הייתה נמוכה משמעותית מזו של סרטי הרכיב הטהורים. עם עליית הלחות היחסית, מודול האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המרוכב ירד, וההתארכות בשבירה גדלה באופן משמעותי, והקשר בין התכונות המכניות של הסרט המרוכב ויחס ההרכבה הראה דפוס שינוי הפוך לחלוטין תחת שונה לחות יחסית. התכונות המכניות של ממברנות מרוכבות עם יחסי תרכובות שונים מציגות צומת בתנאי לחות יחסית שונים, מה שמספק את האפשרות לייעל את ביצועי המוצר בהתאם לדרישות היישום השונות.
4. התוספת של HPS שיפרה משמעותית את תכונות מחסום החמצן של הממברנה המרוכבת. חדירות החמצן של הממברנה המרוכבת ירדה בחדות עם העלייה בתכולת HPS.
5. במערכת תרכובות ג'ל קר וחם HPMC/HPS קיימת התאמה מסוימת בין שני הרכיבים. לא נמצא ממשק דו-פאזי ברור בתמונות ה-SEM של כל הסרטים המרוכבים, לרוב הסרטים המרוכבים הייתה רק נקודת מעבר זכוכית אחת בתוצאות ה-DMA, ורק שיא פירוק תרמי אחד הופיע בעיקולי ה-DTG של רוב הרכיבים המרוכבים. סרטים. זה מראה שיש תיאוריות מסוימת בין HPMC ל-HPS.

תוצאות הניסוי שלעיל מראות שהשילוב של HPS ו- HPMC יכול לא רק להפחית את עלות הייצור של סרט אכיל HPMC, אלא גם לשפר את הביצועים שלו. 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 הקשר בין מיקרומורפולוגיה ומאפיינים מכניים של מערכת המתחם HPMC/HPS

בהשוואה לאנטרופיה של ערבוב גבוה יותר במהלך ערבוב סגסוגת מתכת, האנטרופיה של ערבוב במהלך הרכבה פולימרית היא בדרך כלל קטנה מאוד, וחום ההרכבה במהלך ההרכבה הוא בדרך כלל חיובי, וכתוצאה מכך תהליכי הרכבה של פולימר. שינוי האנרגיה החופשית של גיבס הוא חיובי (���>) אפוא ניסוחים פולימריים נוטים ליצור מערכות דו-פאזיות מופרדות בשלב, וניסוחים פולימריים תואמים לחלוטין הם נדירים מאוד [242].

מערכות מורכבות מוטעות יכולות בדרך כלל להשיג חוסר יכולת ברמה המולקולרית בתרמודינמיקה ויוצרות תרכובות הומוגניות, כך שרוב המערכות המורכבות הפולימריות אינן ניתנות לבלתי ניתנות לניתוק. עם זאת, מערכות מורכבות פולימריות רבות יכולות להגיע למצב תואם בתנאים מסוימים ולהפוך למערכות מורכבות עם תאימות מסוימת [257].

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 נחקרו המורפולוגיה המיקרוסקופית, הפצת פאזות, מעבר פאזה ומבנים אחרים של מערכת התרכובות HPMC/HPS באמצעות ניתוח מיקרוסקופ אופטי לצביעת יוד; ותכונות מכניות ותכונות מקרוסקופיות אחרות; ובאמצעות ניתוח המתאם של המורפולוגיה המיקרוסקופית והמאפיינים המקרוסקופיים של ריכוזי תמיסה ויחסי תרכובות שונים, נוצר הקשר בין המיקרו-מבנה והמאפיינים המקרוסקופיים של מערכת התרכובות HPMC/HPS, על מנת לשלוט ב-HPS/HPS. לספק את הבסיס למאפיינים של חומרים מרוכבים.

4.1 חומרים וציוד

4.1.1 חומרי ניסוי עיקריים

4.2 שיטה נסיונית

4.2.1 הכנת תמיסת תרכובת HPMC/HPS

הכן את תמיסת HPMC ותמיסת HPS ב 3%, 5%, 7% ו -9% ריכוז, 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 בתמיסה שהוכנה בשיטה ב-2.2.1, השתמש בתבנית נירוסטה לטבילה, וייבש אותה ב-37 מעלות צלזיוס. שולפים את הקפסולות המיובשות, חותכים את העודפים ומחברים אותם לזוג.

4.2.4 מיקרוסקופ אופטי של סרט מרוכב HPMC/HPS

4.2.4.1 עקרונות ניתוח מיקרוסקופיה אופטית

המיקרוסקופ האופטי משתמש בעיקרון האופטי של הגדלת הדמיה על ידי עדשה קמורה, ומשתמש בשתי עדשות מתכנסות כדי להרחיב את זווית הפתיחה של החומרים הזעירים הסמוכים לעיניים, ולהגדיל את גודלם של החומרים הזעירים שלא ניתן להבחין בעין האדם. עד שניתן להבחין בגודל החומרים בעין האנושית.

4.2.4.2 שיטת בדיקה

תמיסות התרכובות HPMC/HPS של ריכוזים שונים ויחס מורכבים הוצאו ב 21 מעלות צלזיוס, נשמטו על מגלשת זכוכית, הושלכו לשכבה דקה וייבשו באותה טמפרטורה. הסרטים הוכתמו בתמיסת יוד 1% (1 גרם של יוד ו -10 גרם אשלגן יוד הונחו בבקבוק נפח של 100 מ"ל, והומסו באתנול), הונחו בשדה מיקרוסקופ אור לתצפית וצילום.

4.2.5 העברת אור של סרט מורכב HPMC/HPS

4.2.5.1 עקרון ניתוח של ספקטרופוטומטריה של UV-Vis

זהה ל-3.2.3.1.

4.2.5.1 שיטת בדיקה

ראה 3.2.3.2.

4.2.6 תכונות מתיחה של סרטים מרוכבים של 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 וקפסולות אכילים שהוכנו על ידי שילוב של HPMC ו-HPS ביחס שילוב של 70:30. כפי שניתן לראות מהאיור, למוצרים שקיפות טובה, מה שמעיד על כך של-HPMC ול-HPS יש מדדי שבירה דומים, וניתן לקבל תרכובת הומוגנית לאחר שילוב השניים.

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

איור 4-2 מציג את המורפולוגיה האופיינית לפני ואחרי הצביעה של מתחמי HPMC/HPS עם יחסי מורכב שונים שנצפו תחת מיקרוסקופ אופטי. כפי שניתן לראות מהאיור, קשה להבחין בין שלב HPMC לבין שלב HPS באיור הלא מוכתם; 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. השלב הרציף משתנה משלב ה-HPS הראשוני לשלב ה-HPS המאוחר יותר. 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 יותר מיחס תרכובת HPMC/HPS בפועל. For example, in the staining diagram of HPMC/HPS compound with a compound ratio of 50:50, the area of HPS in the interphase area is not calculated, and the ratio of light/dark area is 71/29. תוצאה זו מאשרת את קיומם של מספר רב של mesophases במערכת המרוכבת 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. המודולוס של הצעיר של מערכת ההתרכמות של HPMC/HPS הראה ערך מינימלי, מה שהצביע גם על כך שהמערכת המורכבת הייתה מערכת בלתי ניתנת לשינוי. 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 התמיסה על המורפולוגיה המיקרוסקופית של מערכת התרכובת

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; בעוד שבריכוז הגבוה של תמיסה של 7%, מבנה משותף זה נצפה באיור עם יחס מורכב של 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; בעוד שה- HPMC התפזר שלבים שהתפזרו בשלב הרציף של HPS הראו צורות ומורפולוגיות שונות בריכוזים שונים. 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.

