HPMC/HPS kompleksa reoloģija un saderība

Reoloģija un saderībaHPMC/HPSKomplekss

Atslēgas vārdi: hidroksipropilmetilceluloze; hidroksipropilciete; reoloģiskās īpašības; saderība; ķīmiskā modifikācija.

Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC) ir polisaharīda polimērs, ko parasti izmanto ēdamo plēvju pagatavošanai. To plaši izmanto pārtikas un medicīnas jomā. Plēvei ir laba caurspīdīgums, mehāniskās īpašības un eļļas barjeras īpašības. Tomēr HPMC ir termiski inducēts gēls, kas samazina tā apstrādes veiktspēju zemā temperatūrā un augstu ražošanas enerģijas patēriņu; turklāt tā dārgā izejvielu cena ierobežo tā plašo pielietojumu, tostarp farmācijas jomā. Hidroksipropilciete (HPS) ir ēdams materiāls, ko plaši izmanto pārtikas un medicīnas jomā. Tam ir plašs avotu klāsts un zema cena. Tas ir ideāls materiāls, lai samazinātu HPMC izmaksas. Turklāt HPS aukstā gēla īpašības var līdzsvarot HPMC viskozitāti un citas reoloģiskās īpašības. , lai uzlabotu tā apstrādes veiktspēju zemā temperatūrā. Turklāt HPS ēdamajai plēvei ir lieliskas skābekļa barjeras īpašības, tāpēc tā var ievērojami uzlabot HPMC ēdamās plēves skābekļa barjeras īpašības.

HPMC tika pievienots HPMC savienošanai, un tika izveidota HPMC/HPS aukstā un karstā apgrieztās fāzes gēla savienojumu sistēma. Tika apspriests īpašību ietekmes likums, HPS un HPMC mijiedarbības mehānisms šķīdumā, savienojumu sistēmas savietojamība un fāzu pāreja, kā arī noskaidrota savienojumu sistēmas reoloģisko īpašību un struktūras sakarība. Rezultāti liecina, ka savienojumu sistēmai ir kritiskā koncentrācija (8%), zem kritiskās koncentrācijas, HPMC un HPS pastāv neatkarīgās molekulārās ķēdēs un fāzes reģionos; virs kritiskās koncentrācijas šķīdumā kā gēla centrs veidojas HPS fāze. Mikrogēla struktūra, ko savieno HPMC molekulāro ķēžu savijums, uzrāda līdzīgu izturēšanos kā polimēra kausējumam. Savienojumu sistēmas reoloģiskās īpašības un savienojumu attiecība atbilst logaritmiskās summas likumam un uzrāda zināmu pozitīvās un negatīvās novirzes pakāpi, kas norāda, ka abiem komponentiem ir laba savietojamība. Savienojumu sistēma ir nepārtrauktas fāzes izkliedēta fāzes “jūras sala” struktūra zemā temperatūrā, un nepārtraukta fāzes pāreja notiek 4:6, samazinoties HPMC/HPS savienojuma attiecībai.

Pārtikas iepakojums kā svarīga pārtikas preču sastāvdaļa var novērst pārtikas bojājumus un piesārņojumu ar ārējiem faktoriem aprites un uzglabāšanas procesā, tādējādi pagarinot pārtikas derīguma termiņu un uzglabāšanas laiku. Kā jauna veida pārtikas iepakojuma materiāls, kas ir drošs un ēdams un pat ar noteiktu uzturvērtību, pārtikas plēvei ir plašas pielietojuma perspektīvas pārtikas iepakošanā un konservēšanā, ātrās ēdināšanas un farmaceitiskās kapsulās, un tā ir kļuvusi par pašreizējo pārtikas produktu pētniecības vietu. Ar iepakojumu saistītie lauki.

HPMC/HPS kompozītmateriālu membrāna tika sagatavota ar liešanas metodi. Kompozītā sistēmas savietojamība un fāzes atdalīšana tika tālāk izpētīta, skenējot elektronu mikroskopiju, dinamisko termomehānisko īpašību analīzi un termogravimetrisko analīzi, kā arī kompozītmateriāla membrānas mehāniskās īpašības. un skābekļa caurlaidība un citas membrānas īpašības. Rezultāti liecina, ka visu salikto plēvju SEM attēlos nav atrasta acīmredzama divfāžu saskarne, lielākajai daļai kompozītmateriālu plēvju DMA rezultātos ir tikai viens stiklojuma pārejas punkts, un DTG līknēs parādās tikai viens termiskās noārdīšanās maksimums. lielākā daļa kompozītu filmu. HPMC ir noteikta savietojamība ar HPS. HPS pievienošana HPMC ievērojami uzlabo kompozītmateriālu membrānas skābekļa barjeras īpašības. Kompozītmateriālu membrānas mehāniskās īpašības ļoti atšķiras atkarībā no maisījuma attiecības un vides relatīvā mitruma, un tās ir krustošanās punkts, kas var sniegt atsauci produkta optimizācijai dažādām pielietojuma prasībām.

HPMC/HPS savienojumu sistēmas mikroskopiskā morfoloģija, fāžu sadalījums, fāzu pāreja un citas mikrostruktūras tika pētītas ar vienkāršu joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzi, bet savienojumu sistēmas caurspīdīgums un mehāniskās īpašības pētītas ar ultravioleto spektrofotometru un mehānisko īpašību testeri. Tika noteikta saistība starp mikroskopisko morfoloģisko struktūru un HPMC/HPS savienojumu sistēmas makroskopiski visaptverošo veiktspēju. Rezultāti liecina, ka savienojumu sistēmā, kam ir laba savietojamība, ir liels skaits mezofāžu. Savienojumu sistēmā ir fāzes pārejas punkts, un šim fāzes pārejas punktam ir noteikta savienojuma attiecība un atkarība no šķīduma koncentrācijas. Savienojumu sistēmas zemākais caurspīdīguma punkts atbilst HPMC fāzes pārejas punktam no nepārtrauktas fāzes uz izkliedētu fāzi un stiepes moduļa minimālo punktu. Younga modulis un pārtraukuma pagarinājums samazinājās, palielinoties šķīduma koncentrācijai, kam bija cēloņsakarība ar HPMC pāreju no nepārtrauktas fāzes uz izkliedēto fāzi.

Ar reometru tika pētīta HPS ķīmiskās modifikācijas ietekme uz HPMC/HPS aukstās un karstās apgrieztās fāzes gēla savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām un gēla īpašībām. Tika pētītas jaudas un fāzu pārejas, kā arī noteikta saikne starp mikrostruktūru un reoloģiskajām un gēla īpašībām. The research results show that the hydroxypropylation of HPS can reduce the viscosity of the compound system at low temperature, improve the fluidity of the compound solution, and reduce the phenomenon of shear thinning; HPS hidroksipropilēšana var sašaurināt savienojumu sistēmas lineāro viskozitāti. In the elastic region, the phase transition temperature of the HPMC/HPS compound system is reduced, and the solid-like behavior of the compound system at low temperature and the fluidity at high temperature are improved. HPMC and HPS form continuous phases at low and high temperatures, respectively, and as dispersed phases determine the rheological properties and gel properties of the composite system at high and low temperatures. Both the abrupt change in the viscosity curve of the compounded system and the tan delta peak in the loss factor curve appear at 45 °C, which echoes the co-continuous phase phenomenon observed in the iodine-stained micrographs at 45 °C.

HPS ķīmiskās modifikācijas ietekme uz kompozītplēves kristālisko struktūru un mikrodivīzijas struktūru tika pētīta ar sinhrotronu starojuma maza leņķa rentgenstaru izkliedes tehnoloģiju, un tika pētītas kompozītplēves mehāniskās īpašības, skābekļa barjeras īpašības un termiskā stabilitāte. sistemātiski pētīja savienojumu komponentu ķīmiskās struktūras izmaiņu ietekmi uz savienojumu sistēmu mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām. Sinhrotrona starojuma rezultāti parādīja, ka HPS hidroksipropilēšana un abu komponentu savietojamības uzlabošana var būtiski kavēt cietes pārkristalizāciju membrānā un veicināt brīvākas sev līdzīgas struktūras veidošanos kompozītmateriālu membrānā. HPMC / HPS kompozītmateriālu membrānas makroskopiskās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, termiskā stabilitāte un skābekļa caurlaidība, ir cieši saistītas ar tās iekšējo kristālisko struktūru un amorfā reģiona struktūru. Abu efektu kopējā ietekme.

Pirmā nodaļa Ievads

Pārtikas iepakojuma materiāli kā svarīga pārtikas preču sastāvdaļa var aizsargāt pārtiku no fizikāliem, ķīmiskiem un bioloģiskiem bojājumiem un piesārņojuma aprites un uzglabāšanas laikā, uzturēt pašas pārtikas kvalitāti, atvieglot pārtikas patēriņu un nodrošināt pārtiku. Ilgstoša uzglabāšana un saglabāšana, kā arī ēdiena izskata piešķiršana, lai piesaistītu patēriņu un iegūtu vērtību, kas pārsniedz materiālu izmaksas [1-4]. Kā jauna veida pārtikas iepakojuma materiāls, kas ir drošs un ēdams un pat ar noteiktu uzturvērtību, pārtikas plēvei ir plašas pielietojuma perspektīvas pārtikas iepakošanā un konservēšanā, ātrās ēdināšanas un farmaceitiskās kapsulās, un tā ir kļuvusi par pašreizējo pārtikas produktu pētniecības vietu. ar iepakojumu saistītās jomas.

Pārtikas plēves ir plēves ar porainu tīkla struktūru, ko parasti iegūst, apstrādājot dabiskos ēdamos polimērus. Daudziem dabā esošajiem dabīgajiem polimēriem ir gēla īpašības, un to ūdens šķīdumi noteiktos apstākļos var veidot hidrogēlus, piemēram, daži dabiskie polisaharīdi, proteīni, lipīdi utt. Dabiski strukturālie polisaharīdi, piemēram, ciete un celuloze, to īpašās garās ķēdes spirāles molekulārās struktūras un stabilo ķīmisko īpašību dēļ var būt piemēroti ilgstošai un dažādām uzglabāšanas vidēm, un tie ir plaši pētīti kā ēdami plēvi veidojoši materiāli. Ēdamām plēvēm, kas izgatavotas no viena polisaharīda, bieži ir noteikti darbības ierobežojumi. Tāpēc, lai novērstu viena polisaharīda ēdamo plēvju ierobežojumus, iegūtu īpašas īpašības vai attīstītu jaunas funkcijas, samazinātu produktu cenas un paplašinātu to pielietojumu, parasti tiek izmantoti divu veidu polisaharīdi. Vai arī iepriekš minētie dabīgie polisaharīdi tiek sajaukti, lai panāktu komplementāro īpašību efektu. Tomēr dažādu polimēru molekulārās struktūras atšķirību dēļ pastāv noteikta konformācijas entropija, un lielākā daļa polimēru kompleksu ir daļēji saderīgi vai nesaderīgi. Polimēru kompleksa fāzes morfoloģija un savietojamība noteiks kompozītmateriāla īpašības. Deformācijas un plūsmas vēsture apstrādes laikā būtiski ietekmē struktūru. Tāpēc tiek pētītas polimēru kompleksu sistēmas makroskopiskās īpašības, piemēram, reoloģiskās īpašības. Savstarpējā saistība starp mikroskopiskām morfoloģiskajām struktūrām, piemēram, fāzu morfoloģiju un savietojamību, ir svarīga, lai regulētu kompozītmateriālu veiktspēju, analīzi un modifikācijas, apstrādes tehnoloģiju, vadītu formulu izstrādi un apstrādes iekārtu konstrukciju un novērtētu ražošanu. Liela nozīme ir produkta apstrādes veiktspējai un jaunu polimērmateriālu izstrādei un pielietošanai.

Šajā nodaļā ir detalizēti apskatīts ēdamo plēvju materiālu izpētes statuss un pielietošanas gaita; dabisko hidrogēlu izpētes situācija; polimēru sajaukšanas mērķis un metode un polisaharīdu sajaukšanas izpētes gaita; sajaukšanas sistēmas reoloģiskās izpētes metode; Tiek analizētas un apspriestas aukstās un karstās reversās gēla sistēmas reoloģiskās īpašības un modeļa uzbūve, kā arī šī darba pētījuma nozīme, pētījuma mērķis un izpēte.

1.1 Pārtikas plēve

Pārtikas plēve attiecas uz plastifikatoru un šķērssaistīšanas aģentu pievienošanu, kuru pamatā ir dabiskas ēdamas vielas (piemēram, strukturālie polisaharīdi, lipīdi, olbaltumvielas), izmantojot dažādas starpmolekulāras mijiedarbības, savienojot, karsējot, pārklājot, žāvējot utt. Plēve ar porainu tīklu. ārstēšanas rezultātā veidota struktūra . Tas var nodrošināt dažādas funkcijas, piemēram, atlasāmas barjeras īpašības gāzei, mitrumam, saturam un ārējām kaitīgām vielām, lai uzlabotu pārtikas sensoro kvalitāti un iekšējo struktūru, kā arī pagarinātu pārtikas produktu uzglabāšanas laiku vai glabāšanas laiku.

1.1.1. Pārtikas filmu attīstības vēsture

Ēdamās plēves attīstība meklējama 12. un 13. gadsimtā. Tolaik ķīnieši izmantoja vienkāršu vaksācijas metodi, lai pārklātu citrusaugļus un citronus, kas efektīvi samazināja ūdens zudumus augļos un dārzeņos, lai augļi un dārzeņi saglabātu sākotnējo spīdumu, tādējādi pagarinot augļu un dārzeņu glabāšanas laiku. dārzeņus, bet pārmērīgi kavē augļu un dārzeņu aerobo elpošanu, izraisot augļu fermentācijas pasliktināšanos. 15. gadsimtā aziāti jau bija sākuši izgatavot ēdamo plēvi no sojas piena un izmantoja to pārtikas aizsardzībai un ēdiena izskata uzlabošanai [20]. 16. gadsimtā briti izmantoja taukus, lai pārklātu pārtikas virsmas, lai samazinātu pārtikas mitruma zudumu. 19. gadsimtā saharozi pirmo reizi izmantoja kā ēdamu pārklājumu riekstiem, mandelēm un lazdu riekstiem, lai uzglabāšanas laikā novērstu oksidēšanos un sasmakšanu. 20. gs. 30. gados parādījās komerciālas karsti kausētas parafīna plēves tādiem augļiem kā āboli un bumbieri. 19. gadsimta beigās želatīna plēves tiek izsmidzinātas uz gaļas produktu un citu pārtikas produktu virsmas pārtikas konservēšanai. 1950. gadu sākumā no karnaubas vaska utt. tika izgatavotas eļļa ūdenī emulsijas svaigu augļu un dārzeņu pārklāšanai un konservēšanai. 1950. gadu beigās sāka attīstīties pētījumi par ēdamām plēvēm, ko izmanto gaļas produktiem, un visplašākais un veiksmīgākais piemērs ir klizma produkti, kas no dzīvnieku tievajām zarnām pārstrādāti zarnās.