4.3.5 השפעת ריכוז התמיסה על תכונות מכניות של מערכת תרכובת

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 להבחין בין שלבי עמילן על ידי צביעת יוד היא השיטה הפשוטה, הישירה והיעילה ביותר לחקר המורפולוגיה ומעבר הפאזות של מערכות תרכובות מבוססות עמילן. עם צביעת יוד, שלב העמילן נראה כהה יותר ויותר במיקרוסקופ אור, בעוד HPMC אינו מוכתם ולכן נראה בהיר יותר בצבע.
2. מערכת התרכובת HPMC/HPS אינה ניתנת לניתוק, ויש נקודת מעבר שלב במערכת המורכבת, ולנקודת מעבר שלב זה יש תלות מסוימת של יחס מורכב ותלות ריכוז תמיסה.
3. למערכת התרכובת HPMC/HPS יש תאימות טובה, ומספר רב של מזופאזות קיימים במערכת התרכובת. בשלב הביניים, השלב הרציף מתפזר בשלב המפוזר במצב של חלקיקים.
4. השלב המפוזר של HPS במטריצת HPMC הראה צורה כדורית דומה בריכוזים שונים; HPMC הראה מורפולוגיה לא סדירה במטריצת HPS, ואי הסדירות של המורפולוגיה גדלה 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, המאפיינים המקרוסקופיים של המערכת המרוכבת HPMC/HPS קשורות קשר הדוק למבנה המורפולוגי המיקרוסקופי שלה, מעבר פאזה, הפרדת פאזות ותופעות אחרות, וניתן לווסת את תכונות החומרים המרוכבים על ידי שליטה במבנה הפאזה ובתאימות המרוכבים. מַעֲרֶכֶת.

פרק 5 השפעה של HP

ידוע כי שינויים קטנים במבנה הכימי של עמילן יכולים להוביל לשינויים דרמטיים בתכונותיו הריאולוגיות. לפיכך, שינוי כימי מציע אפשרות לשפר ולשלוט בתכונות הריאולוגיות של מוצרים מבוססי עמילן [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 תרכובות מבוססות עמילן דווחו עד כה רק לעתים רחוקות. Chun et al. חקר את הריאולוגיה של תמיסת עמילן אורז הידרוקסיפרופיל בריכוז נמוך (5%). התוצאות הראו שההשפעה של שינוי הידרוקסיפרופיל על היציבות והאלסטיות הדינמית של תמיסת עמילן הייתה קשורה למידת ההחלפה, וכמות קטנה של החלפת הידרוקסיפרופיל פרופיל יכולה לשנות באופן משמעותי את התכונות הריאולוגיות של תמיסות עמילן; מקדם הצמיגות של תמיסות עמילן יורד עם עליית דרגת ההחלפה, והתלות בטמפרטורה של התכונות הריאולוגיות שלה עולה עם העלייה בדרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל. הכמות יורדת עם מידת ההחלפה הגוברת [342]. Lee et al. חקר את השפעת החלפת הידרוקסיפרופיל על התכונות הפיזיקליות והתכונות הריאולוגיות של עמילן בטטה, והתוצאות הראו כי יכולת ההתפחה ומסיסות המים של העמילן גדלה עם העלייה בדרגת ההחלפה ההידרוקסיפרופיל; ערך האנטלפיה יורד עם עליית דרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל; מקדם הצמיגות, הצמיגות המורכבת, מתח התפוקה, הצמיגות המורכבת והמודלוס הדינמי של תמיסת עמילן יורדים כולם עם העלייה בדרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, אינדקס הנוזל ומקדם ההפסד. חוזק הג'ל של דבק עמילן יורד, יציבות ההקפאה-הפשרה עולה, ואפקט הסינרזה פוחת [235].

בפרק זה נבדקה ההשפעה של תואר החלפת HPS HPMC/HPS COLT של מערכת תרכובת ג'ל חמה. מצב המעבר הוא בעל משמעות רבה להבנה מעמיקה של הקשר בין היווצרות מבנה לתכונות 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 שיטה נסיונית

5.2.1 הכנת פתרונות מורכבים

הוכנו תמיסות תרכובות HPMC/HPS של 15% עם יחסי תרכובת שונים (100/0, 50/50, 0/100) ו-HPS עם דרגות החלפה שונות של הידרוקסיפרופיל (G80, A939, A1081). שיטות ההכנה של A1081, A939, HPMC ותמיסות התרכובות שלהם מוצגות ב-2.2.1. G80 ותמיסות התרכובות שלו עם HPMC עוברות ג'לטין על ידי ערבוב בתנאים של 1500psi ו-110°C באוטוקלאב, מכיוון שעמילן G80 Native הוא עמילוז גבוה (80%), וטמפרטורת הג'לטינציה שלו גבוהה מ-100°C, מה שלא יכול להיות. להגיע אליו בשיטת הג'לטינה המקורית של אמבט מים [348].

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

5.2.2.1 עקרון הניתוח הראוולוגי

זהה ל-2.2.2.1

5.2.2.2 שיטת בדיקת מצב זרימה

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

1. קיימת שיטת בדיקת זרימה לפני הגזירה ותיקסוטרופיה תלת-שלבית. זהה ל- 2.2.2.2.
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.

5.2.2.3 שיטת בדיקת מצב תנודה

נעשה שימוש במתקן צלחות מקביל בקוטר 60 מ"מ, ומרווח הצלחת נקבע על 1 מ"מ.

1. טאטא משתנה עיוות. טמפרטורת בדיקה 25 מעלות צלזיוס, תדר 1 הרץ, דפורמציה 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. וריאציה 0.1 %, תדר 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 הקטעים של log G′-log ω ו-log G″-log ω, בהתאמה.

5.2.3 מיקרוסקופ אופטי

5.2.3.1 עקרון המכשיר

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. הסרטים הוכתמו בתמיסת יוד של 1%, שהונחו בשדה מיקרוסקופ האור לצורך תצפית וצולמו.

5.3 תוצאות ודיון

5.3.1 ניתוח צמיגות ודפוסי זרימה

בשיטת בדיקת הזרימה ללא גזירה מראש והשיטה התיקסוטרופית הטבעתית התיקסוטרופית, נבדקה הצמיגות של תמיסת תרכובת HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל HPs. התוצאות מוצגות באיור 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 יש טבעות תיקסוטרופיות על עקומת קצב הגזירה, מה שמצביע על כך שלכל הדגימות יש מידה מסוימת של תיקסוטרופיה. החוזק התיקסוטרופי מיוצג על ידי גודל אזור הטבעת התיקוטרופי. ככל שהדגימה יותר תיקסטרופית [351]. ניתן לחשב את מדד הזרימה n ומקדם הצמיגות K של תמיסה המדגם על ידי חוק הכוח של Ostwald-de Waele (ראה משוואה (2-1)).

טבלה 5-1 אינדקס התנהגות זרימה (n) ואינדקס עקביות הנוזל (K) במהלך תהליך הגדלת קצב והפחתת קצב ואזור לולאת טיקוטרופיה של תמיסת HPS/HPMC עם דרגות החלפת הידרופרופיל שונות 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. .

השטח של הטבעת התיקסוטרופית ירד עם העלייה בתכולת HPMC, מה שמעיד על כך שתוספת HPMC הפחיתה את התיקסוטרופיה של תמיסת התרכובת ושיפרה את יציבותה. עבור תמיסת התרכובת HPMC/HPS עם אותו יחס תרכובות, שטח הטבעת התיקסוטרופית פוחת עם העלייה בדרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל, מה שמעיד על כך שהידרוקסיפרופילציה משפרת את היציבות של HPS.

5.3.1.2 שיטת גזירה עם חיתוך מקדים ושיטת תלת-שלבית תיקסוטרופית

איור 5-2 צמיגות לעומת קצב גזירה של תמיסת HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרופרופיל שונה של HPS (עם גזירה מוקדמת)

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 זְמַן. לכן, שיטה זו יכולה לקבוע בצורה מדויקת יותר את תופעת דילול הגזירה ואת מאפייני הזרימה של מערכת המתחם.

From the table, we can also see that for the same compounding ratio (5:5), the n value of the compounding system is close to 1, and the pre-sheared n increases with the degree of hydroxypropyl substitution It shows that HPMC is a continuous phase in the compound system, and HPMC has a stronger effect on starch samples with low hydroxypropyl substitution degree, which is consistent with the result that the n value increases with the increase of substitution degree without pre-shearing on the contrary. The K values of the compound systems with different degrees of substitution in the two methods are similar, and there is no particularly obvious trend, while the zero-shear viscosity shows a clear downward trend, because the zero-shear viscosity is independent of the shear קֶצֶב. הצמיגות המהותית יכולה לשקף במדויק את תכונות החומר עצמו.

איור 5-3 Thixotropy שלושה מרווחים של תמיסת תערובת HPS/HPMC עם דרגות החלפת הידרופרופי שונות של HPS

השיטה התיקסוטרופית התלת-שלבית שימשה כדי לחקור את ההשפעה של דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל של עמילן הידרוקסיפרופיל על התכונות התיקוטרופיות של מערכת התרכובת. ניתן לראות באיור 5-3 שבשלב הגזירה הנמוכה, צמיגות התמיסה יורדת עם העלייה בתכולת ה-HPMC, ויורדת עם עליית דרגת ההחלפה, דבר העולה בקנה אחד עם חוק צמיגות הגזירה האפסית.

The degree of structural recovery after different time in the recovery stage is expressed by the viscosity recovery rate DSR, and the calculation method is shown in 2.3.2. It can be seen from Table 5-2 that within the same recovery time, the DSR of pure HPS is significantly lower than that of pure HPMC, which is mainly because the HPMC molecule is a rigid chain, and its relaxation time is short, and the structure can be recovered in a short time. לְהַחלִים. While HPS is a flexible chain, its relaxation time is long, and the structure recovery takes a long time. 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 increase of HPS hydroxypropyl substitution. It decreases with increasing degree of radical substitution, which is consistent with the results without pre-shearing.

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 החלפת תואר HPS בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס

5.3.2 אזור ויסקו אלסטי ליניארי

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. אינטראקציה [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 מודול אחסון (G′) ומודול הפסד (G″) לעומת מתח עבור תערובות HPS/HPMC עם דרגת ההחלפה ההידרו-פרופילית השונה של HPS (הסמלים המוצקים והחלולים מציגים G′ ו-G″, בהתאמה)

איור 5-5 tan δ לעומת זן לתמיסת תערובת HPMC/HPS עם דרגת ההחלפה ההידרופולית השונה 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 ויסקו אלסטיות 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 ברורים של היווצרות מבנה התחום על ידי ההצטלבות של G′ ו-G″ (כלומר, נקודת המעבר של תמיסה-ג'ל, בסביבות 49 מעלות צלזיוס), מה שעולה בקנה אחד עם דיווחים קודמים. 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. The intersection of G′ and G″ shifts to the low temperature region at about 32 °C during the cooling stage, which may be due to hysteresis [208] or the condensation effect of the chain at low temperature [355]. Similar to HPMC, other samples during the heating process There are also four stages in, and the reversible phenomenon occurs during the cooling process. 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 טהור, דרגה גבוהה יותר של החלפת הידרוקסיפרופיל יכולה לשנות הן את הטמפרטורות הראשוניות והן את הטמפרטורה הסופית של יצירת 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 תרכובות, ככל שמידת ההחלפה עולה, הערכים של G′ ו-G″ שניהם נוטים לרדת, מה שעולה בקנה אחד עם תוצאות מחקרים קודמים [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 מודול אחסון (G′), מודול הפסד (G″) ו-tan δ לעומת טמפרטורה עבור תמיסת תערובת HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרו-פרופיל שונה של HPS

המודולוס של המערכת המורכבת HPMC/HPS, כצפוי, הוא בין המודולים של HPMC טהור ל- HPS טהור. Moreover, the complex system exhibits G′ > G″ in the entire temperature scanning range, which indicates that both HPMC and HPS can form intermolecular hydrogen bonds with water molecules, respectively, and can also form intermolecular hydrogen bonds with each other. 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.

5.3.4 השפעת הטמפרטורה על צמיגות התרכובת

Understanding the effect of temperature on the rheological properties of materials is important because of the wide range of temperatures that may occur during processing and storage [359, 360]. In the range of 5 °C – 85 °C, the effect of temperature on the complex viscosity of HPMC/HPS compound solutions with different degrees of hydroxypropyl substitution HPS is shown in Figure 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. The viscosity curve of the compounded sample showed a rapid transition at 45 °C, probably due to a phase transition in the HPMC/HPS compounded system. However, it is worth noting that the viscosity of the G80/HPMC 5:5 compound sample at high temperature is higher than that of pure HPMC, which is mainly due to the higher intrinsic viscosity of G80 at high temperature [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 תערובות HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרופרופיל שונה של HPS

השפעת הטמפרטורה על הצמיגות המורכבת של מערכת התרכובת HPMC/HPS תואמת את הקשר Arrhenius בטווח טמפרטורות מסוים, ולצמיגות המורכבת יש קשר אקספוננציאלי עם הטמפרטורה. משוואת ארניוס היא כדלקמן:

ביניהם, η* הוא הצמיגות המורכבת, הרשות הפלסטינית;

A הוא קבוע, Pa s;

T היא הטמפרטורה המוחלטת, K;

R הוא קבוע הגז, 8.3144 J·mol–1·K–1;

E היא אנרגיית ההפעלה, J·mol–1.

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.

In the temperature range of 5 °C – 45 °C, the E value of the HPMC/HPS composite sample is slightly lower than that of pure HPS, which may be due to the interaction between HPS and 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) מהשוואה (1) עבור תערובות HPS/HPMC עם דרגות שונות של הידרוקסיפרופילציה של HPS

עם זאת, בטווח הטמפרטורות הגבוה יותר של 45 מעלות צלזיוס - 85 מעלות צלזיוס, ערך E השתנה באופן איכותי בין דגימות מרוכבות HPS טהורות ו-HPS/HPS מרוכבים, וערך 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 E של HPMC טהור הוא -174 קילו-ג'יי מול-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 תרכובות HPMC/HPS בטמפרטורה גבוהה ובטמפרטורה נמוכה עולות בקנה אחד עם המאפיינים הוויזואלסטיים שנדונו.

5.3.5 תכונות מכניות דינמיות

איורים 5-8 מציגים את עקומות סוויפ התדירות ב-5 מעלות צלזיוס של תמיסות תרכובות HPMC/HPS של HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהאיור ש-HPS טהור מפגין התנהגות דמוית מוצק טיפוסית (G′ > G″), בעוד HPMC היא התנהגות דמוית נוזל (G′ < G″). כל הניסוחים של HPMC/HPS הפגינו התנהגות כמו מוצק. עבור רוב הדגימות, הן G′ והן G″ גדלות בתדירות הולכת וגוברת, מה שמצביע על כך שההתנהגות דמוית המוצק של החומר חזקה.

Pure HPMCs exhibit a clear frequency dependence that is difficult to see in pure HPS samples. 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 מודול אחסון (G′) ומודול הפסד (G″) לעומת תדירות עבור תערובות HPS/HPMC עם דרגת ההחלפה ההידרו-פרופילית השונה של HPS ב-5°C

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.

Figures 5-9 show the frequency sweep curves of HPMC/HPS compound solutions of HPS with different degrees of hydroxypropyl substitution at 85°C. 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.

This may be because A1081 is a cold gel and undergoes a gel-to-solution transition at high temperature. 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 like behavior of starch at high temperature (85°C). In particular, the n′ and n″ of G80 are close to 0, showing strong solid-like behavior; in contrast, the n′ and n″ values of A1081 are close to 1, showing strong fluid behavior. 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 מודול אחסון (G′) ומודול הפסד (G″) לעומת תדירות עבור תערובות HPS/HPMC עם דרגת החלפת הידרו-פרופיל השונה של HPS ב-85°C

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 המתחם HPMC/HPS, הערכים של n′ ו-n″ שניהם קרובים ל-0, ו-G0′ גבוה משמעותית מ-G0 (טבלה″ 5-5), מה שמאשר את ההתנהגות הדומה למוצק. מצד שני, החלפת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר יכולה להעביר את HPS מהתנהגות דמוית מוצק לנוזלת, תופעה שאינה מתרחשת בתמיסות המורכבות. 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 מצביעות על כך ש- HPMC שולט בויסקו אלסטיות של המערכת המורכבת בטמפרטורה גבוהה של 85 מעלות צלזיוס.

טבלה 5-5 n′, n″, G0′ ו-G0″ עבור HPS/HPMC עם החלפת הידרופרופילים שונה של HPS ב-85 מעלות צלזיוס כפי שנקבע מתוך 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 תערובות HPMC/HPS צבועות ב-1:1 ב-25°C, 45°C ו-85°C

עם עליית הטמפרטורה, צריכה להיות נקודת מעבר של מורפולוגיית הפאזה 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 מצילומי המיקרו של 45 מעלות צלזיוס באיורים 5-10, דיאגרמת הפאזה הטיפוסית של "אי ים" אינה מופיעה, אך נצפה שלב רציף. 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 פאזה של מערכת תרכובת HPMC/HPS

בהתבסס על ההתנהגות הריאולוגית הקלאסית של תמיסות פולימר ונקודות ג'ל מרוכבות [216, 232] וההשוואה עם הקומפלקסים הנדונים במאמר, מוצע מודל עקרוני להמרה מבנית של מתחמי HPMC/HPS עם טמפרטורה, כפי שמוצג באיור. 5-11.