Kopš 20. gadsimta 50. gadiem var teikt, ka ēdamās plēves jēdziens ir tikai īsti ierosināts. Kopš tā laika daudzi pētnieki ir radījuši lielu interesi par ēdamajām plēvēm. 1991. gadā Nisperes uzklāja karboksimetilcelulozi (CMC) banānu un citu augļu pārklāšanai un konservēšanai, tika samazināta augļu elpošana un aizkavēta hlorofila zudums. Park et al. 1994. gadā ziņoja par zeīna proteīna plēves efektīvām barjeras īpašībām pret O2 un CO2, kas uzlaboja ūdens zudumu, tomātiem vītumu un krāsas maiņu. 1995. gadā Lourdin izmantoja atšķaidītu sārma šķīdumu cietes apstrādei un pievienoja glicerīnu, lai zemenes pārklātu ar svaigumu, kas samazināja zemeņu ūdens zudumu un aizkavēja bojāšanos. Baberjee uzlaboja ēdamās plēves īpašības 1996. gadā ar mikrosašķidrināšanu un plēvi veidojošā šķidruma apstrādi ar ultraskaņu, tāpēc tika ievērojami samazināts plēvi veidojošā šķidruma daļiņu izmērs un uzlabota emulsijas viendabīgā stabilitāte. 1998. gadā Padegetts u.c. pievienoja lizocīmu vai nizīnu sojas proteīna ēdamajai plēvei un izmantoja to pārtikas iesaiņošanai, un atklāja, ka pienskābes baktēriju augšana pārtikā tika efektīvi kavēta [30]. 1999. gadā Yin Qinghong et al. izmantoja bišu vasku, lai izveidotu plēves pārklājuma līdzekli ābolu un citu augļu konservēšanai un uzglabāšanai, kas varētu kavēt elpošanu, novērst saraušanos un svara zudumu un kavēt mikrobu invāziju.

Daudzus gadus kukurūzas vārglāzes saldējuma iesaiņošanai, lipīgs rīspapīrs konfekšu iesaiņošanai un tofu miziņas gaļas ēdieniem ir tipisks ēdamais iepakojums. Taču 1967. gadā ēdamo plēvju komerciālas izmantošanas praktiski nebija, un pat ar vasku pārklātu augļu konservēšana bija ļoti ierobežota. Līdz 1986. gadam daži uzņēmumi sāka piegādāt pārtikas plēves izstrādājumus, un līdz 1996. gadam pārtikas plēves uzņēmumu skaits bija pieaudzis līdz vairāk nekā 600. Pašlaik pārtikas plēves izmantošana pārtikas iepakojuma konservēšanā pieaug un ir sasniegusi gada ieņēmumi ir vairāk nekā 100 miljoni ASV dolāru.

1.1.2. Ēdamo plēvju raksturojums un veidi

Saskaņā ar attiecīgiem pētījumiem pārtikas plēvei ir šādas izcilas priekšrocības: ēdamā plēve var novērst pārtikas kvalitātes pazemināšanos un pasliktināšanos, ko izraisa dažādu pārtikas vielu savstarpēja migrācija; dažām ēdamām plēves sastāvdaļām pašām ir īpaša uzturvērtība un veselības aprūpes funkcija; pārtikas plēvei ir izvēles barjeras īpašības pret CO2, O2 un citām gāzēm; ēdamo plēvi var izmantot mikroviļņu krāsnī, cepšanai, ceptu ēdienu un zāļu plēvei un pārklājumam; ēdamo plēvi var izmantot kā antioksidantus un konservantus un citus nesējus, tādējādi pagarinot pārtikas glabāšanas laiku; ēdamo plēvi var izmantot kā nesēju krāsvielām un uztura bagātinātājiem utt., lai uzlabotu pārtikas kvalitāti un uzlabotu pārtikas maņu īpašības; ēdamā plēve ir droša un ēdama, un to var lietot kopā ar pārtiku; Pārtikas iepakojuma plēves var izmantot nelielu pārtikas daudzumu vai vienību iepakošanai un veidot daudzslāņu kompozītmateriālu iepakojumu ar tradicionālajiem iepakojuma materiāliem, kas uzlabo iepakojuma materiālu kopējo barjeras veiktspēju.

Iemesls, kāpēc ēdamajām iepakojuma plēvēm ir augstākminētās funkcionālās īpašības, galvenokārt ir balstīts uz noteiktas trīsdimensiju tīkla struktūras veidošanos tajās, tādējādi parādot noteiktas stiprības un barjeras īpašības. Ēdamās iepakojuma plēves funkcionālās īpašības būtiski ietekmē tās sastāvdaļu īpašības, un iekšējās polimēra šķērssaistīšanas pakāpi, tīkla struktūras viendabīgumu un blīvumu ietekmē arī dažādi plēves veidošanas procesi. Ir acīmredzamas atšķirības veiktspējā [15, 35]. Pārtikas plēvēm ir arī dažas citas īpašības, piemēram, šķīdība, krāsa, caurspīdīgums utt. Piemērotus pārtikas plēves iepakojuma materiālus var izvēlēties atbilstoši dažādām lietošanas vidēm un iepakojamo produktu objektu atšķirībām.

Saskaņā ar ēdamās plēves veidošanas metodi to var iedalīt plēvēs un pārklājumos: (1) Iepriekš sagatavotās neatkarīgās plēves parasti sauc par plēvēm. (2) Plāno slāni, kas veidojas uz pārtikas virsmas, pārklājot, iemērcot un izsmidzinot, sauc par pārklājumu. Plēves galvenokārt izmanto pārtikas produktiem ar dažādām sastāvdaļām, kas jāiepako atsevišķi (piemēram, garšvielu paciņas un eļļas paciņas pusfabrikātos), pārtikas produktiem ar vienu un to pašu sastāvdaļu, bet jāiepako atsevišķi (piemēram, mazi kafijas, piena pulvera iepakojumi, utt.), kā arī zāles vai veselības aprūpes produkti. Kapsulas materiāls; pārklājumu galvenokārt izmanto svaigas pārtikas, piemēram, augļu un dārzeņu, gaļas produktu konservēšanai, zāļu pārklāšanai un kontrolētas darbības mikrokapsulu montāžai.

Atbilstoši ēdamās iepakojuma plēves plēvi veidojošajiem materiāliem to var iedalīt: pārtikas polisaharīdu plēvē, olbaltumvielu ēdamā plēvē, lipīdu ēdamā plēvē, mikrobu ēdamā plēvē un saliktā ēdamā plēvē.

1.1.3. Pārtikas plēves uzklāšana

Kā jauna veida pārtikas iepakojuma materiāls, kas ir drošs un ēdams un pat ar noteiktu uzturvērtību, pārtikas plēvi plaši izmanto pārtikas iepakošanas rūpniecībā, farmācijas jomā, augļu un dārzeņu uzglabāšanā un konservēšanā, pārstrādē un konservēšanā. gaļas un ūdens produktu ražošana, ātrās ēdināšanas un eļļas ražošana. Tam ir plašas pielietojuma iespējas tādu pārtikas produktu konservēšanā kā ceptas ceptas konfektes.

1.1.3.1. Lietošana pārtikas iepakojumā

Filmu veidojošais šķīdums ir pārklāts ar ēdienu, kas jāfilgē, izsmidzinot, mazgājot, iegremdējot utt. ; būtiski samazināt pārtikas ārējo slāni Plastmasas iepakojuma sastāvdaļu sarežģītība atvieglo tā pārstrādi un apstrādi, kā arī samazina vides piesārņojumu; 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. Samaziniet pārtikas bojāšanos vai pārtikas kvalitātes pasliktināšanos. Pārtikas plēve tiek tieši pārstrādāta iepakojuma papīrā vai iepakojuma maisiņos pārtikas iepakošanai, kas ne tikai nodrošina drošību, tīrību un ērtības, bet arī samazina baltā piesārņojuma spiedienu uz vidi.

Par galvenajām izejvielām izmantojot kukurūzu, sojas pupas un kviešus, var pagatavot papīram līdzīgas graudaugu plēves un izmantot desu un citu pārtikas produktu iepakošanai. Pēc lietošanas, pat ja tie tiek izmesti dabiskajā vidē, tie ir bioloģiski noārdāmi un var tikt pārvērsti augsnes mēslošanas līdzekļos, lai uzlabotu augsni. . Kā galvenos materiālus izmantojot cieti, hitozānu un pupiņu nogulsnes, ēdamo ietinamo papīru var pagatavot ātrās ēdināšanas, piemēram, ātrās ēdināšanas nūdeles un frī kartupeļu iepakošanai, kas ir ērti, droši un ļoti populāri; Izmanto garšvielu paciņās, cietas zupas. Ērtu pārtikas produktu, piemēram, izejvielu iepakojums, ko var tieši pagatavot katlā, ja to lieto, var novērst pārtikas piesārņojumu, palielināt pārtikas uzturu un atvieglot tīrīšanu. Žāvēti avokado, kartupeļi un šķeltie rīsi tiek raudzēti un pārvērsti polisaharīdos, no kuriem var pagatavot jaunus ēdamus iekšējos iepakojuma materiālus, kas ir bezkrāsaini un caurspīdīgi, ar labām skābekļa barjeras īpašībām un mehāniskajām īpašībām, un tiek izmantoti piena pulvera iepakošanai. , salātu eļļa un citi produkti [19]. Militārajai pārtikai pēc produkta izmantošanas tradicionālais plastmasas iepakojuma materiāls tiek izmests vidē un kļūst par marķieri ienaidnieka izsekošanai, ar kuru ir viegli atklāt atrašanās vietu. Daudzkomponentu īpašiem pārtikas produktiem, piemēram, picām, konditorejas izstrādājumiem, kečupiem, saldējumiem, jogurtiem, kūkām un desertiem, plastmasas iepakojuma materiālus nevar tieši pievienot lietošanai, un pārtikas iepakojuma plēve parāda savas unikālās priekšrocības, kas var samazināt grupu skaitu. garšvielu migrācija uzlabo produkta kvalitāti un estētiku [21]. Ēdamo iepakojuma plēvi var izmantot mīklas sistēmas mikroviļņu pārtikas pārstrādē. Gaļas produkti, dārzeņi, siers un augļi tiek fasēti, izsmidzinot, iemērcot vai ar suku utt., sasaldē un uzglabā, un patēriņam ir nepieciešams tikai mikroviļņu krāsnī.

Lai gan ir pieejams maz komerciālu ēdamo iepakojuma papīru un maisiņu, ir reģistrēti daudzi patenti potenciālo ēdamo iepakojuma materiālu formulēšanai un pielietošanai. Francijas pārtikas regulējošās iestādes ir apstiprinājušas rūpnieciski lietojamu pārtikas iepakojuma maisiņu ar nosaukumu “SOLUPAN”, kas sastāv no hidroksipropilmetilcelulozes, cietes un nātrija sorbāta un ir pieejams tirdzniecībā.

1.1.3.2. Pielietojums medicīnā

Želatīnu, celulozes atvasinājumus, cieti un ēdamo smaganu var izmantot, lai sagatavotu zāļu un veselības produktu mīksto un cieto kapsulu čaumalas, kas var efektīvi nodrošināt zāļu un veselības produktu efektivitāti un ir droši un ēdami; dažām zālēm ir raksturīga rūgta garša, ko pacientiem ir grūti lietot. Pieņemtās, ēdamās plēves var izmantot kā garšu maskējošus pārklājumus šādām zālēm; daži zarnās šķīstošie polimēru polimēri nešķīst kuņģa vidē (pH 1,2), bet šķīst zarnu (pH 6,8) vidē un var tikt izmantoti zarnu ilgstošas ​​darbības zāļu pārklājumā; var izmantot arī kā mērķpreparātu nesēju.

Blanco-Fernandez et al. sagatavoja hitozāna acetilētu monoglicerīdu kompozītu plēvi un izmantoja to ilgstošai E vitamīna antioksidanta aktivitātes atbrīvošanai, un efekts bija ievērojams. Ilgtermiņa antioksidantu iepakojuma materiāli. Džans et al. sablenderēja cieti ar želatīnu, pievienoja polietilēnglikola plastifikatoru un izmantoja tradicionālo. Dobās cietās kapsulas tika sagatavotas, iegremdējot kompozītmateriālu plēvi, un tika pētīta kompozītplēves caurspīdīgums, mehāniskās īpašības, hidrofilās īpašības un fāzes morfoloģija. labs kapsulas materiāls [52]. Lal et al. padarīja kafirīnu par ēdamu pārklājumu paracetamola kapsulu zarnās šķīstošajam pārklājumam un pētīja ēdamās plēves mehāniskās īpašības, termiskās īpašības, barjeras īpašības un zāļu izdalīšanās īpašības. Rezultāti parādīja, ka sorgo apvalks Dažādas cietās gliadīna plēves kapsulas nav salauztas kuņģī, bet izdalīja zāles zarnās pie pH 6,8. Paiks et al. Sagatavotas HPMC ftalāta daļiņas, kas pārklātas ar indometacīnu, un uz zāļu daļiņu virsmas izsmidzināja HPMC ēdamo plēvju veidojošo šķidrumu un pētīja zāļu ieslodzījuma ātrumu, vidējais narkotiku daļiņu daļiņu lielums, ēdama plēve Rezultāti parādīja, ka ar HPMCN pārklātu pārklāts ar HPMCN pārklāts Indometacīna perorālās zāles varētu sasniegt mērķi maskēt zāļu rūgto garšu un mērķēt uz zāļu piegādi. Oladzadabbasabadi et al. sajauca modificētu sāgo cieti ar karaginānu, lai sagatavotu ēdamu kompozītmateriālu plēvi kā tradicionālo želatīna kapsulu aizstājēju, un pētīja tās žāvēšanas kinētiku, termomehāniskās īpašības, fizikāli ķīmiskās īpašības un barjeras īpašības. Rezultāti liecina, ka saliktajai ēdamajai plēvei ir līdzīgas īpašības kā želatīnam un var var izmantot farmaceitisko kapsulu ražošanā.