איור 5-11 מבנים סכמטיים של מעבר סול-ג'ל של HPMC (A); HPS (b); and 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.

החדרת קבוצות הידרוקסיפרופיל למולקולות עמילן שוברת את מבנה קשר המימן התוך מולקולרי המסודר הפנימי שלה, כך שמולקולות העמילוז הג'לטיניות נמצאות במצב נפוח ומתוח, מה שמגדיל את נפח ההידרציה האפקטיבי של המולקולות ומעכב את הנטייה של מולקולות עמילן להסתבך באופן אקראי בתמיסה מימית [362]. לכן, המאפיינים המגושמים וההידרופיליים של הידרוקסיפרופיל מקשים על השילוב מחדש של שרשראות מולקולריות עמילוז ויצירת אזורים מקשרים [233]. לכן, עם ירידת הטמפרטורה, בהשוואה לעמילן מקורי, HPS נוטה ליצור מבנה רשת ג'ל רופף 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.

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, הצמיגות והדילול הגזירה של תמיסת תרכובת HPMC/HPS ירדו עם העלייה בדרגת החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. זה בעיקר בגלל שהחדרת קבוצת הידרוקסיפרופיל למולקולת העמילן הורסת את מבנה קשר המימן התוך מולקולרי שלה ומשפרת את ההידרופיליות של עמילן.
2. בטמפרטורת החדר, צמיגות האפס-גזירה h0, אינדקס הזרימה n ומקדם הצמיגות K של תמיסות תרכובות HPMC/HPS מושפעות הן מ-HPMC והן מהידרוקסיפרופילציה. עם העלייה בתכולת HPMC, צמיגות הגזירה האפסית h0 יורדת, אינדקס 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 יורדת עם עליית דרגת ההחלפה, בעוד שמדד הזרימה n וקבוע הצמיגות K עולים עם עליית דרגת ההחלפה.
3. שיטת הגזירה עם גזירה מוקדמת ותיקסוטרופיה תלת-שלבית יכולה לשקף בצורה מדויקת יותר את הצמיגות, תכונות הזרימה והטיקוטרופיה של התמיסה התרכובת.
4. האזור הויסקו-אלסטי הליניארי של מערכת התרכובות HPMC/HPS מצטמצם עם הירידה בדרגת החלפת ההידרוקסיפרופיל של HPS.
5. במערכת תרכובת ג'ל קר-חמה זו, HPMC ו-HPS יכולים ליצור שלבים רציפים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, בהתאמה. שינוי מבנה פאזה זה יכול להשפיע באופן משמעותי על הצמיגות המורכבת, תכונות ויסקו אלסטיות, תלות בתדר 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 הוויזואלסטיות של הדגימות המרוכבות של HPMC/HPS היו עקביות עם HPS בטמפרטורה נמוכה ו-HPS 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. הקשר בין המיקרו-מבנה, המאפיינים הראוולוגיים ותכונות הג'ל של מערכת מרוכבת HPMC/HPS נקבע. 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 ששינוי המבנה הכימי של הרכיבים במערכת התרכובת קובע את ההבדל בתכונות הריאולוגיות, בתכונות הג'ל ובתכונות העיבוד האחרות של מערכת התרכובות. לביצועים הכוללים יש השפעה משמעותית.

פרק זה מתמקד בהשפעת המבנה הכימי של הרכיבים על המבנה המיקרו ובתכונות המקרוסקופיות של הממברנה המורכבת HPMC/HPS. 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

6.2.1 הכנת ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

הריכוז הכולל של תמיסת התרכובת הוא 8% (w/w), יחס התרכובות HPMC/HPS הוא 10:0, 5:5, 0:10, הפלסטיקאי הוא 2.4% (w/w) פוליאתילן גליקול, The edible סרט מרוכב של HPMC/HPS הוכן בשיטת יציקה. לשיטת ההכנה הספציפית, ראה 3.2.1.

6.2.2 מבנה מיקרו-דומיין של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

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

פיזור רנטגן של מלאך קטן (SAXS) מתייחס לתופעת הפיזור הנגרמת על ידי קרן רנטגן המקרינה את הדגימה הנבדקת בתוך זווית קטנה קרובה לקרן הרנטגן. בהתבסס על ההבדל בצפיפות האלקטרונים בקנה מידה ננוטי בין המפזר לבין המדיום שמסביב, פיזור של קרני רנטגן בזווית קטנה משמש בדרך כלל במחקר של חומרים פולימרים מוצקים, קולואידים ונוזליים בטווח הננומטרי. בהשוואה לטכנולוגיית עקיפה רחבה של קרני רנטגן, SAXS יכול לקבל מידע מבני בקנה מידה גדול יותר, שניתן להשתמש בו כדי לנתח את הקונפורמציה של שרשראות מולקולריות פולימריות, מבנים ארוכי תקופה, ואת מבנה הפאזות והתפלגות הפאזות של מערכות מורכבות פולימריות. . מקור אור סינכרוטרון רנטגן הוא סוג חדש של מקור אור בעל ביצועים גבוהים, שיש לו את היתרונות של טוהר גבוה, קיטוב גבוה, דופק צר, בהירות גבוהה וקולימציה גבוהה, כך שהוא יכול להשיג את המידע המבני בקנה מידה ננו של חומרים מהר יותר. ובדיוק. 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 משפט דבי). ), דמיון עצמי של מפזר (בין אם יש לו תכונות פרקטליות), פיזור מפזר (מונו-פיזור או פיזור רב שנקבע על ידי גינייה) ומידע אחר, וממד הפרקטלי של המפזר, רדיוס הגירוי והשכבה הממוצעת של יחידות חוזרות ניתן גם לקבל באופן כמותי. עובי, גודל ממוצע, שבר נפח מפזר, שטח פנים ספציפי ופרמטרים נוספים.

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. סרט. 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 הזווית הקטנה מתקבלת מתבנית הפיזור הדו-ממדית על ידי תוכנת פיזור, וקטור הפיזור Q וזווית הפיזור 2 מומרים על ידי הנוסחה I /, איפה אורך הגל של רנטגן. כל הנתונים נורמלו מראש לפני ניתוח הנתונים.

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

6.2.3.1 עקרון הניתוח התרמו-גרבימטרי

זהה ל-3.2.5.1

6.2.3.2 שיטת בדיקה

ראה 3.2.5.2

6.2.4 תכונות מתיחה של סרטים מרוכבים של HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל

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

באמצעות תקן ISO37, הוא נחתך לשבלים בצורת משקולת, באורך כולל של 35 מ"מ, מרחק בין קווי הסימון של 12 מ"מ ורוחב של 2 מ"מ. כל דגימות הבדיקה עברו איזון בלחות של 75% במשך יותר מ-3 ימים.

6.2.5 חדירות חמצן של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל

6.2.5.1 עקרון ניתוח חדירות חמצן

זהה ל-3.2.7.1

6.2.5.2 שיטת בדיקה

6.3 תוצאות ודיון

6.3.1 ניתוח מבנה גבישי של סרטים מרוכבים HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל

איור 6-1 מציג את ספקטרום פיזור קרני הרנטגן בזווית קטנה של סרטים מרוכבים של HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהאיור כי בטווח רחב יחסית של q > 0.3 Å (2θ > 40), מופיעים פסגות אופייניות ברורות בכל דגימות הממברנה. מתבנית פיזור קרני הרנטגן של סרט הרכיב הטהור (איור 6-1a), ל-HPMC הטהור יש שיא אופייני פיזור קרני רנטגן חזק ב-0.569 Å, מה שמצביע על כך של-HPMC יש שיא פיזור קרני רנטגן בזווית הרחבה. אזור של 7.70 (2θ > 50). פסגות אופייניות לקריסטל, המצביעות על כך של-HPMC יש כאן מבנה גבישי מסוים. גם דגימות סרט עמילן A939 ו-A1081 טהורות הציגו שיא פיזור של קרני 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 של עמילן מסוג B. ניתן לראות בבירור מהאיור 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 מספקטרום פיזור קרני הרנטגן עם הזווית הקטנה של הדגימות המרוכבות (איור 6-1b) שהסרטים המרוכבים של HPMC-HPS כולם הראו שיאים אופייניים ברורים ב-0.569 Å ו-0.397 Å, התואמים את הגביש 7.70 HPMC 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 המקביל ל-HPMC ב-7.70 עבור הממברנות המרוכבות עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל 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 הפרדת הסרט משחקת תפקיד מעכב מסוים.

איור 6-1 ספקטרום SAXS של סרטי תערובת HPMC/HPS עם דרגות החלפת הידרוקסיפרופיל שונות של HPS

לסיכום, העלייה בדרגת החלפת HPS הידרוקסיפרופיל והשילוב של שני הרכיבים יכולים לעכב את תופעת ההתגבשות מחדש של הממברנה המרוכבת HPMC/HPS במידה מסוימת. העלייה בדרגת החלפת הידרוקסיפרופיל של HPS עיכבה בעיקר את התגבשות ה-HPS בממברנה המרוכבת, בעוד שהתרכובת הדו-רכיבית מילאה תפקיד מעכב מסוים בהתגבשות מחדש של HPS ו- HPMC בממברנה המרוכבת.

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 פוליסכרידים כמו מולקולות עמילן ומולקולות תאית הוא בטווח של 1000-1500 ננומטר, ו-q הוא בטווח של 0.01-0.1 Å-1, עם qR >> 1. לפי פורמולה פורוד, ניתן לראות את דגימות סרט הפוליסכריד הקשר בין עוצמת פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה לזווית הפיזור הוא:

בין זה, I(q) הוא עוצמת פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה;

q היא זווית הפיזור;

α הוא מדרון פורוד.

שיפוע פורוד α קשור למבנה הפרקטלי. אם α < 3, זה מצביע על כך שמבנה החומר רופף יחסית, פני השטח של המפזר חלקים, והוא פרקטל מסה, והממד הפרקטלי שלו D = α; אם 3 < α <4, זה מציין שמבנה החומר צפוף והמפזר הוא המשטח מחוספס, שהוא פרקטל משטח, והממד הפרקטלי שלו D = 6 – α.

איור 6-2 מציג את החלקות lnI(q)-lnq של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהאיור שכל הדגימות מציגות מבנה פרקטלי דומה לעצמו בטווח מסוים, ושיפוע ה-Porod α קטן מ-3, מה שמעיד על כך שהסרט המרוכב מציג פרקטל מסה, והמשטח של הסרט המרוכב יחסית לְהַחלִיק. ממדי הפרקטליים המסה של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל מוצגים בטבלה 6-1.

טבלה 6-1 מציגה את הממד הפרקטלי של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהטבלה שעבור דגימות HPS טהורות, הממד הפרקטלי של A939 המוחלף בהידרוקסיפרופיל נמוך הוא הרבה יותר גבוה מזה של A1081 המוחלף בהידרוקסיפרופיל גבוה, מה שמעיד על כך שעם העלייה בדרגת ההחלפה של ההידרוקסיפרופיל, בממברנה. הצפיפות של המבנה הדומה לעצמו מופחתת באופן משמעותי. הסיבה לכך היא שהכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל בשרשרת המולקולרית העמילן מעכבת באופן משמעותי את הקשר ההדדי של מקטעי HPS, וכתוצאה מכך ירידה בצפיפות המבנה הדומה לעצמו בסרט. קבוצות הידרופיליות הידרופיליות יכולות ליצור קשרי מימן בין מולקולריים עם מולקולות מים, ולהפחית את האינטראקציה בין מקטעים מולקולריים; קבוצות הידרוקסיפרופיל גדולות יותר מגבילות את הרקומבינציה וההצלבה בין מקטעים מולקולריים של עמילן, כך שעם הרמה הגוברת של החלפת הידרוקסיפרופיל, HPS יוצר מבנה דומה יותר.

עבור מערכת התרכובת HPMC/A939, הממד הפרקטלי של HPS גבוה יותר מזה של HPMC, וזאת מכיוון שהעמילן מתגבש מחדש, ונוצר מבנה מסודר יותר בין השרשראות המולקולריות, מה שמוביל למבנה הדומה לעצמו בממברנה . צפיפות גבוהה. הממד הפרקטלי של דגימת התרכובת נמוך מזה של שני הרכיבים הטהורים, מכיוון שבאמצעות חיבור, הקישור ההדדי של המקטעים המולקולריים של שני המרכיבים מופרע זה על ידי זה, וכתוצאה מכך צפיפות המבנים הדומים לעצמם פוחתת. לעומת זאת, במערכת המתחם HPMC/A1081, הממד הפרקטלי של HPS נמוך בהרבה מזה של HPMC. הסיבה לכך היא שהחדרת קבוצות הידרוקסיפרופיל במולקולות עמילן מעכבת באופן משמעותי את התגבשותו מחדש של עמילן. המבנה הדומה לעצמו בעץ רופף יותר. יחד עם זאת, הממד הפרקטלי של דגימת התרכובת HPMC/A1081 גבוה יותר מזה של HPS טהור, שגם הוא שונה באופן משמעותי ממערכת התרכובת HPMC/A939. מבנה דומה לעצמו, מולקולות HPMC דמויות שרשרת יכולות להיכנס לחלל המבנה הרופף שלה, ובכך לשפר את הצפיפות של המבנה הדומה העצמי של HPS, מה שמצביע גם על כך ש-HPS עם החלפה גבוהה של הידרוקסיפרופיל יכול ליצור קומפלקס אחיד יותר לאחר חיבור עם HPMC. מרכיבים. מנתוני התכונות הריאולוגיות ניתן לראות כי הידרוקסיפרופילציה יכולה להפחית את הצמיגות של עמילן, ולכן במהלך תהליך ההרכבה, הפרש הצמיגות בין שני המרכיבים במערכת ההרכבה מצטמצם, דבר המסייע יותר להיווצרות של הומוגנית. תִרכּוֹבֶת.

איור 6-2 דפוסי lnI(q)-lnq ועיקומי ההתאמה שלו לסרטי תערובת HPMC/HPS עם דרגות החלפה שונות של הידרוקסיפרופיל של HPS

טבלה 6-1 פרמטרים של מבנה הפרקטלי של סרטי תערובת HPS/HPMC עם דרגות החלפת הידרוקסיפרופיל שונות של HPS

עבור הממברנות המרוכבות עם אותו יחס תרכובות, הממד הפרקטלי יורד גם הוא עם העלייה בדרגת ההחלפה של קבוצת הידרוקסיפרופיל. הכנסת הידרוקסיפרופיל למולקולת HPS יכולה להפחית את הקשר ההדדי של מקטעי פולימר במערכת התרכובת, ובכך להפחית את הצפיפות של הממברנה המרוכבת; ל-HPS עם החלפת הידרוקסיפרופיל גבוהה יש תאימות טובה יותר עם HPMC, קל יותר ליצור תרכובת אחידה וצפופה. לכן, צפיפות המבנה הדומה העצמי בממברנה המרוכבת יורדת עם עליית דרגת ההחלפה של HPS, שהיא תוצאה של ההשפעה המשותפת של דרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל והתאימות של שני הרכיבים בקומפוזיט. מערכת.

6.3.3 ניתוח יציבות תרמית של סרטים מרוכבים HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

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 התרמוגרוואמתית (TGA) ואת עקומת קצב הירידה במשקל שלה (DTG) של הסרטים המורכבים בדרגות שונות של HPS של HPS של הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מעקומת ה- TGA באיור 6-3 (א) שדגימות הממברנה המורכבת עם מעלות החלפת HPS HPPSypropyl. ישנם שני שלבי שינוי תרמו-גרבימטרי ברורים עם עליית הטמפרטורה. ראשית, ישנו שלב של ירידה קטנה במשקל ב-30~180 מעלות צלזיוס, אשר נגרמת בעיקר על ידי הנידוף של המים הנספגים על ידי מקרומולקולת 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. כמו כן ניתן לראות מהאיור שעקומות הירידה במשקל של HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל דומות ושונות באופן משמעותי מאלה של HPMC. בין שני סוגי עקומות הרזיה עבור HPMC טהור ודגימות HPS טהורות.