1.1.3.3. Izmantošana augļu un dārzeņu konservēšanā

In fresh fruits and vegetables after picking, biochemical reactions and respiration are still vigorously going on, which will accelerate the tissue damage of fruits and vegetables, and it is easy to cause the loss of moisture in fruits and vegetables at room temperature, resulting in the Augļu un dārzeņu iekšējo audu un maņu īpašību kvalitāte. samazināšanās. Tāpēc konservēšana ir kļuvusi par svarīgāko jautājumu augļu un dārzeņu uzglabāšanā un transportēšanā; tradicionālajām konservēšanas metodēm ir vājš saglabāšanas efekts un augstas izmaksas. Augļu un dārzeņu konservēšana ar pārklājumu šobrīd ir visefektīvākā konservēšanas metode istabas temperatūrā. Pārtikas plēvi veidojošais šķidrums tiek pārklāts uz augļu un dārzeņu virsmas, kas var efektīvi novērst mikroorganismu invāziju, samazināt augļu un dārzeņu audu elpošanu, ūdens zudumus un barības vielu zudumus, aizkavēt augļu un dārzeņu audu fizioloģisko novecošanos, un saglabāt augļu un dārzeņu audus Oriģināls briest un gluds. Glossy appearance, so as to achieve the purpose of keeping fresh and prolonging the storage period . Amerikāņi izmanto acetilmonoglicerīdu un sieru, kas ekstrahēts no augu eļļas, kā galveno izejvielu, lai pagatavotu ēdamo plēvi, un izmanto to augļu un dārzeņu griešanai, lai tie saglabātos svaigi, novērstu dehidratāciju, brūnināšanu un mikroorganismu invāziju, lai to varētu uzturēt ilgu laiku. ilgu laiku. Svaigs stāvoklis. Japāna izmanto zīda atkritumus kā izejvielu, lai pagatavotu kartupeļu svaiguma saglabāšanas plēvi, kas var sasniegt svaiguma saglabāšanas efektu, kas ir salīdzināms ar saldētavas glabāšanas efektu. Amerikāņi izmanto augu eļļu un augļus kā galvenās izejvielas, lai pagatavotu pārklājuma šķidrumu un saglabātu sagrieztos augļus svaigus, un konstatēja, ka saglabāšanas efekts ir labs.

Markess et al. izmantoja sūkalu proteīnu un pektīnu kā izejvielas, un pievienoja glutamināzi šķērssaišu veidošanai, lai sagatavotu saliktu ēdamo plēvi, ko izmantoja svaigi sagrieztu ābolu, tomātu un burkānu pārklājumam, kas var ievērojami samazināt svara zuduma ātrumu. , kavē mikroorganismu augšanu uz svaigi sagrieztu augļu un dārzeņu virsmas un pagarina glabāšanas laiku, pamatojoties uz to, ka tiek saglabāta svaigi sagrieztu augļu un dārzeņu garša un garša. Shi Lei et al. pārklātas sarkanās globusa vīnogas ar hitozāna ēdamo plēvi, kas varētu samazināt vīnogu svara zudumu un puves ātrumu, saglabāt vīnogu krāsu un spilgtumu un aizkavēt šķīstošo cieto vielu noārdīšanos. Izmantojot hitozānu, nātrija alginātu, nātrija karboksimetilcelulozi un poliakrilātu kā izejvielas, Liu et al. sagatavoja ēdamās plēves ar daudzslāņu pārklājumu augļu un dārzeņu svaigai uzglabāšanai, kā arī pētīja to morfoloģiju, šķīdību ūdenī utt. Rezultāti parādīja, ka nātrija karboksimetilcelulozes-hitozāna-glicerīna kompozītmateriāla plēvei ir vislabākais saglabāšanas efekts. Sun Qingshen et al. pētīja sojas pupu proteīna izolāta salikto plēvi, ko izmanto zemeņu konservēšanai, kas var ievērojami samazināt zemeņu transpirāciju, kavēt to elpošanu un samazināt sapuvušo augļu ātrumu. Ferreira et al. izmantoja augļu un dārzeņu atlieku pulveri un kartupeļu mizu pulveri, lai pagatavotu saliktu ēdamo plēvi, pētīja kompozītmateriālu plēves šķīdību ūdenī un mehāniskās īpašības, kā arī izmantoja pārklāšanas metodi vilkābeles konservēšanai. Rezultāti parādīja, ka vilkābeles glabāšanas laiks tika pagarināts. 50%, svara zuduma ātrums samazinājās par 30-57%, un organiskā skābe un mitrums būtiski nemainījās. Fu Xiaowei et al. pētīja svaigu piparu saglabāšanu ar hitozāna ēdamo plēvi, un rezultāti parādīja, ka tas var ievērojami samazināt svaigu papriku elpošanas intensitāti uzglabāšanas laikā un aizkavēt paprikas novecošanos. Navarro-Tarazaga et al. plūmju konservēšanai izmantoja ar bišu vasku modificētu HPMC ēdamo plēvi. Rezultāti parādīja, ka bišu vasks varētu uzlabot skābekļa un mitruma barjeras īpašības un HPMC plēvju mehāniskās īpašības. Plūmju svara zaudēšanas ātrums tika ievērojami samazināts, augļu mīkstināšana un asiņošana uzglabāšanas laikā tika uzlabota un plūmju pagarināšana tika pagarināta. Tang Liying et al. izmantoja šellaka sārmu šķīdumu cietes modifikācijā, gatavoja ēdamo iepakojuma plēvi un pētīja tās plēves īpašības; Tajā pašā laikā tā plēves veidojošā šķidruma izmantošana, lai mapē mango svaigumam, var efektīvi samazināt elpošanu, tas var novērst brūnēšanas parādību uzglabāšanas laikā, samazināt svara zaudēšanas ātrumu un pagarināt uzglabāšanas periodu.

1.1.3.4. Pielietojums gaļas produktu pārstrādē un konservēšanā

Gaļas izstrādājumus ar bagātīgām uzturvielām un augstu ūdens aktivitāti pārstrādes, transportēšanas, uzglabāšanas un patēriņa procesā viegli iekļūst mikroorganismi, kā rezultātā krāsa kļūst tumšāka, un tauku oksidēšanās un citi bojājumi. Lai paildzinātu gaļas produktu glabāšanas laiku un derīguma termiņu, jācenšas aizkavēt gaļas produktos esošo fermentu aktivitāti un mikroorganismu invāziju uz virsmas, kā arī novērst tauku oksidēšanās izraisītu krāsas un smaržas pasliktināšanos. Pašlaik pārtikas plēves konservēšana ir viena no izplatītākajām metodēm, ko plaši izmanto gaļas konservēšanā gan mājās, gan ārvalstīs. Salīdzinot to ar tradicionālo metodi, konstatēts, ka ēdamajā plēvē iepakotajos gaļas produktos būtiski uzlabota ārējo mikroorganismu invāzija, tauku oksidatīvais sasmakums un sulas zudums, kā arī būtiski uzlabota gaļas produktu kvalitāte. Uzglabāšanas laiks tiek pagarināts.

Pētniecība par gaļas produktu ēdamo plēvi tika uzsākta 1950. gadu beigās, un veiksmīgākais pielietošanas gadījums bija kolagēna ēdamā plēve, kas plaši izmantota desu ražošanā un pārstrādē. Emiroglu et al. pievienoja sezama eļļu sojas pupu proteīna ēdamajai plēvei, lai izveidotu antibakteriālu plēvi, un pētīja tās antibakteriālo iedarbību uz saldētu liellopu gaļu. Rezultāti parādīja, ka antibakteriālā plēve var ievērojami kavēt Staphylococcus aureus vairošanos un augšanu. Wook et al. sagatavoja proantocianidīna ēdamo plēvi un izmantoja to atdzesētas cūkgaļas pārklājumam, lai nodrošinātu svaigumu. Tika pētīta cūkgaļas karbonādes krāsa, pH, TVB-N vērtība, tiobarbitūrskābe un mikrobu skaits pēc uzglabāšanas 14 dienas. The results showed that the edible film of proanthocyanidins can effectively reduce the formation of thiobarbituric acid, prevent fatty acid spoilage, reduce the invasion and reproduction of microorganisms on the surface of meat products, improve the quality of meat products, and prolong the storage period and glabāšanas laiks. Jiang Shaotong et al. Pievienoti tējas polifenoli un allicīns cietes-sodija alginātu kompozītmateriālu membrānas šķīdumam un izmantoja tos, lai saglabātu atdzesētas cūkgaļas svaigumu, ko vairāk nekā 19 dienas varētu uzglabāt 0-4 ° C temperatūrā. Cartagena et al. Ziņots par kolagēna ēdamās plēves antibakteriālo efektu, kas pievienots ar nisīna antibakteriālo līdzekli, uz cūkgaļas šķēles saglabāšanu, norādot, ka kolagēna ēdamā plēve var samazināt atdzesētu cūkgaļas šķēles mitruma migrāciju, aizkavēt gaļas izstrādājumu sasmakumu un pievienot 2 kolagēna plēvi ar % % no %. Nisinam bija vislabākais saglabāšanas efekts. Van Rui et al. Pētīja nātrija algināta, hitozāna un karboksimetil šķiedras izmaiņas, salīdzinot pH, gaistošā bāzes slāpekļa, apsārtuma un kopējo liellopu gaļas kopējo skaitu 16 dienu laikā pēc uzglabāšanas. Trīs veidu ēdamās nātrija vitamīna plēves tika izmantotas, lai saglabātu atdzesētas liellopu gaļas svaigumu. Rezultāti parādīja, ka ēdamajai nātrija algināta plēvei ir ideāls svaiguma saglabāšanas efekts. Kaprioli et al. Iesaiņota vārīta tītara krūtiņa ar nātrija kazeinātu ēdamo plēvi un pēc tam atdzesēja to 4 ° C temperatūrā. Pētījumi liecina, ka nātrija kazeinātu ēdamo plēve saldēšanas laikā var palēnināt tītara gaļu. no sasmakšanas.

1.1.3.5. Pielietojums ūdens produktu konservēšanai

Ūdens produktu kvalitātes pasliktināšanās galvenokārt izpaužas kā brīvā mitruma samazināšanās, garšas pasliktināšanās un ūdens produktu tekstūras pasliktināšanās. Ūdens produktu sadalīšanās, oksidēšanās, denaturācija un sausais patēriņš, ko izraisa mikrobu invāzija, ir svarīgi faktori, kas ietekmē ūdens produktu glabāšanas laiku. Uzglabāšana saldētavā ir izplatīta metode ūdens produktu saglabāšanai, taču šajā procesā būs arī zināma kvalitātes pasliktināšanās, kas ir īpaši nopietna saldūdens zivīm.

Ūdens produktu ēdamā filmu saglabāšana sākās 70. gadu beigās, un tagad tā ir plaši izmantota. Ēdamā plēve var efektīvi saglabāt saldētus ūdens produktus, samazināt ūdens zudumus, un to var arī kombinēt ar antioksidantiem, lai novērstu tauku oksidēšanos, tādējādi sasniedzot mērķi pagarināt glabāšanas laiku un glabāšanas laiku. Meenatchisundaram et al. sagatavoja uz cietes bāzes saliktu pārtikas plēvi, izmantojot cieti kā matricu un pievienoja garšvielas, piemēram, krustnagliņas un kanēli, un izmantoja to balto garneļu konservēšanai. Rezultāti parādīja, ka pārtikas cietes plēve var efektīvi kavēt mikroorganismu augšanu, palēnināt tauku oksidēšanos, pagarināt atdzesētu balto garneļu glabāšanas laiku 10 ° C un 4 ° C temperatūrā attiecīgi 14 un 12 dienas. Cheng Yuanyuan un citi pētīja pullulāna šķīduma konservantu un veica saldūdens zivis. Konservēšana var efektīvi kavēt mikroorganismu augšanu, palēnināt zivju olbaltumvielu un tauku oksidēšanos, un tai ir lieliska saglabāšanas iedarbība. Yunus et al. varavīksnes foreles pārklāja ar želatīna ēdamo plēvi, kurai tika pievienota lauru lapu ēteriskā eļļa, un pētīja ledusskapī 4 °C temperatūrā uzglabāšanas efektu. Rezultāti parādīja, ka želatīna ēdamā plēve efektīvi saglabāja varavīksnes foreļu kvalitāti līdz 22 dienām. uz ilgu laiku. Vans Sivejs et al. kā galvenos materiālus izmantoja nātrija alginātu, hitozānu un CMC, pievienoja stearīnskābi, lai pagatavotu ēdamo plēves šķidrumu, un izmantoja to Penaeus vannamei pārklājumam, lai nodrošinātu svaigumu. Pētījums parādīja, ka saliktajai CMC un hitozāna plēvei Šķidrumam ir labs saglabāšanas efekts un tā var pagarināt glabāšanas laiku par aptuveni 2 dienām. Yang Shengping un citi izmantoja hitozāna-tējas polifenola ēdamo plēvi svaigas mata astes atdzesēšanai un saglabāšanai, kas var efektīvi kavēt baktēriju vairošanos uz matu astes virsmas, aizkavēt gaistošās sālsskābes veidošanos un pagarināt matu astes glabāšanas laiku līdz apmēram 12 dienas.

1.1.3.6. Pielietojums ceptiem ēdieniem

Cepta pārtika ir plaši populāra lietošanai gatava pārtika ar lielu ražu. Tas ir iesaiņots ar polisaharīdu un olbaltumvielu ēdamo plēvi, kas var novērst ēdiena krāsas maiņu cepšanas procesā un samazināt eļļas patēriņu. skābekļa un mitruma iekļūšana [80]. Ceptu ēdienu pārklāšana ar gelāna sveķiem var samazināt eļļas patēriņu par 35% -63%, piemēram, cepot sašimi, tas var samazināt eļļas patēriņu par 63%; cepot kartupeļu čipsus, tas var samazināt eļļas patēriņu par 35%-63%. Samazināts degvielas patēriņš par 60% utt [81].