מעקומות DTG באיור 6-3(ב), ניתן לראות שטמפרטורות הפירוק התרמי של HPS טהור עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל קרובות מאוד, וטמפרטורות השיא של הפירוק התרמי של דגימות A939 ו-A081 הן 310 מעלות צלזיוס. ו-305 מעלות צלזיוס, בהתאמה טמפרטורת שיא הפירוק התרמי של דגימת HPMC טהורה גבוהה משמעותית מזו של HPS, וטמפרטורת השיא שלה היא 365 מעלות צלזיוס; HPMC/HPS composite film has two thermal degradation peaks on the DTG curve, corresponding to the thermal degradation of HPS and HPMC, respectively. פסגות אופייניות, המצביעות על כך שישנה מידה מסוימת של הפרדת פאזות במערכת המרוכבת ביחס מרוכב של 5:5, התואמת את תוצאות הפירוק התרמי של הסרט המרוכב ביחס מרוכב של 5:5 בפרק 3 . טמפרטורות שיא הפירוק התרמי של דגימות סרטים מרוכבים HPMC/A1081 היו 306 מעלות צלזיוס ו-363 מעלות צלזיוס, בהתאמה. טמפרטורות השיא של דגימות הסרט המרוכב הועברו לטמפרטורות נמוכות יותר מאשר דגימות הרכיבים הטהורים, מה שהצביע על כך שהיציבות התרמית של הדגימות המרוכבות ירדה. 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 שהחדרת קבוצות הידרוקסיפרופיל למולקולות עמילן מפחיתה את האינטראקציה בין מקטעים מולקולריים ומעכבת סידור מחדש מסודר של מולקולות. זה תואם את התוצאות כי הצפיפות של מבנים דומים לעצמם יורדת עם עליית מידת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל.

איור 6-3 עקומות TGA (א) ועקומות הנגזרת שלהן (DTG) (ב) של סרטי תערובת HPMC/HPS עם דרגות החלפה שונות של הידרוקסיפרופיל של HPS

6.3.4 ניתוח מאפיינים מכניים של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

איור 6-5 תכונות מתיחה של סרטי HPMC/HPS עם דרגות החלפת הידרוקסיפרופיל שונות של HPS

תכונות המתיחה של סרטים מרוכבים של HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות נבדקו על ידי מנתח מאפיינים מכני ב-25 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 75%. איורים 6-5 מציגים את מודול האלסטי (א), התארכות בשבירה (ב) וחוזק מתיחה (ג) של סרטים מרוכבים עם דרגות שונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. ניתן לראות מהאיור כי עבור מערכת התרכובת HPMC/A1081, עם העלייה בתכולת ה-HPS, מודול האלסטי וחוזק המתיחה של הסרט המרוכב ירדו בהדרגה, וההתארכות בשבירה גדלה באופן משמעותי, מה שהיה עקבי עם 3.3. 5 לחות בינונית וגבוהה. התוצאות של הממברנות המרוכבות עם יחסי תרכובות 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 בעיקר כי עם עליית דרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, ההידרופיליות של HPS עולה, ומבנה הממברנה הופך רופף יותר, מה שעולה בקנה אחד עם התוצאה שהממד הפרקטלי יורד עם עליית דרגת ההחלפה בזווית הקטנה X- בדיקת 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 המרוכבת HPMC/HPS עם אותו יחס תרכובות, מודול האלסטי של חומר הממברנה גדל עם הירידה בדרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל, וחוזק המתיחה וההתארכות בשבירה יורדים שניהם עם הירידה בדרגת ההחלפה. ראוי לציין כי התכונות המכניות של הממברנות המרוכבות משתנות לחלוטין עם יחס ההרכבה עם הדרגות השונות של החלפת HPS הידרוקסיפרופיל. הסיבה לכך היא בעיקר כי התכונות המכניות של הממברנה המרוכבת לא מושפעות רק מדרגת ההחלפה של ה-HPS על מבנה הממברנה, אלא גם מהתאימות בין הרכיבים במערכת המורכבת. הצמיגות של HPS יורדת עם העלייה בדרגת החלפת הידרוקסיפרופיל, עדיף ליצור תרכובת אחידה על ידי תרכובת.

6.3.5 ניתוח חדירות חמצן של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות

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]. לכן, נמדדו שיעורי העברת החמצן של ממברנות מרוכבות HPMC/HPS עם דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות, 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 דרגת ההחלפה, מה שמעיד על כך שהאזור שבו החמצן חודר בחומר הממברנה גדל. זה עולה בקנה אחד עם ניתוח המיקרו-מבנה של פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה שמבנה הממברנה הופך רופף יותר עם עליית מידת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, כך שתעלת החדירה של החמצן בממברנה הופכת גדולה יותר, והחמצן בממברנה. מחלחל ככל שהשטח גדל, גם קצב העברת החמצן עולה בהדרגה.

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

עבור הממברנות המרוכבות עם דרגות החלפת הידרוקסיפרופיל HPS שונות, קצב העברת החמצן יורד עם העלייה בדרגת החלפת ההידרוקסיפרופיל. הסיבה לכך היא בעיקר שבמערכת התרכובות 5:5, HPS קיים בצורה של פאזה מפוזרת בשלב הרציף של HPMC בעל צמיגות נמוכה, והצמיגות של HPS יורדת עם העלייה בדרגת החלפת הידרוקסיפרופיל. ככל שהפרש הצמיגות קטן יותר, כך תורם יותר להיווצרות תרכובת הומוגנית, כך תעלת חדירת החמצן בחומר הממברנה מתפתלת יותר, וקצב העברת החמצן קטן יותר.

6.4 סיכום פרק

בפרק זה הוכנו סרטים מרוכבים למאכל HPMC/HPS על ידי יציקת HPS ו-HPS עם דרגות שונות של החלפת הידרוקסיפרופיל, והוספת פוליאתילן גליקול כחומר פלסטי. ההשפעה של דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות על מבנה הגביש ומבנה המיקרו-דומיין של הממברנה המרוכבת נחקרה על ידי טכנולוגיית פיזור קרינת סינכרוטרון בזווית קטנה. ההשפעות של דרגות החלפת HPS הידרוקסיפרופיל שונות על היציבות התרמית, התכונות המכניות וחדירות החמצן של ממברנות מרוכבות וחוקיהן נחקרו על ידי מנתח תרמו-גרבימטרי, בודק מאפיינים מכניים ובודק חדירות חמצן. הממצאים העיקריים הם כדלקמן:

1. עבור הממברנה המרוכבת HPMC/HPS עם אותו יחס תרכובות, עם עליית דרגת החלפת הידרוקסיפרופיל, שטח שיא ההתגבשות המקביל ל-HPS ב-5.30 יורד, בעוד ששטח שיא ההתגבשות המקביל ל-HPMC ב-7.70 אינו משתנה הרבה, מה שמעיד על כך ש- הידרוקסיפרופילציה של עמילן יכולה לעכב את התגבשות מחדש של עמילן בסרט המרוכב.
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 המרוכבות. התגבשות מחדש של רכיב אחר ממלאת תפקיד מעכב מסוים.
3. כל הממברנות המורכבות של HPMC/HPS הראו מבנה פרקטלי מסה דומה. עבור ממברנות מרוכבות עם אותו יחס תרכובות, צפיפות חומר הממברנה ירדה באופן משמעותי עם העלייה בדרגת החלפת הידרוקסיפרופיל; 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 בגלל שהצפיפות של חומר הממברנה המרוכבת מושפעת בו זמנית. ההשפעה של HPS הידרוקסיפרופילציה על הפחתת קשירת מקטעי פולימר והתאימות בין שני המרכיבים של מערכת התרכובת.
4. הידרוקסיפרופילציה של HPS יכולה להפחית את היציבות התרמית של סרטים מרוכבים של HPMC/HPS, וטמפרטורת שיא הפירוק התרמי של סרטים מרוכבים עוברת לאזור הטמפרטורה הנמוכה עם עליית דרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, וזה בגלל קבוצת ההידרוקסיפרופיל במולקולות העמילן. המבוא מפחית את האינטראקציה בין מקטעים מולקולריים ומעכב סידור מחדש מסודר של מולקולות.
5. מודול האלסטי וחוזק המתיחה של ממברנת HPS טהורה ירדו עם עליית דרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל, בעוד שההתארכות בהפסקה גדלה. הסיבה לכך היא בעיקר כי הידרוקסיפרופילציה מעכבת את התגבשות מחדש של עמילן וגורמת לסרט המרוכב ליצור מבנה רופף יותר.
6. מודול האלסטי של הסרט המרוכב של HPMC/HPS ירד עם העלייה בדרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל, אך חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה גדלו, מכיוון שהתכונות המכניות של הסרט המרוכב לא הושפעו מדרגת ההחלפה של HPS הידרוקסיפרופיל. In addition to the influence of, it is also affected by the compatibility of the two components of the compound system.
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. חדירות חמצן מופחתת.

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 ליד המתחם. השפעת תאימות דו-רכיבי של מערכות ליגנד.

מסקנה ותפיסה

1. מַסְקָנָה

במאמר זה מורכבים הג'ל התרמי HPMC והג'ל הקר HPS, ונבנית מערכת התרכובות הג'ל ההפוכות קר וחם HPMC/HPS. ריכוז התמיסה, יחס ההרכבה והשפעת הגזירה על מערכת התרכובת נחקרים באופן שיטתי את ההשפעה של תכונות ריאולוגיות כגון צמיגות, אינדקס זרימה ותיקסוטרופיה, בשילוב עם התכונות המכניות, התכונות התרמו-מכאניות הדינמיות, חדירות החמצן, תכונות העברת האור והיציבות התרמית של סרטים מרוכבים שהוכנו בשיטת הליהוק. מאפיינים מקיפים, וצביעת יין יוד התאימות, מעבר הפאזות ומורפולוגיית הפאזות של המערכת המרוכבת נחקרו במיקרוסקופיה אופטית, ונקבע הקשר בין המיקרו-מבנה והמאפיינים המקרוסקופיים של HPMC/HPS. על מנת לשלוט במאפייני החומרים המרוכבים על ידי שליטה במבנה הפאזה ותאימות המערכת המרוכבת HPMC/HPS לפי הקשר בין המאפיינים המקרוסקופיים למבנה המיקרומורפולוגי של המערכת המרוכבת HPMC/HPS. על ידי לימוד ההשפעות של HPS שעבר שינוי כימי בדרגות שונות על התכונות הריאולוגיות, תכונות הג'ל, המיקרו-מבנה והמאפיינים המקרוסקופיים של ממברנות, נחקר עוד יותר הקשר בין המיקרו-מבנה והמאפיינים המקרוסקופיים של מערכת הג'ל ההפוכה הקרה והחמה של HPMC/HPS. הקשר בין השניים, ונקבע מודל פיזיקלי להבהרת מנגנון הג'לציה וגורמי ההשפעה וחוקי הג'ל הקר והחם במערכת התרכובת. מחקרים רלוונטיים הסיקו את המסקנות הבאות.

1. שינוי יחס ההרכבה של מערכת תרכובות HPMC/HPS יכול לשפר באופן משמעותי את התכונות הריאולוגיות כגון צמיגות, נזילות ותיקוטרופיה של HPMC בטמפרטורה נמוכה. הקשר בין התכונות הריאולוגיות למבנה המיקרו של מערכת התרכובת נחקר עוד יותר. התוצאות הספציפיות הן כדלקמן:

(1) בטמפרטורה נמוכה, מערכת המתחם היא מבנה פאזה מתמשך מפוזר פאזה "אי-ים", ומעבר הפאזות הרציף מתרחש ב-4:6 עם הירידה ביחס התרכובת HPMC/HPS. כאשר יחס ההרכבה גבוה (יותר תכולת HPMC), HPMC עם צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, ו-HPS הוא השלב המפוזר. עבור מערכת התרכובת HPMC/HPS, כאשר הרכיב בעל הצמיגות הנמוכה הוא השלב הרציף והרכיב בעל הצמיגות הגבוהה הוא השלב הרציף, התרומה של צמיגות הפאזה הרציפה לצמיגות המערכת המורכבת שונה באופן משמעותי. כאשר HPMC בעל צמיגות נמוכה הוא השלב הרציף, הצמיגות של המערכת המורכבת משקפת בעיקר את התרומה של צמיגות הפאזה הרציפה; כאשר ה-HPS בעל הצמיגות הגבוהה הוא השלב הרציף, ה- HPMC כשלב המפוזר יפחית את הצמיגות של ה-HPS בעל הצמיגות הגבוהה. אֵפֶקְט. עם העלייה בתכולת ה-HPS ובריכוז התמיסה במערכת התרכובת, תופעת הצמיגות והדילול הגזירה של מערכת התרכובת עלתה בהדרגה, הנזילות ירדה וההתנהגות הדומה למוצק של מערכת התרכובת הוגברה. הצמיגות והתיקסוטרופיה של HPMC מאוזנים על ידי הניסוח עם HPS.

(2) עבור מערכת תרכובת של 5:5, HPMC ו-HPS יכולים ליצור שלבים רציפים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, בהתאמה. שינוי מבנה פאזה זה יכול להשפיע באופן משמעותי על הצמיגות המורכבת, תכונות ויסקו אלסטיות, תלות בתדר 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. העקומות הוויזואלסטיות של הדגימות המרוכבות של HPMC/HPS היו עקביות עם HPS בטמפרטורה נמוכה ו-HPS בטמפרטורה גבוהה.

(3) הקשר בין המיקרו-מבנה, המאפיינים הראוולוגיים ותכונות הג'ל של מערכת מרוכבת HPMC/HPS נקבע. גם השינוי הפתאומי בעקומת הצמיגות של המערכת המורכבת וגם שיא הדלתא השזוף בעקומת גורם ההפסד מופיעים ב-45 מעלות צלזיוס, מה שעולה בקנה אחד עם תופעת הפאזה המשותפת שנצפתה במיקרוגרף (ב-45 מעלות צלזיוס).

1. על ידי לימוד המיקרו-מבנה והתכונות המכניות, תכונות תרמו-מכאניות דינמיות, העברת אור, חדירות חמצן ויציבות תרמית של הממברנות המרוכבות שהוכנו תחת יחסי תרכובות וריכוזי תמיסה שונים, בשילוב עם טכנולוגיית צביעת יוד מיקרוסקופיה אופטית, מחקר על מורפולוגיית השלב, מעבר פאזה ותאימות מהמתחמים נחקרו, ונקבע הקשר בין המבנה המיקרו למאפיינים המקרוסקופיים של הקומפלקסים. התוצאות הספציפיות הן כדלקמן:

(1) אין ממשק דו-פאזי ברור בתמונות SEM של הסרטים המרוכבים עם יחסי הרכבה שונים. לרוב הסרטים המרוכבים יש רק נקודת מעבר זכוכית אחת בתוצאות ה-DMA, ולרוב הסרטים המרוכבים יש רק שיא פירוק תרמי אחד בעקומת DTG. אלה יחד מצביעים על כך של-HPMC יש תאימות מסוימת ל-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) הקשר בין מבנה המיקרו, מעבר פאזה, שקיפות ותכונות מכניות של המערכת המרוכבת HPMC/HPS נקבע. א. נקודת השקיפות הנמוכה ביותר של מערכת המתחם עולה בקנה אחד עם נקודת מעבר הפאזה של HPMC מהשלב הרציף לשלב המפוזר ונקודת המינימום של ירידה במודול המתיחה. ב. מודול ה-Young והתארכות בהפסקה יורדים עם עליית ריכוז התמיסה, אשר קשורה באופן סיבתי לשינוי המורפולוגי של HPMC משלב מתמשך לשלב מפוזר במערכת התרכובת.

(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. נחקרה ההשפעה של שינוי כימי HPS על התכונות הריאולוגיות של המערכת המרוכבת והתכונות המקיפות של הממברנה המרוכבת כגון מבנה הגביש, מבנה האזור האמורפי, 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) הידרוקסיפרופילציה של HPS ושיפור התאימות של שני הרכיבים יכולים לעכב באופן משמעותי את התגבשות מחדש של עמילן בממברנה, ולקדם את היווצרותו של מבנה דומה-עצמי רופף יותר בממברנה המרוכבת. הכנסת קבוצות הידרוקסיפרופיל מגושמות בשרשרת המולקולרית העמילן מגבילה את הקישור ההדדי והסידור מחדש המסודר של מקטעים מולקולריים של HPS, וכתוצאה מכך להיווצרות מבנה דומה-עצמי רופף יותר של HPS. עבור המערכת המורכבת, העלייה בדרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל מאפשרת למולקולות HPMC דמויות שרשרת להיכנס לאזור החלל הרופף של HPS, מה שמשפר את התאימות של המערכת המורכבת ומשפר את צפיפות המבנה הדומה לעצמו של HPS. התאימות של מערכת התרכובת עולה עם עליית דרגת ההחלפה של קבוצת הידרוקסיפרופיל, מה שעולה בקנה אחד עם התוצאות של תכונות ריאולוגיות.