Singthong et al. izgatavoja ēdamās plēves no polisaharīdiem, piemēram, nātrija algināta, karboksimetilcelulozes un pektīna, ko izmantoja ceptu banānu strēmelīšu pārklāšanai, un pētīja eļļas uzsūkšanās ātrumu pēc cepšanas. Rezultāti parādīja, ka pektīns un karboksil Ceptām banānu sloksnēm, kas pārklātas ar metilcelulozi, bija labāka maņu kvalitāte, starp kurām vislabākais eļļas uzsūkšanās samazinājums bija pektīna ēdamajai plēvei [82]. Holownia et al. pārklātas HPMC un MC plēves uz ceptas vistas filejas virsmas, lai pētītu eļļas patēriņa, brīvo taukskābju satura un krāsu vērtības izmaiņas cepamajā eļļā. Iepriekšējais pārklājums var samazināt eļļas uzsūkšanos un uzlabot eļļas kalpošanas laiku [83]. Sheng Meixiang et al. izgatavoja ēdamās plēves no CMC, hitozāna un sojas proteīna izolāta, pārklāja kartupeļu čipsus un cepa tos augstā temperatūrā, lai pētītu kartupeļu čipsu eļļas uzsūkšanos, ūdens saturu, krāsu, akrilamīda saturu un sensoro kvalitāti. , rezultāti parādīja, ka sojas pupu proteīna izolāta ēdamā plēve būtiski samazina ceptu kartupeļu čipsu eļļas patēriņu, un hitozāna ēdamā plēve labāk samazina akrilamīda saturu [84]. Salvadors u.c. pārklāja ceptu kalmāru gredzenu virsmu ar kviešu cieti, modificētu kukurūzas cieti, dekstrīnu un lipekli, kas varētu uzlabot kalmāru gredzenu kraukšķīgumu un samazināt eļļas absorbcijas ātrumu [85].

1.1.3.7. Pielietojums maizes izstrādājumos

Pārtikas plēvi var izmantot kā gludu pārklājumu, lai uzlabotu maizes izstrādājumu izskatu; var izmantot kā barjeru mitrumam, skābeklim, taukiem u.c., lai uzlabotu ceptu izstrādājumu glabāšanas laiku, piemēram, hitozāna ēdamo plēvi izmanto maizes pārklājuma virsmai Var izmantot arī kā līmi kraukšķīgām uzkodām un uzkodām, piemēram, grauzdēti zemesrieksti bieži tiek pārklāti ar līmvielām, lai pārklātu sāli un garšvielas [87].

Christos et al. Izgatavotas ēdamas nātrija algināta un sūkalu olbaltumvielu plēves un pārklāja tās uz Lactobacillus rhamnosus probiotiskās maizes virsmas. Pētījums parādīja, ka probiotiku izdzīvošanas rādītājs ir ievērojami uzlabojies, taču divi maizes veidi parādīja, ka gremošanas mehānismi ir ļoti līdzīgi, tāpēc ēdamās plēves pārklājums nemaina maizes tekstūru, garšu un termofizikālās īpašības [88]. Panuvats et al. pievienoja Indijas ērkšķogu ekstraktu metilcelulozes matricai, lai sagatavotu ēdamu saliktu plēvi, un izmantoja to, lai saglabātu grauzdētu Indijas riekstu svaigumu. Rezultāti parādīja, ka saliktā ēdamā plēve uzglabāšanas laikā var efektīvi kavēt grauzdētus Indijas riekstus. Grauzdētu Indijas riekstu kvalitāte pasliktinājās un glabāšanas laiks pagarinājās līdz pat 90 dienām [89]. Šou et al. izgatavoja caurspīdīgu un elastīgu ēdamo plēvi ar nātrija kazeinātu un glicerīnu un pētīja tās mehāniskās īpašības, ūdens caurlaidību un iesaiņojuma ietekmi uz ceptas maizes šķēlēm. Rezultāti parādīja, ka nātrija kazeināta ēdamā plēve ietīja ceptu maizi. Pēc panēšanas tā cietību var samazināt 6 stundu laikā pēc uzglabāšanas istabas temperatūrā [90]. Du et al. Cāļa cepta iesaiņošanai izmantoja ēdamo plēvi uz ābolu un tomātu bāzes, kas pievienota ar augu ēteriskajām eļļām, kas ne tikai kavēja mikroorganismu augšanu pirms vistas cepšanas, bet arī uzlaboja vistas garšu pēc cepšanas [91]. Javanmard et al. sagatavoja ēdamo kviešu cietes plēvi un izmantoja ceptu pistāciju kodolu iesaiņošanai. Rezultāti parādīja, ka ēdamās cietes plēve varētu novērst riekstu oksidatīvo saspringumu, uzlabot riekstu kvalitāti un pagarināt to glabāšanas laiku [92]. Majid et al. izmantoja sūkalu olbaltumvielu ēdamo plēvi, lai pārklātu grauzdētus zemesriekstus, kas var palielināt skābekļa barjeru, samazināt zemesriekstu sasmakšanu, uzlabot grauzdētu zemesriekstu trauslumu un pagarināt to uzglabāšanas laiku [93].

1.1.3.8. Pielietojums konditorejas izstrādājumos

Konfekšu rūpniecībā ir augstas prasības gaistošo komponentu difūzijai, tāpēc šokolādei un konfektēm ar pulētu virsmu nepieciešams izmantot ūdenī šķīstošas ​​pārtikas plēves, lai aizstātu gaistošos komponentus saturošo pārklājuma šķidrumu. Ēdamā iepakojuma plēve var veidot gludu aizsargplēvi uz konfekšu virsmas, lai samazinātu skābekļa un mitruma migrāciju [19]. Sūkalu proteīna ēdamo plēvju uzklāšana konditorejas izstrādājumos var ievērojami samazināt to gaistošo komponentu difūziju. Lietojot šokolādi eļļainu pārtikas produktu, piemēram, cepumu un zemesriekstu sviesta, iekapsulēšanai, eļļa migrēs uz šokolādes ārējo slāni, padarot šokolādi lipīgu un izraisot “reversa sala” parādību, bet iekšējais materiāls izžūs, kā rezultātā veidojas mainās tā garša. Šo problēmu var atrisināt, pievienojot ēdamās plēves iepakojuma materiāla slāni ar tauku barjeras funkciju [94].

Nelsons et al. izmantoja ēdamo metilcelulozes plēvi, lai pārklātu konfektes, kas satur vairākus lipīdus, un uzrādīja ļoti zemu lipīdu caurlaidību, tādējādi kavējot šokolādes sasalšanas parādību [95]. Meijers uz košļājamās gumijas uzklāja hidrogēla-vaska divslāņu ēdamo plēvi, kas varētu uzlabot tās adhēziju, samazināt ūdens iztvaikošanu un pagarināt tās glabāšanas laiku [21]. Ūdens, ko sagatavojis Fadini et al. Tika pētīta dekolagēna-kakao sviesta ēdamās kompozītmateriālu plēves mehāniskās īpašības un ūdens caurlaidība, un tā ar labiem rezultātiem izmantota kā pārklājums šokolādes izstrādājumiem [96].

1.1.4. Pārtikas plēves uz celulozes bāzes

Pārtikas plēve uz celulozes bāzes ir sava veida ēdama plēve, kas izgatavota no dabā visvairāk sastopamās celulozes un tās atvasinājumiem kā galvenajām izejvielām. Pārtikas plēve uz celulozes bāzes ir bez smaržas un garšas, un tai ir laba mehāniskā izturība, eļļas barjeras īpašības, caurspīdīgums, elastība un labas gāzes barjeras īpašības. Tomēr, ņemot vērā celulozes hidrofilo raksturu, uz celulozes bāzes izgatavotas ēdamās plēves pretestība ir Ūdens īpašības parasti ir salīdzinoši sliktas [82, 97-99].

Pārtikas rūpniecībā no atkritumiem izgatavotā pārtikas plēve uz celulozes bāzes var iegūt pārtikas iepakojuma plēves ar izcilu veiktspēju un var atkārtoti izmantot atkritumu materiālus, lai palielinātu produktu pievienoto vērtību. Ferreira et al. sajauca augļu un dārzeņu atlieku pulveri ar kartupeļu mizu pulveri, lai pagatavotu ēdamo kompozītmateriālu plēvi uz celulozes bāzes, un uzklāja to uz vilkābeles pārklājuma, lai saglabātu svaigumu, un sasniedza labus rezultātus [62]. Tan Huizi et al. kā pamatmateriālu izmantoja no pupiņu nogulsnēm iegūtās diētiskās šķiedras un pievienoja noteiktu daudzumu biezinātāja, lai sagatavotu ēdamo sojas šķiedru plēvi, kurai ir labas mehāniskās īpašības un barjeras īpašības [100], ko galvenokārt izmanto ātrās ēdināšanas nūdeļu garšvielu iepakošanai. , ir ērti un barojoši izšķīdināt materiāla iepakojumu tieši karstā ūdenī.

Ūdenī šķīstošie celulozes atvasinājumi, piemēram, metilceluloze (MC), karboksimetilceluloze (CMC) un hidroksipropilmetilceluloze (HPMC), var veidot nepārtrauktu matricu, un tos parasti izmanto ēdamo plēvju izstrādē un pētniecībā. Xiao Naiyu et al. izmantoja MC kā galveno plēvi veidojošo substrātu, pievienoja polietilēnglikolu un kalcija hlorīdu un citus palīgmateriālus, sagatavoja MC ēdamo plēvi ar liešanas metodi un izmantoja olekranona konservēšanai, kas var pagarināt olekranona muti. Persiku glabāšanas laiks ir 4,5 dienas [101]. Esmaeili et al. lejot sagatavoja MC ēdamo plēvi un uzklāja uz augu ēterisko eļļu mikrokapsulu pārklājuma. Rezultāti parādīja, ka MC plēvei ir laba eļļu bloķējoša iedarbība, un to var uzklāt uz pārtikas iepakojuma, lai novērstu taukskābju bojāšanos [102]. Tian et al. modificētas MC ēdamās plēves ar stearīnskābi un nepiesātinātajām taukskābēm, kas varētu uzlabot MC ēdamo plēvju ūdens bloķējošās īpašības [103]. Lai Fengying et al. pētīja šķīdinātāja veida ietekmi uz MC ēdamās plēves plēves veidošanās procesu un ēdamās plēves barjeras īpašības un mehāniskās īpašības [104].

CMC membrānām ir labas barjeras īpašības pret O2, CO2 un eļļām, un tās plaši izmanto pārtikas un medicīnas jomā [99]. Bifani et al. sagatavoja CMC membrānas un pētīja lapu ekstraktu ietekmi uz membrānu ūdens barjeras īpašībām un gāzes barjeras īpašībām. Rezultāti parādīja, ka lapu ekstraktu pievienošana var ievērojami uzlabot membrānu mitruma un skābekļa barjeras īpašības, bet ne CO2. Barjeras īpašības ir saistītas ar ekstrakta koncentrāciju [105]. de Moura et al. sagatavoja hitozāna nanodaļiņas, kas pastiprinātas CMC plēves, un pētīja kompozītmateriālu plēvju termisko stabilitāti, mehāniskās īpašības un šķīdību ūdenī. Rezultāti liecina, ka hitozāna nanodaļiņas var efektīvi uzlabot CMC plēvju mehāniskās īpašības un termisko stabilitāti. Sekss [98]. Ghanbarzadeh et al. sagatavoja CMC ēdamās plēves un pētīja glicerīna un oleīnskābes ietekmi uz CMC plēvju fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Rezultāti parādīja, ka būtiski uzlabojās plēvju barjeras īpašības, bet samazinājās mehāniskās īpašības un caurspīdīgums [99]. Cheng et al. prepared a carboxymethyl cellulose-konjac glucomannan edible composite film, and studied the effect of palm oil on the physicochemical properties of the composite film. Rezultāti parādīja, ka mazākas lipīdu mikrosfēras var ievērojami palielināt kompozītmateriālu plēvi. Virsmas hidrofobitāte un ūdens molekulu caurlaidības kanāla izliekums var uzlabot membrānas mitruma barjeras veiktspēju [106].

HPMC ir labas plēvi veidojošas īpašības, un tās plēve ir elastīga, caurspīdīga, bezkrāsaina un bez smaržas, un tai ir labas eļļas barjeras īpašības, taču tās mehāniskās īpašības un ūdens bloķējošās īpašības ir jāuzlabo. Pētījums, ko veica Zuniga et al. parādīja, ka HPMC plēvi veidojošā šķīduma sākotnējā mikrostruktūra un stabilitāte var būtiski ietekmēt plēves virsmu un iekšējo struktūru, un veids, kā eļļas pilieni iekļūst plēves struktūras veidošanās laikā, var būtiski ietekmēt plēves gaismas caurlaidību un virsmas aktivitāti. filma. Aģenta pievienošana var uzlabot plēvi veidojošā šķīduma stabilitāti, kas savukārt ietekmē plēves virsmas struktūru un optiskās īpašības, bet mehāniskās īpašības un gaisa caurlaidība netiek samazināta [107]. Klangmuang et al. Izmanto organiski modificētu mālu un bišu vasku, lai uzlabotu un modificētu HPMC ēdamo plēvi, lai uzlabotu HPMC plēves mehāniskās īpašības un barjeras īpašības. Pētījums parādīja, ka pēc bišu vaska un māla modifikācijas HPMC ēdamās plēves mehāniskās īpašības bija salīdzināmas ar ēdamās plēves īpašībām. Tika uzlabota mitruma komponentu veiktspēja [108]. Dogans u.c. sagatavoja HPMC ēdamo plēvi un izmantoja mikrokristālisko celulozi, lai uzlabotu un modificētu HPMC plēvi, un pētīja plēves ūdens caurlaidību un mehāniskās īpašības. Rezultāti parādīja, ka modificētās plēves mitruma barjeras īpašības būtiski nemainījās. , bet tā mehāniskās īpašības ir būtiski uzlabotas [109]. Choi et al. pievienoja oregano lapu un bergamotes ēterisko eļļu HPMC matricai, lai sagatavotu ēdamo salikto plēvi, un uzklāja to svaigu plūmju pārklājuma konservēšanai. Pētījums parādīja, ka ēdamā kompozītmateriāla plēve var efektīvi kavēt plūmju elpošanu, samazinot etilēna veidošanos, samazinot svara zuduma ātrumu un uzlabojot plūmju kvalitāti [110]. Esteghlal et al. sajauca HPMC ar želatīnu, lai sagatavotu ēdamās kompozītmateriālu plēves un pētīja ēdamās kompozītmateriālu plēves. HPMC želatīna fizikāli ķīmiskās īpašības, mehāniskās īpašības un saderība parādīja, ka HPMC želatīna kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības būtiski nemainījās, ko varētu izmantot ārstniecisko kapsulu pagatavošanā [111]. Villacres et al. pētīja HPMC-maniokas cietes ēdamo kompozītmateriālu plēvju mehāniskās īpašības, gāzes barjeras īpašības un antibakteriālās īpašības. Rezultāti parādīja, ka kompozītmateriālu plēvēm ir labas skābekļa barjeras īpašības un antibakteriāla iedarbība [112]. Byun et al. sagatavoja šellaka-HPMC kompozītmateriālu membrānas, kā arī pētīja emulgatoru veidu un šellaka koncentrācijas ietekmi uz kompozītmateriālu membrānām. Emulgators samazināja kompozītmateriālu membrānas ūdeni bloķējošās īpašības, bet tā mehāniskās īpašības būtiski nesamazinājās; šellaka pievienošana ievērojami uzlaboja HPMC membrānas termisko stabilitāti, un tā iedarbība palielinājās, palielinoties šellaka koncentrācijai [113].