(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 התאימות של שני הרכיבים.

1. על ידי לימוד ההשפעות של ריכוז התמיסה, הטמפרטורה והשינוי הכימי של HPS על התכונות הריאולוגיות של מערכת התרכובות, נדון מנגנון הג'ל של מערכת תרכובת ג'ל הפוך HPMC/HPS חום קר-חום. התוצאות הספציפיות הן כדלקמן:

(1) קיים ריכוז קריטי (8%) במערכת התרכובת, מתחת לריכוז הקריטי, HPMC ו-HPS קיימים בשרשרות מולקולריות ובאזורי פאזה עצמאיים; כאשר הריכוז הקריטי מושג, שלב ה-HPS נוצר בתמיסה כעיבוי. מרכז הג'ל הוא מבנה מיקרוג'ל המחובר על ידי השזירה של שרשראות מולקולריות HPMC; מעל הריכוז הקריטי, השזירה מורכבת יותר והאינטראקציה חזקה יותר, והתמיסה מראה התנהגות דומה לזו של נמס פולימר.

(2) למערכת המורכבת יש נקודת מעבר של פאזה רציפה 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. בקצוות של שני השלבים, קבוצות ההידרוקסיל בשרשרת HPMC מאבדות חלק מהמים הקושרים שלהן ויוצרות קשרי מימן בין מולקולריים עם השרשרת המולקולרית HPS. במהלך תהליך החימום, השרשראות המולקולריות של HPS נעו עקב ספיגת אנרגיה מספקת ויצרו קשרי מימן עם מולקולות מים, וכתוצאה מכך נקרע מבנה הג'ל. במקביל, נהרסו מבני כלוב המים וקונכיות המים בשרשראות HPMC, ונקרעו בהדרגה כדי לחשוף קבוצות הידרופיליות וצבירים הידרופוביים. בטמפרטורה גבוהה, HPMC יוצר מבנה רשת ג'ל עקב קשרי מימן בין-מולקולריים ואסוציאציה הידרופוביה, וכך הופך לשלב מפוזר בעל צמיגות גבוהה המפוזר בשלב הרציף 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 דרגת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל, יש יותר שברי סליל מתוחים בתמיסת HPS, שיכולים ליצור יותר קשרי מימן בין מולקולריים עם השרשרת המולקולרית HPMC בגבול שני השלבים, וכך ליצור מבנה אחיד יותר. הידרוקסיפרופילציה מפחיתה את הצמיגות של עמילן, כך שהפרש הצמיגות בין HPMC ל-HPS בתרכובת מצטמצם, דבר המסייע ליצירת תרכובת הומוגנית יותר, והערך המינימלי של הפרש הצמיגות בין שני המרכיבים עובר לנמוך אזור טמפרטורה.

2. נקודות חדשנות

1. לתכנן ולבנות את מערכת תרכובות הג'ל HPMC/HPS קר וחם היפוך פאזה, ולחקור באופן שיטתי את התכונות הריאולוגיות הייחודיות של מערכת זו, במיוחד ריכוז תמיסת התרכובת, יחס תרכובות, 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. For the first time, the Arrhenius model was used to fit the gel formation law of the cold and hot reversed-phase composite gels in different temperature ranges.

2. הפצת הפאזות, מעבר השלב והתאימות של מערכת מרוכבת HPMC/HPS נצפו על ידי טכנולוגיית ניתוח מיקרוסקופ אופטי צביעת יוד, והמאפיינים המכאניים-שקיפות נקבעו על ידי שילוב המאפיינים האופטיים והמאפיינים המכניים של סרטים מרוכבים. הקשר בין מיקרו-מבנה ותכונות מקרוסקופיות כגון תכונות-מורפולוגיה של שלב וריכוז-מאפיינים מכאניים-מורפולוגיה של שלב. זוהי הפעם הראשונה לצפות ישירות בחוק השינוי של מורפולוגיית הפאזה של מערכת תרכובת זו עם יחס חיבור, טמפרטורה וריכוז, במיוחד תנאי מעבר הפאזה והשפעת מעבר הפאזה על תכונות המערכת המורכבת.

3. המבנה הגבישי והמבנה האמורפי של ממברנות מורכבות עם תארים שונים של HPS Hydroxypropyl החלפה נבדקו על ידי SAXS, ומנגנון הג'לציה והשפעתם של ג'לים מורכבים נדונו בשילוב עם תוצאות ריאולוגיות ותכונות מקרוסקופיות כגון חדירות חמצן של מומחיות מורכבות. 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 תכונות ריאולוגיות-מיקרו-מבנה-ממברנה בין תכונות החומר.

3. אאוטלוק

בשנים האחרונות הפך פיתוח חומרי אריזת מזון בטוחים ואכילים תוך שימוש בפולימרים טבעיים מתחדשים כחומרי גלם למוקד מחקר בתחום אריזות המזון. In this paper, natural polysaccharide is used as the main raw material. על ידי שילוב של HPMC ו-HPS, עלות חומרי הגלם מופחתת, ביצועי העיבוד של HPMC בטמפרטורה נמוכה משתפרים וביצועי מחסום החמצן של הממברנה המרוכבת משתפרים. באמצעות שילוב של ניתוח ריאולוגי, ניתוח מיקרוסקופ אופטי צביעת יוד ומיקרו-מבנה של סרט מרוכב וניתוח ביצועים מקיף, נחקרו מורפולוגיה של פאזה, מעבר פאזה, הפרדת פאזות ותאימות של מערכת מרוכבת הג'ל הפוכה-חמה-קר. הוקם הקשר בין מיקרו -מבנה לתכונות מקרוסקופיות של המערכת המורכבת. על פי הקשר בין המאפיינים המקרוסקופיים למבנה המיקרומורפולוגי של המערכת המרוכבת HPMC/HPS, ניתן לשלוט במבנה הפאזה והתאימות של המערכת המרוכבת כדי לשלוט בחומר המרוכב. למחקר במאמר זה יש משמעות מנחה חשובה לתהליך הייצור בפועל; נידונים מנגנון היווצרות, גורמי השפעה וחוקים של ג'לים מרוכבים קרים וחמים, שהיא מערכת מרוכבת דומה של ג'לים הפוך 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 את ההצטלבות של מזון, חומר, ג'ל ותרכובות ודיסציפלינות אחרות. בשל מגבלת הזמן ושיטות המחקר, למחקר בנושא זה יש נקודות רבות שטרם גמורות, אותן ניתן להעמיק ולשפר מההיבטים הבאים. לְהַרְחִיב:

היבטים תיאורטיים:

1. לחקור את ההשפעות של יחסי ענפי שרשרת שונים, משקלים מולקולריים וזנים של HPS על התכונות הריאולוגיות, תכונות הממברנה, מורפולוגיית הפאזות והתאימות של מערכת התרכובת, ולחקור את חוק השפעתה על מנגנון יצירת 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. השפעה על שלטון מנגנון היווצרות הג'ל.
3. נחקרה ההשפעה של מלח, pH, חומר פלסטי, חומר צולב, חומר אנטיבקטריאלי ומערכות תרכובות אחרות על תכונות ריאולוגיות, תכונות ג'ל, מבנה ותכונות הממברנה וחוקיהן.

יישום:

1. ייעל את הנוסחה ליישום האריזה של חבילות תיבול, חבילות ירקות ומרקים מוצקים, ולמד את השפעת השימור של תבלינים, ירקות ומרקים במהלך תקופת האחסון, התכונות המכניות של החומרים והשינויים בביצועי המוצר כאשר הם נתונים לכוחות חיצוניים , ומסיסות מים ואינדקס היגייני של החומר. ניתן ליישם אותו גם על מזון מגורען כמו קפה ותה חלב, כמו גם אריזות אכילות 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. נבדקו אינדיקטורים פיזיקליים וכימיים כגון פריכות, זמן פירוק, תכולת מתכות כבדות ותכולת חיידקים.
3. ליישום טרי של פירות וירקות, מוצרי בשר וכו', על פי שיטות העיבוד השונות של ריסוס, טבילה וצביעה, בחר את הנוסחה המתאימה, ולמד את שיעור הפירות הרקובים, איבוד הלחות, 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.