1.1.5. Pārtikas plēves uz cietes bāzes

Ciete ir dabisks polimērs ēdamo plēvju pagatavošanai. Tā priekšrocības ir plašs avots, zema cena, bioloģiskā saderība un uzturvērtība, un to plaši izmanto pārtikas un farmācijas rūpniecībā [114-117]. Pēdējā laikā viens pēc otra ir parādījušies pētījumi par tīras cietes pārtikas plēvēm un uz cieti balstītām ēdamām kompozītmateriālu plēvēm pārtikas uzglabāšanai un konservēšanai [118]. Ciete ar augstu amilozes saturu un tās hidroksipropilētā modificētā ciete ir galvenie materiāli pārtikas plēvju pagatavošanai uz cietes bāzes [119]. Cietes retrogradācija ir galvenais iemesls tās spējai veidot plēvi. Jo augstāks ir amilozes saturs, jo stingrāka ir starpmolekulārā saite, jo vieglāk ir radīt retrogradāciju, un jo labāka ir plēves veidošanas īpašība un plēves galīgā stiepes izturība. lielāks. Amiloze var veidot ūdenī šķīstošas ​​plēves ar zemu skābekļa caurlaidību, un augstas amilozes plēvju barjeras īpašības nesamazināsies augstas temperatūras vidē, kas var efektīvi aizsargāt iesaiņoto pārtiku [120].

Cietes pārtikas plēvei, bezkrāsains un bez smaržas, ir laba caurspīdīgums, šķīdība ūdenī un gāzes barjeras īpašības, taču tai ir salīdzinoši spēcīga hidrofilitāte un sliktas mitruma barjeras īpašības, tāpēc to galvenokārt izmanto pārtikas skābekļa un eļļas barjeras iepakojumā [121-123]. Turklāt uz cietes bāzes izgatavotās membrānas ir pakļautas novecošanai un retrogradācijai, un to mehāniskās īpašības ir salīdzinoši sliktas [124]. Lai novērstu iepriekšminētos trūkumus, cieti var modificēt ar fizikālām, ķīmiskām, fermentatīvām, ģenētiskām un aditīvām metodēm, lai uzlabotu uz cieti balstītu ēdamo plēvju īpašības [114].

Zhang Zhengmao et al. Izmantota īpaši smalka cietes ēdamā plēve, lai pārklātu zemenes un atklātu, ka tā var efektīvi samazināt ūdens zudumus, kavēt šķīstošā cukura satura samazināšanu un efektīvi pagarināt zemeņu uzglabāšanas periodu [125]. Garsija et al. Modificēta cieti ar dažādām ķēdes attiecībām, lai iegūtu modificētu cietes plēvi veidojošo šķidrumu, kas tika izmantots svaigas zemeņu pārklājuma plēves saglabāšanai. Likme un sabrukšanas likme bija labāka nekā bez pārklātas grupas [126]. Ghanbarzadeh et al. Modificēta ciete pēc citronskābes krusteniskās saites un iegūta ķīmiski savstarpēji saistīta modificēta cietes plēve. Pētījumi liecina, ka pēc savstarpējas saistīšanas modifikācijas tika uzlabotas cietes plēvju mitruma barjeras īpašības un mehāniskās īpašības [127]. Gao Qunyu et al. Veica cietes fermentatīvo hidrolīzes apstrādi un ieguva cietes ēdamo plēvi, un tās mehāniskās īpašības, piemēram, stiepes izturība, pagarinājums un saliekamās izturība, palielinājās, un mitruma barjeras veiktspēja palielinājās, palielinoties enzīma darbības laika palielināšanai. ievērojami uzlabots [128]. Parra et al. Pievienots savstarpējas saites aģents tapiokas cietei, lai pagatavotu ēdamu plēvi ar labām mehāniskām īpašībām un zemu ūdens tvaiku pārraides ātrumu [129]. Fonseca et al. lietots nātrija hipohlorīts, lai oksidētu kartupeļu cieti un sagatavotu oksidētas cietes ēdamu plēvi. Pētījums parādīja, ka tā ūdens tvaiku pārraides ātrums un šķīdība ūdenī ir ievērojami samazināta, ko var pielietot augstas ūdens aktivitātes pārtikas iepakojumam [130].

Cietes savienošana ar citiem ēdamiem polimēriem un plastifikatoriem ir svarīga metode, lai uzlabotu pārtikas plēves, kuru pamatā ir ciete. Pašlaik parasti izmantotie sarežģītie polimēri lielākoties ir hidrofīli koloīdi, piemēram, pektīns, celuloze, jūras aļģu polisaharīds, hitozāns, karagēns un ksantāna gumija [131].

Marija Rodrigesa u.c. izmantoja kartupeļu cieti un plastifikatorus vai virsmaktīvās vielas kā galvenos materiālus, lai sagatavotu pārtikas plēves uz cietes bāzes, parādot, ka plastifikatori var palielināt plēves elastību un virsmaktīvās vielas var samazināt plēves stiepjamību [132]. Santana et al. izmantoja nanošķiedras, lai uzlabotu un modificētu maniokas cietes ēdamās plēves, un ieguva uz cieti balstītas ēdamās kompozītmateriālu plēves ar uzlabotām mehāniskajām īpašībām, barjeras īpašībām un termisko stabilitāti [133]. Azevedo et al. sajaukts sūkalu proteīns ar termoplastisku cieti, lai sagatavotu viendabīgu plēves materiālu, kas norāda, ka sūkalu proteīnam un termoplastiskajai cietei ir spēcīga saskarnes saķere, un sūkalu proteīns var ievērojami uzlabot cietes pieejamību. Ēdamo plēvju ūdens bloķēšanas un mehāniskās īpašības [134]. Edhirejs et al. sagatavoja pārtikas plēvi uz tapiokas cietes bāzes, kā arī pētīja plastifikatora ietekmi uz plēves fizikālo un ķīmisko struktūru, mehāniskajām īpašībām un termiskajām īpašībām. Rezultāti liecina, ka plastifikatora veids un koncentrācija var būtiski ietekmēt tapiokas cietes plēvi. Salīdzinot ar citiem plastifikatoriem, piemēram, urīnvielas un trietilēnglikola, pektīnam ir vislabākais plastificējošais efekts, un pektīna-plastmas cietes plēvei ir labas ūdens bloķēšanas īpašības [135]. Saberi et al. izmantoja zirņu cieti, guāra sveķus un glicerīnu ēdamo salikto plēvju pagatavošanai. Rezultāti parādīja, ka zirņu cietei bija liela nozīme plēves biezumā, blīvumā, kohēzijā, ūdens caurlaidībā un stiepes stiprībā. Guāra sveķis Tas var ietekmēt membrānas stiepes izturību un elastības moduli, un glicerīns var uzlabot membrānas elastību [136]. Ji et al. savienoja hitozānu un kukurūzas cieti un pievienoja kalcija karbonāta nanodaļiņas, lai sagatavotu uz cietes bāzes veidotu antibakteriālu plēvi. Pētījums parādīja, ka starpmolekulārām ūdeņraža saitēm izveidojās starp cieti un hitozānu, un plēves mehāniskās īpašības tika pastiprinātas un antibakteriālas īpašības [137]. Meira et al. Uzlabota un modificēta kukurūzas cietes ēdamā antibakteriālā plēve ar kaolīna nanodaļiņām, kā arī kompozītmateriāla plēves mehāniskās un termiskās īpašības, un antibakteriālais efekts netika ietekmēts [138]. Ortega-Toro et al. pievienoja HPMC cietei un pievienoja citronskābi, lai sagatavotu ēdamo plēvi. Pētījums parādīja, ka HPMC un citronskābes pievienošana var efektīvi kavēt cietes novecošanos un samazināt ēdamās plēves ūdens caurlaidību, bet skābekļa barjeras īpašības pazeminās [139].

1.2 Polimēru hidrogēli

Hidrogēli ir hidrofilu polimēru klase ar trīsdimensiju tīkla struktūru, kas nešķīst ūdenī, bet var uzbriest ūdenī. Makroskopiski hidrogelam ir noteikta forma, nevar plūst un ir cieta viela. Mikroskopiski ūdenī šķīstošās molekulas var sadalīties dažādās formās un izmēros hidrogēlā un izkliedēties ar dažādu difūzijas ātrumu, tāpēc hidrogēlam piemīt šķīduma īpašības. Hidrogelu iekšējai struktūrai ir ierobežota izturība un tā ir viegli iznīcināma. Tas ir stāvoklī starp cietu un šķidrumu. Tam ir līdzīga elastība kā cieta viela, un tas skaidri atšķiras no reālas cietas vielas.

1.2.1. Polimēru hidrogēlu pārskats

1.2.1.1. Polimēru hidrogēlu klasifikācija

Polimēru hidrogels ir trīsdimensiju tīkla struktūra, ko veido fiziska vai ķīmiska šķērssavienojums starp polimēru molekulām [143-146]. Tas absorbē lielu daudzumu ūdens ūdenī, lai pats uzbriest, un tajā pašā laikā tas var saglabāt savu trīsdimensiju struktūru un būt ūdenī nešķīstošs. ūdens.

Ir daudz veidu, kā klasificēt hidrogēlus. Pamatojoties uz šķērssaistīšanas īpašību atšķirībām, tos var iedalīt fizikālajos gēlos un ķīmiskajos gēlos. Fizikālos gēlus veido relatīvi vājas ūdeņraža saites, jonu saites, hidrofobiskas mijiedarbības, van der Vālsa spēki un fizikāli sapīšanās starp polimēru molekulu ķēdēm un citiem fiziskiem spēkiem, un tos var pārvērst šķīdumos dažādās ārējās vidēs. To sauc par atgriezenisku želeju; ķīmiskais gēls parasti ir pastāvīga trīsdimensiju tīkla struktūra, ko veido ķīmisko saišu, piemēram, kovalento saišu, šķērssavienojumi siltuma, gaismas, iniciatora utt. klātbūtnē. Pēc gēla veidošanās tas ir neatgriezenisks un pastāvīgs, pazīstams arī kā Par patiesu kondensātu [147-149]. Fizikālajiem gēliem parasti nav nepieciešama ķīmiska modifikācija, un tiem ir zema toksicitāte, taču to mehāniskās īpašības ir salīdzinoši sliktas un ir grūti izturēt lielu ārējo spriegumu; ķīmiskajiem gēliem parasti ir labāka stabilitāte un mehāniskās īpašības.

Pamatojoties uz dažādiem avotiem, hidrogēlus var iedalīt sintētiskos polimēru hidrogēlos un dabiskos polimēru hidrogēlos. Sintētiskie polimēru hidrogēli ir hidrogēli, kas veidojas, ķīmiski polimerizējot sintētiskos polimērus, galvenokārt ietverot poliakrilskābi, polivinilacetātu, poliakrilamīdu, polietilēna oksīdu utt.; dabīgie polimēru hidrogēli ir Polimēru hidrogēli veidojas, šķērssavienojot dabiskos polimērus, piemēram, polisaharīdus un dabā esošos proteīnus, tostarp celulozi, alginātu, cieti, agarozi, hialuronskābi, želatīnu un kolagēnu [6, 7, 150], 151]. Dabiskajiem polimēru hidrogēliem parasti ir plaša avota, zemas cenas un zemas toksicitātes īpašības, un sintētiskos polimēru hidrogēlus parasti ir viegli apstrādāt un tiem ir liela raža.

Pamatojoties uz dažādām reakcijām uz ārējo vidi, hidrogēlus var iedalīt arī tradicionālajos hidrogēlos un viedos hidrogēlos. Tradicionālie hidrogēli ir salīdzinoši nejutīgi pret ārējās vides izmaiņām; viedie hidrogēli var sajust nelielas izmaiņas ārējā vidē un radīt atbilstošas ​​izmaiņas fiziskajā struktūrā un ķīmiskajās īpašībās [152-156]. Temperatūrai jutīgiem hidrogēliem tilpums mainās līdz ar apkārtējās vides temperatūru. Parasti šādi polimēru hidrogēli satur hidrofilas grupas, piemēram, hidroksilgrupu, ēteri un amīdu, vai hidrofobas grupas, piemēram, metilgrupu, etilgrupu un propilgrupu. Ārējās vides temperatūra var ietekmēt hidrofilo vai hidrofobu mijiedarbību starp gēla molekulām, ūdeņraža saiti un mijiedarbību starp ūdens molekulām un polimēru ķēdēm, tādējādi ietekmējot gēla sistēmas līdzsvaru. PH jutīgiem hidrogēliem sistēma parasti satur skābes bāzes modifikācijas grupas, piemēram, karboksilgrupas, sulfonskābes grupas vai aminogrupas. Mainīgā pH vidē šīs grupas var absorbēt vai atbrīvot protonus, mainot ūdeņraža saiti gēlā un atšķirību starp iekšējo un ārējo jonu koncentrāciju, kā rezultātā mainās gēla tilpums. Elektriskajam laukam, magnētiskajam laukam un gaismas jutīgajiem hidrogēliem tie satur funkcionālās grupas, piemēram, attiecīgi polielektrolītus, metālu oksīdus un gaismjutīgas grupas. Dažādu ārējo stimulu ietekmē tiek mainīta sistēmas temperatūra vai jonizācijas pakāpe, un pēc tam gēla tilpums tiek mainīts pēc principa, kas līdzīgs temperatūrai vai pH jutīgam hidrogēlam.

Pamatojoties uz atšķirīgu gēla uzvedību, hidrogēlus var iedalīt aukstuma izraisītos gēlos un termiskās iedarbības gēlos [157]. Aukstā želeja, īsumā saukta par auksto želeju, ir makromolekula, kas pastāv nejaušu spoļu veidā augstā temperatūrā. Dzesēšanas procesā starpmolekulāro ūdeņraža saišu darbības rezultātā pakāpeniski veidojas spirālveida fragmenti, tādējādi pabeidzot procesu no šķīduma. Pāreja uz želeju [158]; termoinducētais gēls, ko dēvē par termisko želeju, ir makromolekula šķīduma stāvoklī zemā temperatūrā. Sildīšanas procesā hidrofobās mijiedarbības u.c. rezultātā veidojas trīsdimensiju tīkla struktūra, tādējādi pabeidzot želejas pāreju [159], 160].

Hidrogēlus var iedalīt arī homopolimēros hidrogēlos, kopolimerizētos hidrogēlos un savstarpēji savienojošos tīkla hidrogēlos, pamatojoties uz dažādiem tīkla īpašībām, mikroskopiskiem hidrogeliem un makroskopiskiem hidrogeliem, pamatojoties uz dažādiem želejas izmēriem un bioloģiski nogradāmām īpašībām. Differently divided into degradable hydrogels and non-degradable hydrogels.

1.2.1.2 Dabisko polimēru hidrogēlu izmantošana

Dabiskajiem polimēru hidrogēliem piemīt labas bioloģiskā saderības, augsta elastības, bagātīgu avotu, jutīguma pret vidi, augsta ūdens aiztures un zemas toksicitātes īpašības, un tos plaši izmanto biomedicīnā, pārtikas pārstrādē, vides aizsardzībā, lauksaimniecībā un mežsaimniecības ražošanā, un tas ir plaši izmantots. izmanto rūpniecībā un citās jomās [142, 161-165].

Dabisko polimēru hidrogēlu pielietojums ar biomedicīnu saistītās jomās. Dabiskajiem polimēru hidrogēliem ir laba bioloģiskā saderība, bioloģiski noārdāmie un nav toksisku blakusparādību, tāpēc tos var izmantot kā brūču pārsējus un tiešā saskarē ar cilvēka audiem, kas var efektīvi samazināt mikroorganismu invāziju in vitro, novērst ķermeņa šķidrumu zudumu un nodrošināt skābekļa piegādi. lai izietu cauri. Veicina brūču dzīšanu; var izmantot kontaktlēcu pagatavošanai ar priekšrocībām ērta nēsāšana, laba skābekļa caurlaidība un acu slimību palīgārstēšana [166, 167]. Dabiskie polimēri ir līdzīgi dzīvo audu struktūrai un var piedalīties cilvēka ķermeņa normālā vielmaiņā, tāpēc šādus hidrogēlus var izmantot kā audu inženierijas sastatņu materiālus, audu inženierijas skrimšļu remontu utt. Audu inženierijas sastatnes var klasificēt pirms- formas un injekcijas formas sastatnes. Iepriekš veidotajos stentos tiek izmantots ūdens, gēla īpašā trīsdimensiju tīkla struktūra ļauj tam spēlēt noteiktu atbalsta lomu bioloģiskajos audos, vienlaikus nodrošinot specifisku un pietiekamu šūnu augšanas telpu, kā arī var izraisīt šūnu augšanu, diferenciāciju un degradāciju, absorbcija cilvēka ķermenī [168]. Injekcijas veidā veidotie stenti izmanto hidrogēlu fāzes pārejas izturēšanos, lai pēc injicēšanas plūstošā šķīduma stāvoklī ātri veidotu želejas, kas var samazināt pacientu sāpes [169]. Daži dabīgie polimēru hidrogēli ir videi jutīgi, tāpēc tos plaši izmanto kā medikamentu kontrolētas izdalīšanās materiālus, lai tajos iekapsulētās zāles savlaicīgi un kvantitatīvi varētu izdalīties vajadzīgajās cilvēka ķermeņa daļās, samazinot toksisko un blakus narkotiku ietekme uz cilvēka ķermeni [170].

Dabisko polimēru hidrogēlu pielietojums ar pārtiku saistītās jomās. Dabiskie polimēru hidrogēli ir svarīga cilvēku trīs ēdienreizē dienā, piemēram, dažos desertos, konfektēs, gaļas aizstājējos, jogurtā un saldējumā. To bieži izmanto kā pārtikas piedevu pārtikas produktos, kas var uzlabot tā fizikālās īpašības un piešķirt tai gludu garšu. Piemēram, to izmanto kā biezinātāju zupās un mērcēs, kā emulgatoru sulā un kā suspendējošo līdzekli. Piena dzērienos kā želejviela pudiņos un aspicos, kā dzidrinātājs un putu stabilizators alū, kā sinerēzes inhibitors sierā, kā saistviela desās, kā cietes retrogradācijas inhibitori tiek izmantoti maizē un sviestā [171-174 ]. No Pārtikas piedevu rokasgrāmatas var redzēt, ka liels skaits dabisko polimēru hidrogēlu ir apstiprināti kā pārtikas piedevas pārtikas pārstrādei [175]. Dabiskos polimēru hidrogēlus izmanto kā uztura stiprinātājus veselības produktu un funkcionālu pārtikas produktu izstrādē, piemēram, diētiskās šķiedras, izmanto svara zaudēšanas produktos un līdzekļos pret aizcietējumiem [176, 177]; kā prebiotikas tās izmanto resnās zarnas veselības aprūpes produktos un produktos resnās zarnas vēža profilaksei [178]; dabiskos polimēru hidrogēlus var izgatavot ēdamos vai noārdāmos pārklājumos vai plēvēs, ko var izmantot pārtikas iepakojuma materiālu jomā, piemēram, augļu un dārzeņu konservēšanai, pārklājot tos uz augļiem un dārzeņiem. Virspusēji tas var pagarināt glabāšanas laiku augļiem un dārzeņiem un saglabāt augļus un dārzeņus svaigus un maigus; to var izmantot arī kā iepakojuma materiālus pusfabrikātiem, piemēram, desām un garšvielām, lai atvieglotu tīrīšanu [179, 180].

Dabisko polimēru hidrogēlu pielietojumi citās jomās. Runājot par ikdienas vajadzībām, to var pievienot krēmveida ādas kopšanai vai kosmētikai, kas var ne tikai novērst produkta izžūšanu uzglabāšanā, bet arī ilgstoši mitrinot un mitrinot ādu; to var izmantot ieveidošanai, mitrināšanai un lēnai aromātu izdalīšanai skaistumkopšanas grimā; To var izmantot ikdienas vajadzībām, piemēram, papīra dvieļiem un autiņbiksītēm [181]. Lauksaimniecībā to var izmantot, lai izturētu sausumu un aizsargātu stādus un samazinātu darba intensitāti; kā augu sēklu pārklājuma līdzeklis var ievērojami palielināt sēklu dīgtspēju; ja to izmanto stādu pārstādīšanai, tas var palielināt stādu izdzīvošanas līmeni; pesticīdus, uzlabo izmantošanu un samazina piesārņojumu [182, 183]. No vides viedokļa to izmanto kā flokulantu un adsorbentu notekūdeņu attīrīšanai, kas bieži satur smago metālu jonus, aromātiskus savienojumus un krāsvielas, lai aizsargātu ūdens resursus un uzlabotu vidi [184]. Rūpniecībā to izmanto kā dehidratācijas līdzekli, urbšanas smērvielu, kabeļu aptinuma materiālu, blīvējuma materiālu un aukstumglabāšanas līdzekli utt. [185].

1.2.2. Hidroksipropilmetilcelulozes termogels

Celuloze ir dabisks makromolekulārs savienojums, kas ir pētīts agrāk, tam ir visciešākā saistība ar cilvēkiem, un tas ir visizplatītākais dabā. Tas ir plaši sastopams augstākos augos, aļģēs un mikroorganismos [186, 187]. Celuloze pakāpeniski ir piesaistījusi plašu uzmanību, pateicoties tās plašā avota, zemās cenas, atjaunojamas, bioloģiski noārdāmas, drošas, netoksiskas un labas biosaderības dēļ [188].

1.2.2.1. Celuloze un tās ētera atvasinājumi

Celuloze ir lineārs garas ķēdes polimērs, kas veidojas, savienojoties D-anhidroglikozes struktūrvienībām, izmantojot β-1,4 glikozīdu saites [189-191]. Nešķīst. Except for one end group at each end of the molecular chain, there are three polar hydroxyl groups in each glucose unit, which can form a large number of intramolecular and intermolecular hydrogen bonds under certain conditions; un celuloze ir policikliska struktūra, un molekulārā ķēde ir puscieta. Chain, high crystallinity, and highly regular in structure, so it has the characteristics of high degree of polymerization, good molecular orientation, and chemical stability [83, 187]. Tā kā celulozes ķēde satur lielu skaitu hidroksilgrupu, to var ķīmiski modificēt ar dažādām metodēm, piemēram, esterificēšanu, oksidēšanu un ēterizāciju, lai iegūtu celulozes atvasinājumus ar izcilām pielietojuma īpašībām [192, 193].

Celulozes atvasinājumi ir viens no agrāk pētītajiem un ražotajiem produktiem polimēru ķīmijas jomā. Tie ir polimēru smalki ķīmiski materiāli ar plašu pielietojumu, kas ir ķīmiski modificēti no dabīgas polimēra celulozes. Starp tiem plaši tiek izmantoti celulozes ēteri. Tā ir viena no svarīgākajām ķīmiskajām izejvielām rūpniecībā [194].

Ir daudz celulozes ēteru šķirņu, kurām visām parasti ir savas unikālās un izcilās īpašības, un tās ir plaši izmantotas daudzās jomās, piemēram, pārtikā un medicīnā [195]. MC ir vienkāršākais celulozes ētera veids ar metilgrupu. Palielinoties aizvietošanas pakāpei, to var izšķīdināt atšķaidītā sārmainā šķīdumā, ūdenī, spirtā un aromātiskā ogļūdeņraža šķīdinātājā, parādot unikālas termiskās gēla īpašības. [196]. CMC ir anjonu celulozes ēteris, ko iegūst no dabiskās celulozes, sārminot un paskābinot.

Tas ir visplašāk izmantotais un lietots celulozes ēteris, kas šķīst ūdenī [197]. HPC, hidroksialkil celulozes ēterim, kas iegūts, sārmējot un ēterizējot celulozi, ir laba termoplastika, kā arī ar termisko želejas īpašībām, un tā gēla temperatūru ievērojami ietekmē hidroksipropilstitūcijas pakāpe [198]. HPMC, svarīgam jauktam ēterim, ir arī termiskās gēla īpašības, un tā gēla īpašības ir saistītas ar diviem aizvietotājiem un to attiecībām [199].

1.2.2.2. Hidroksipropilmetilcelulozes struktūra

Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC), molekulārā struktūra parādīta 1-3. attēlā, ir tipisks nejonu ūdenī šķīstošs celulozes jauktais ēteris. Metilhlorīda un propilēna oksīda ēterizācijas reakcija tiek veikta, lai iegūtu [200,201], un ķīmiskās reakcijas vienādojums ir parādīts 1-4. attēlā.

Uz HPMC struktūrvienības vienlaikus atrodas hidroksipropoksi (-[OCH2CH(CH3)] n OH), metoksi (-OCH3) un nereaģējušas hidroksilgrupas, un tās darbība atspoguļo dažādu grupu kopīgu darbību. [202]. Attiecību starp diviem aizvietotājiem nosaka divu ēterinošo līdzekļu masas attiecība, nātrija hidroksīda koncentrācija un masa, kā arī ēterificējošo līdzekļu masas attiecība uz celulozes masas masu [203]. Hidroksi -propoxy ir aktīva grupa, kuru var vēl vairāk alkilēt un hidroksi alkilēt; šī grupa ir hidrofila grupa ar garu sazarotu ķēdi, kurai ir noteikta loma ķēdes plastificēšanā. Metoksi ir noslēguma grupa, kas izraisa šīs reakcijas vietas inaktivāciju pēc reakcijas; šī grupa ir hidrofoba grupa, un tai ir salīdzinoši īsa struktūra [204, 205]. Nereaģējušas un jaunizveidotās hidroksilgrupas var turpināt aizvietot, radot diezgan sarežģītu galīgo ķīmisko struktūru, un HPMC īpašības atšķiras noteiktā diapazonā. HPMC neliels aizvietošanas daudzums var padarīt tā fizikāli ķīmiskās īpašības diezgan atšķirīgas [206], piemēram, HPMC ar augstu metoksi un zemu hidroksipropila saturu fizikāli ķīmiskās īpašības ir tuvas MC; The performance of HPMC is close to that of HPC.

1.2.2.3. Hidroksipropilmetilcelulozes īpašības

(1) HPMC termogelējamība

HPMC ķēdei ir unikālas hidratācijas-dehidratācijas īpašības, jo ir ieviestas hidrofobās-metilgrupas un hidrofilās-hidroksipropilgrupas. Sildot, tas pakāpeniski tiek pārveidots par želeju un pēc atdzesēšanas atgriežas šķīduma stāvoklī. Tas ir, tam ir termiski inducētas gēla īpašības, un želejas parādība ir atgriezenisks, bet ne identisks process.

Attiecībā uz HPMC želācijas mehānismu ir plaši atzīts, ka zemākā temperatūrā (zem želācijas temperatūras) HPMC šķīdumā un polārā ūdens molekulās ir sasietas ar ūdeņraža saitēm, veidojot tā dēvēto “putnu būriem” līdzīgai supramolekulārai struktūrai. Starp hidratētās HPMC molekulārajām ķēdēm ir dažas vienkāršas sapīšanās, izņemot to, ka ir maz citu mijiedarbību. Kad temperatūra paaugstinās, HPMC vispirms absorbē enerģiju, lai sadalītu starpmolekulārās ūdeņraža saites starp ūdens molekulām un HPMC molekulām, iznīcinot būru līdzīgo molekulāro struktūru, pakāpeniski zaudējot saistīto ūdeni uz molekulārās ķēdes un pakļaujot hidroksipropil un metoksīda grupu. Tā kā temperatūra turpina paaugstināties (lai sasniegtu gēla temperatūru), HPMC molekulas pakāpeniski veido trīsdimensiju tīkla struktūru, izmantojot hidrofobu asociāciju, HPMC želejas galu galā veidojas [160, 207, 208].

Neorganisko sāļu pievienošana zināmā mērā ietekmē HPMC gēla temperatūru, daži samazina želejas temperatūru izsāļošanas fenomena dēļ, bet citi palielina želejas temperatūru sāls šķīšanas fenomena dēļ [209]. Pievienojot sāļus, piemēram, NaCl, notiek izsāļošanās parādība un HPMC gēla temperatūra pazeminās [210, 211]. Pēc sāļu pievienošanas HPMC ūdens molekulām ir lielāka tendence apvienoties ar sāls joniem, tādējādi tiek iznīcināta ūdeņraža saite starp ūdens molekulām un HPMC, tiek patērēts ūdens slānis ap HPMC molekulām, un HPMC molekulas var ātri atbrīvot. hidrofobitāte. Asociācijā gēla veidošanās temperatūra pakāpeniski samazinās. Gluži pretēji, pievienojot sāļus, piemēram, NaSCN, notiek sāls šķīšanas parādība un HPMC gēla temperatūra paaugstinās [212]. The order of the decreasing effect of anions on the gel temperature is: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , the order of cations on the gēla temperatūras paaugstināšanās ir: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

Pievienojot dažas organiskas mazas molekulas, piemēram, vienvērtīgus spirtus, kas satur hidroksilgrupas, gēla temperatūra palielinās, palielinoties pievienošanas daudzumam, uzrāda maksimālo vērtību un pēc tam samazinās, līdz notiek fāzes atdalīšanās [214, 215]. Tas galvenokārt ir saistīts ar tā mazo molekulmasu, kas pēc lieluma ir salīdzināma ar ūdens molekulu masu, un pēc savienošanas var panākt molekulārā līmeņa sajaukšanos.

(2) HPMC šķīdība

HPMC ir karstā ūdens nešķīstoša un aukstā ūdens šķīstošās īpašības, kas līdzīgas MC, bet tās var iedalīt aukstās izkliedes tipā un karstā izkliedes tipā atbilstoši dažādai šķīdībai ūdenī [203]. Auksti izdalīts HPMC var ātri izkliedēt ūdenī aukstā ūdenī, un tā viskozitāte pēc kāda laika palielinās, un tā ir patiesi izšķīdināta ūdenī; heat-dispersed HPMC, on the contrary, shows agglomeration when adding water at a lower temperature, but it is more difficult to add. Augstas temperatūras ūdenī HPMC var ātri izkliedēties, un pēc temperatūras pazemināšanās viskozitāte palielinās, kļūstot par īstu HPMC ūdens šķīdumu. HPMC šķīdība ūdenī ir saistīta ar metoksigrupu saturu, kas nešķīst karstā ūdenī virs 85 °C, 65 °C un 60 °C no augstas līdz zemai. Vispārīgi runājot, HPMC nešķīst organiskos šķīdinātājos, piemēram, acetonā un hloroformā, bet šķīst etanola ūdens šķīdumā un jauktos organiskos šķīdumos.

(3) HPMC sāls tolerance

HPMC nejonu raksturs padara to nespējīgu ūdenī jonizēt, tāpēc tas nereaģēs ar metāla joniem, lai izgulsnētu. Tomēr sāls pievienošana ietekmēs temperatūru, kurā veidojas HPMC gēls. Palielinoties sāls koncentrācijai, HPMC gēla temperatūra samazinās; kad sāls koncentrācija ir zemāka par flokulācijas punktu, var palielināt HPMC šķīduma viskozitāti, tāpēc pielietojumā sabiezēšanas mērķi var sasniegt, pievienojot atbilstošu sāls daudzumu [210, 216].

(4) HPMC skābes un sārmu rezistence

Kopumā HPMC ir spēcīga skābju-bāzes stabilitāte, un to neietekmē pH pie pH 2–12. HPMC uzrāda pretestību noteiktai atšķaidītas skābes pakāpei, bet tai ir tendence samazināties koncentrētai skābei; sārmiem ir neliela ietekme uz to, bet tie var nedaudz palielināt un pēc tam lēnām samazināt šķīduma viskozitāti [217, 218].

(5) HPMC viskozitātes ietekmes koeficients

HPMC ir pseidoplastisks, tā šķīdums ir stabils istabas temperatūrā, un tā viskozitāti ietekmē molekulmasa, koncentrācija un temperatūra. Tajā pašā koncentrācijā, jo augstāka ir HPMC molekulmasa, jo augstāka ir viskozitāte; vienam un tam pašam molekulmasas produktam, jo ​​augstāka ir HPMC koncentrācija, jo augstāka ir viskozitāte; HPMC produkta viskozitāte samazinās, paaugstinoties temperatūrai, un sasniedz gēla veidošanās temperatūru, želejas dēļ strauji palielinoties viskozitātei [9, 219, 220].

(6) Citas HPMC īpašības

HPMC ir spēcīga rezistence pret fermentiem, un tā rezistence pret fermentiem palielinās līdz ar aizstāšanas pakāpi. Tāpēc produktam ir stabilāka kvalitāte uzglabāšanas laikā nekā citiem cukura produktiem [189, 212]. HPMC piemīt noteiktas emulģējošas īpašības. Hidrofobās metoksigrupas var adsorbēt uz eļļas fāzes virsmas emulsijā, veidojot biezu adsorbcijas slāni, kas var darboties kā aizsargslānis; ūdenī šķīstošas ​​hidroksilgrupas var apvienot ar ūdeni, lai uzlabotu nepārtraukto fāzi. Viscosity, inhibits the coalescence of the dispersed phase, reduces the surface tension, and stabilizes the emulsion [221]. HPMC var sajaukt ar ūdenī šķīstošiem polimēriem, piemēram, želatīnu, metilcelulozi, ceratoniju sveķiem, karaginānu un gumiarābiku, lai izveidotu viendabīgu un caurspīdīgu šķīdumu, un to var sajaukt arī ar plastifikatoriem, piemēram, glicerīnu un polietilēnglikolu. [200, 201, 214].

1.2.2.4. Hidroksipropilmetilcelulozes lietošanas problēmas

Pirmkārt, augstā cena ierobežo HPMC plašo pielietojumu. Lai gan HPMC plēvei ir laba caurspīdīgums, tauku barjeras īpašības un mehāniskās īpašības. Tomēr tā augstā cena (apmēram 100 000/tonnu) ierobežo tās plašo pielietojumu, pat augstākas vērtības farmaceitiskās lietojumprogrammās, piemēram, kapsulās. Iemesls, kāpēc HPMC ir tik dārgs, ir, pirmkārt, tāpēc, ka HPMC pagatavošanai izmantotā izejviela celuloze ir salīdzinoši dārga. Turklāt uz HPMC vienlaikus tiek uzpotētas divas aizvietotāju grupas, hidroksipropilgrupa un metoksigrupa, kas ļoti apgrūtina tā sagatavošanas procesu. Sarežģīti, tāpēc HPMC produkti ir dārgāki.

Otrkārt, HPMC zemās viskozitātes un zemās gēla stiprības īpašības zemā temperatūrā samazina tā apstrādājamību dažādos lietojumos. HPMC ir termiskais želeja, kas pastāv šķīduma stāvoklī ar ļoti zemu viskozitāti zemā temperatūrā un var veidot viskozu cietvielu līdzīgu želeju augstā temperatūrā, tāpēc apstrādes procesi, piemēram, pārklājums, izsmidzināšana un iegremdēšana, jāveic augstā temperatūrā . Pretējā gadījumā šķīdums viegli plūdīs uz leju, kā rezultātā izveidosies nevienmērīgs plēves materiāls, kas ietekmēs produkta kvalitāti un veiktspēju. Šāda augstas temperatūras darbība palielina grūtības darbības koeficientu, kā rezultātā rodas liels ražošanas enerģijas patēriņš un augstas ražošanas izmaksas.

1.2.3. Hidroksipropilcietes aukstā želeja

Ciete ir dabisks polimēru savienojums, ko sintezē augu fotosintēze dabiskajā vidē. Tā sastāvā esošie polisaharīdi parasti tiek uzglabāti augu sēklās un bumbuļos granulu veidā kopā ar olbaltumvielām, šķiedrām, eļļām, cukuriem un minerālvielām. vai saknē [222]. Ciete ir ne tikai galvenais cilvēku enerģijas avots, bet arī svarīga rūpnieciskā izejviela. Plašā avota, zemās cenas, zaļās, dabiskās un atjaunojamās enerģijas dēļ tas ir plaši izmantots pārtikas un medicīnas, fermentācijas, papīra ražošanas, tekstila un naftas rūpniecībā [223].

1.2.3.1. Ciete un tās atvasinājumi

Ciete ir dabisks polimērs, kura struktūrvienība ir α-D-anhidroglikozes vienība. 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]. Cietes granulās ir kristāliski apgabali, kuros molekulas ir sakārtotas, un amorfie apgabali, kuros molekulas ir sakārtotas nesakārtoti. daļas sastāvs. Nav skaidras robežas starp kristālisko reģionu un amorfo reģionu, un amilopektīna molekulas var iziet cauri vairākiem kristāliskajiem reģioniem un amorfajiem reģioniem. Based on the natural nature of starch synthesis, the polysaccharide structure in starch varies with plant species and source sites [225].

Lai gan ciete ir kļuvusi par vienu no svarīgākajām rūpnieciskās ražošanas izejvielām, pateicoties tās plašā avota un atjaunojamām īpašībām, vietējai cietei parasti ir trūkumi, piemēram, slikta šķīdība ūdenī un plēves veidošanas īpašības, zemas emulgācijas un želejas spējas un nepietiekama stabilitāte. Lai paplašinātu pielietojuma diapazonu, ciete parasti tiek fizikāli ķīmiski modificēta, lai pielāgotu to dažādām lietošanas prasībām [38, 114]. Cietes molekulās katrā glikozes struktūrvienībā ir trīs brīvas hidroksilgrupas. Šīs hidroksilgrupas ir ļoti aktīvas un apveltītas cietes ar īpašībām, kas līdzīgas polioliem, kas nodrošina cietes denaturācijas reakcijas iespēju.

Pēc modifikācijas dažas dabiskās cietes īpašības ir lielā mērā uzlabotas, pārvarot dabiskās cietes lietošanas defektus, tāpēc modificētajai cietei ir galvenā loma pašreizējā nozarē [226]. Oksidētā ciete ir viena no visplašāk izmantotajām modificētajām cietēm ar salīdzinoši nobriedušu tehnoloģiju. Salīdzinot ar dabisko cieti, oksidētu cieti ir vieglāk želatinizēt. Augstas adhēzijas priekšrocības. Esterificēta ciete ir cietes atvasinājums, kas veidojas, esterificējot cietes molekulās esošās hidroksilgrupas. Ļoti zema aizstāšanas pakāpe var būtiski mainīt vietējās cietes īpašības. Acīmredzami uzlabojas cietes pastas caurspīdīgums un plēvi veidojošās īpašības. Ēterificēta ciete ir cietes molekulās esošo hidroksilgrupu ēterizācijas reakcija, lai iegūtu policietes ēteri, un tās retrogradācija ir novājināta. Spēcīgos sārmainos apstākļos, kad nevar izmantot oksidētu cieti un esterificētu cieti, ētera saite var arī palikt relatīvi stabila. nosliece uz hidrolīzi. Skābi modificētu cieti, cieti apstrādā ar skābi, lai palielinātu amilozes saturu, kā rezultātā tiek pastiprināta retrogradācija un cietes pastas. Tas ir salīdzinoši caurspīdīgs un atdzesējot veido cietu želeju [114].

1.2.3.2. Hidroksipropilcietes struktūra

Hidroksipropilciete (HPS), kuras molekulārā struktūra parādīta 1.-4.attēlā, ir nejonu cietes ēteris, ko iegūst propilēnoksīda ēterizācijas reakcijā ar cieti sārmainos apstākļos [223, 227, 228] un tā ķīmiskās reakcijas vienādojums ir parādīts 1-6 attēlā.

HPS sintēzes laikā propilēnoksīds var ne tikai reaģēt ar cieti, veidojot hidroksipropilcieti, bet arī ar radīto hidroksipropilcieti, veidojot polioksipropila sānu ķēdes. aizstāšanas pakāpe. Aizvietošanas pakāpe (DS) attiecas uz vidējo aizvietoto hidroksilgrupu skaitu vienā glikozilgrupā. Lielākā daļa cietes glikozilgrupu satur 3 aizvietojamas hidroksilgrupas, tāpēc maksimālais DS ir 3. Molārā aizstāšanas pakāpe (MS) attiecas uz aizvietotāju vidējo masu uz vienu glikozilgrupas molu [223, 229]. Hidroksipropilēšanas reakcijas procesa apstākļi, cietes granulu morfoloģija un amilozes un amilopektīna attiecība dabiskajā cietē ietekmē MS lielumu.

1.2.3.3. Hidroksipropilcietes īpašības

(1) HPS aukstā želeja

Karstai HPS cietes pastai, jo īpaši sistēmai ar augstu amilozes saturu, dzesēšanas procesā cietes pastā esošās amilozes molekulārās ķēdes sapinās viena ar otru, veidojot trīsdimensiju tīkla struktūru, un uzrāda acīmredzamu cietei līdzīgu uzvedību. Tas kļūst par elastomēru, veido želeju un pēc atkārtotas uzsildīšanas var atgriezties šķīduma stāvoklī, tas ir, tam ir aukstuma gēla īpašības, un šai gēla parādībai ir atgriezeniskas īpašības [228].

Želatinizētā amiloze tiek nepārtraukti satīta, veidojot koaksiālu vienu spirālveida struktūru. Šo atsevišķu spirālveida struktūru ārpuse ir hidrofila grupa, bet iekšpusē ir hidrofobs dobums. Augstā temperatūrā HPS pastāv ūdens šķīdumā kā nejaušas spoles, no kurām stiepjas daži atsevišķi spirālveida segmenti. Kad temperatūra tiek pazemināta, tiek sadalītas ūdeņraža saites starp HP un ūdeni, tiek zaudēta strukturālais ūdens, un ūdeņraža saites starp molekulārajām ķēdēm tiek nepārtraukti veidotas, beidzot veidojot trīsdimensiju tīkla gēla struktūru. Cietes gēla tīklā pildīšanas fāze ir cietes granulas vai fragmenti pēc želatinizācijas, un dažu amilopektīna savstarpēji saistīti arī veicina gēla veidošanos [230-232].

(2) HPS hidrofilitāte

Hidrofilo hidroksipropilgrupu ieviešana vājina ūdeņraža saišu stiprumu starp cietes molekulām, veicina cietes molekulu vai segmentu kustību un samazina cietes mikrokristālu kušanas temperatūru; Cietes granulu struktūra tiek mainīta, un cietes granulu virsma ir raupja, paaugstinoties temperatūrai, parādās dažas plaisas vai caurumi, lai ūdens molekulas varētu viegli iekļūt cietes granulu iekšpusē, padarot cieti vieglāk uzbriest un želatīnam,. Tātad cietes želatinizācijas temperatūra pazeminās. Palielinoties aizvietošanas pakāpei, hidroksipropilcietes želatinizācijas temperatūra samazinās, un visbeidzot tā var uzbriest aukstā ūdenī. Pēc hidroksipropilācijas tika uzlabota cietes pastas plūstamība, zemas temperatūras stabilitāte, caurspīdīgums, šķīdība un plēvju veidojošās īpašības [233–235].

(3) HPS stabilitāte

HPS ir nejonu cietes ēteris ar augstu stabilitāti. Ķīmisko reakciju, piemēram, hidrolīzes, oksidācijas un šķērssavienojuma, laikā ētera saite netiks salauzta un aizvietotāji nenokritīs. Līdz ar to HPS īpašības salīdzinoši mazāk ietekmē elektrolīti un pH, nodrošinot, ka to var izmantot plašā skābju-bāzes pH diapazonā [236-238].

1.2.3.4. HPS pielietojums pārtikas un medicīnas jomā

HPS ir netoksisks un bez garšas, ar labu gremošanas veiktspēju un salīdzinoši zemu hidrolizāta viskozitāti. Tas tiek atzīts par drošu ēdamu modificētu cieti mājās un ārzemēs. As early as the 1950s, the United States approved hydroxypropyl starch for direct use in food [ 223, 229, 238]. HPS ir modificēta ciete, ko plaši izmanto pārtikas jomā, ko galvenokārt izmanto kā biezinātāju, suspendējošu līdzekli un stabilizatoru.

To var izmantot pusfabrikātos un saldētos pārtikas produktos, piemēram, dzērienos, saldējumā un ievārījumos; tas var daļēji aizstāt augstas cenas ēdamās gumijas, piemēram, želatīnu; to var izgatavot ēdamās plēvēs un izmantot kā pārtikas pārklājumus un iepakojumu [229, 236].

HPS parasti izmanto zāļu jomā kā pildvielas, saistvielas ārstnieciskām kultūrām, tabletēm sadalās, farmaceitisko mīksto un cieto kapsulu materiāli, narkotiku pārklājumi, pretkondensējoši līdzekļi mākslīgām sarkanām asins šūnām un plazmas sabiezētājiem utt. [239] .

1.3. Polimēru savienošana

Polimēru materiāli tiek plaši izmantoti visos dzīves aspektos, un tie ir neaizstājami un svarīgi materiāli. Nepārtraukta zinātnes un tehnoloģijas attīstība padara cilvēku prasības arvien daudzveidīgākas, un parasti vienkomponentu polimēru materiāliem ir grūti izpildīt cilvēku daudzveidīgās lietošanas prasības. Divu vai vairāku polimēru apvienošana ir ekonomiskākā un efektīvākā metode polimēru materiālu iegūšanai ar zemu cenu, lielisku veiktspēju, ērtu apstrādi un plašu pielietojumu, kas ir piesaistījusi daudzu pētnieku uzmanību un ir pievērsta arvien lielāku uzmanību [240-242] .

1.3.1. Polimēru savienošanas mērķis un metode

Polimēru salikšanas galvenais mērķis: (l) optimizēt materiālu visaptverošās īpašības. Dažādi polimēri ir papildināti, tā ka galīgais savienojums saglabā vienas makromolekulas izcilās īpašības, mācās viens no otra stiprajām pusēm un papildina tās vājās puses un optimizē polimēru materiālu visaptverošās īpašības. (2) Samaziniet materiāla izmaksas. Dažiem polimēru materiāliem ir lieliskas īpašības, taču tie ir dārgi. Tāpēc tos var papildināt ar citiem lētiem polimēriem, lai samazinātu izmaksas, neietekmējot izmantošanu. (3) Uzlabot materiālu apstrādes īpašības. Dažiem materiāliem ir lieliskas īpašības, bet tos ir grūti apstrādāt, un, lai uzlabotu to apstrādes īpašības, var pievienot citus polimērus. (4) stiprināt noteiktu materiāla īpašību. Lai uzlabotu materiāla veiktspēju noteiktā aspektā, tā modificēšanai tiek izmantots cits polimērs. (5) Izstrādāt jaunas materiālu funkcijas.

Izplatītas polimēru sajaukšanas metodes: l) kausēšana. Saliktā aprīkojuma cirpšanas darbībā dažādi polimēri tiek uzkarsēti līdz virs viskozās plūsmas temperatūras, lai saliktu, un pēc tam pēc salikšanas atdzesē un granulē. (2) Šķīduma atšķaidīšana. Abas sastāvdaļas maisa un sajauc, izmantojot parasto šķīdinātāju, vai izšķīdušos dažādos polimēru šķīdumus vienmērīgi maisa, un pēc tam šķīdinātāju noņem, lai iegūtu polimēra savienojumu. (3) Emulsijas maisīšana. Pēc tāda paša emulgatora tipa dažādu polimēru emulsiju maisīšanas un sajaukšanas, lai iegūtu polimēru, pievieno koagulantu, lai iegūtu polimēru, lai iegūtu polimēra savienojumu. (4) Kopolimerizācija un salikšana. Ieskaitot transplantāta kopolimerizāciju, bloku kopolimerizāciju un reaktīvo kopolimerizāciju, salikšanas procesu papildina ķīmiska reakcija. (5) Interpenetrating Network [10].

1.3.2 Dabisko polisaharīdu salikšana

Dabiskie polisaharīdi ir dabā izplatīta polimēru materiālu klase, kas parasti ir ķīmiski modificēti un uzrāda dažādas izcilas īpašības. Tomēr atsevišķiem polisaharīda materiāliem bieži ir noteikti darbības ierobežojumi, tāpēc dažādi polisaharīdi bieži tiek apvienoti, lai sasniegtu mērķi papildināt katra komponenta veiktspējas priekšrocības un paplašināt pielietojuma jomu. Jau 20. gadsimta 80. gados ir ievērojami palielinājušies pētījumi par dažādu dabisko polisaharīdu savienošanu [243]. Pētījumi par dabisko polisaharīdu savienojumu sistēmu mājās un ārzemēs galvenokārt koncentrējas uz kurdlāna un nekurdlāna savienojumu sistēmu un divu veidu polisaharīdu, kas nav biezpiena, savienojumu sistēmu.

1.3.2.1. Dabisko polisaharīdu hidrogeļu klasifikācija

Dabiskos polisaharīdus var iedalīt kurdlānos un nekurdlānos pēc to spējas veidot želejas. Daži polisaharīdi paši var veidot želejas, tāpēc tos sauc par kurdlānu, piemēram, karaginānu utt.; citiem pašiem nav želejas īpašību, un tos sauc par polisaharīdiem, kas nav biezpiena polisaharīdi, piemēram, ksantāna sveķi.

Hidrogēlus var iegūt, izšķīdinot dabisko kurdlānu ūdens šķīdumā. Pamatojoties uz iegūtā gēla termoreversibilitāti un tā moduļa atkarību no temperatūras, to var iedalīt šādos četros dažādos veidos [244]:

(1) Kriogela, polisaharīda šķīdums var iegūt želeju tikai zemā temperatūrā, piemēram, karaginānu.

(2) Termiski inducēts gēls, polisaharīda šķīdums var iegūt želeju tikai augstā temperatūrā, piemēram, glikomannānu.

(3) Polisaharīda šķīdums var ne tikai iegūt želeju zemākā temperatūrā, bet arī iegūt želeju augstākā temperatūrā, bet šķīduma stāvokli vidējā temperatūrā.

(4) Šķīdums var iegūt gēlu tikai noteiktā temperatūrā vidū. Dažādam dabiskajam kurdlānam ir sava kritiskā (minimālā) koncentrācija, virs kuras var iegūt želeju. Gēla kritiskā koncentrācija ir saistīta ar polisaharīdu molekulārās ķēdes nepārtraukto garumu; Gēla stiprumu lielā mērā ietekmē šķīduma koncentrācija un molekulmasa, un parasti gēla stiprums palielinās, palielinoties koncentrācijai [245].

1.3.2.2. Kurdlāna un nekurdlāna saliktā sistēma

Salīdzināms ar curdlan ar curdlan parasti uzlabo polisaharīdu želejas stiprumu [246]. Konjac gumijas un karagenāna salikšana uzlabo saliktā gēla tīkla struktūras stabilitāti un gēla elastību un ievērojami uzlabo tā želejas stiprību. Wei Yu et al. Saliktais karagēns un Konjac gumija un apsprieda gēla struktūru pēc salikšanas. Pētījumā atklājās, ka pēc salikšanas karagēnas un Konjac gumijas tika radīts sinerģisks efekts, un tika izveidota tīkla struktūra, kurā dominē karagēni, Konjaka gumija ir izkliedēta tajā, un tā gēla tīkls ir blīvāks nekā tīrs karagenāns [247]. Kohyama et al. Pētīja karagenāna/Konjac gumijas salikto sistēmu, un rezultāti parādīja, ka, nepārtraukti palielinoties Konjac gumijas molekulmasai, kompozītmateriāla gēla plīsuma spriegums turpināja palielināties; Konjac gumija ar dažādiem molekulmasas svariem uzrādīja līdzīgu gēla veidošanos. temperatūra. Šajā savienojuma sistēmā gēla tīkla veidošanos veic karagenāns, un mijiedarbība starp abām Curdlan molekulām izraisa vāji savstarpēji saistītos reģionus [248]. Nishinari et al. Pētīja Gellan Gum/Konjac smaganu savienojuma sistēmu, un rezultāti parādīja, ka monovalento katjonu ietekme uz salikto želeju ir izteiktāka. Tas var paaugstināt sistēmas moduli un gēla veidošanās temperatūru. Divvērtīgie katjoni zināmā mērā var veicināt salikto želeju veidošanos, bet pārmērīgs daudzums izraisīs fāzes atdalīšanu un samazinās sistēmas moduli [246]. Breneer et al. Izpētījis karagenāna, Locust pupiņu gumijas un Konjac gumijas salikšanu un atklāja, ka karagonāns, lodes pupiņu gumija un Konjac gumija var radīt sinerģiskus efektus, un optimālā attiecība ir sises pupiņu gumija/karagonāns 1: 5.5. , un, kad trīs ir salikti kopā, sinerģiskais efekts ir tāds pats kā karageranas/Konjac gumijas efekts, kas norāda, ka trīs nav īpašu saliktu. mijiedarbība [249].

1.3.2.2. Divas bezbojāta savienojuma sistēmas

Diviem dabiskiem polisaharīdiem, kuriem nav želejas īpašību, var parādīties gēla īpašības, izmantojot salikšanu, kā rezultātā tiek iegūti gēla produkti [250]. Apvienojot Locust Bean Gum ar ksantāna gumiju, rada sinerģisku efektu, kas izraisa jaunu želeju veidošanos [251]. Jaunu gēla produktu var iegūt arī, pievienojot Ksantāna gumiju Konjac Glucomannan, lai to saliktu [252]. Wei Yanxia et al. Pētīja Locust Bean Gum un Xanthan gumijas kompleksa reoloģiskās īpašības. Rezultāti rāda, ka Locust pupiņu gumijas un ksantāna gumijas savienojums rada sinerģisku efektu. Kad savienojuma tilpuma attiecība ir 4: 6, spēcīgākais sinerģiskais efekts [253]. Fitzsimons et al. Savienots Konjac glikomannāns ar ksantāna gumiju istabas temperatūrā un zemē. Rezultāti parādīja, ka visi savienojumi uzrādīja gēla īpašības, atspoguļojot sinerģisko efektu starp abiem. Ksantāna smaganu salikšanas temperatūra un strukturālais stāvoklis neietekmēja abu mijiedarbību [254]. Guo Shoujun un citi pētīja sākotnējo cūku fekāliju pupiņu gumijas un ksantāna gumijas sajaukumu, un rezultāti parādīja, ka cūku fekāliju pupiņu gumija un ksantāna gumija ir spēcīga sinerģiska ietekme. Cūku fekāliju pupiņu gumijas un ksantāna gumijas savienojuma līmes optimālā salikšanas attiecība ir 6/4 (masas). Tas ir 102 reizes lielāks nekā vienīgais sojas gumijas šķīdums, un želeja veidojas, kad savienojuma smaganu koncentrācija sasniedz 0,4%. Saliktajam līmei ir augsta viskozitāte, laba stabilitāte un reoloģiskās īpašības, un tā ir lieliska pārtikas gumija [255].

1.3.3. Polimēru kompozītmateriālu saderība

Compatibility, from a thermodynamic point of view, refers to achieving molecular-level compatibility, also known as mutual solubility. Saskaņā ar Flory-Huggins modeļa teoriju polimēru savienojumu sistēmas brīvās enerģijas izmaiņas savienošanas procesa laikā atbilst Gibsa brīvās enerģijas formulai:

���= △���—T△S (1-1)

Starp tiem, △���ir sarežģīta brīvā enerģija, △���ir kompleksais siltums, ir kompleksā entropija; ir absolūtā temperatūra; kompleksā sistēma ir saderīga sistēma tikai tad, kad mainās brīvā enerģija △���sarežģītā procesa laikā [256].

Sajaukšanas jēdziens izriet no tā, ka ļoti maz sistēmu var sasniegt termodinamisko savietojamību. Sajaucamība attiecas uz dažādu komponentu spēju veidot viendabīgus kompleksus, un parasti izmantotais kritērijs ir tāds, ka kompleksiem ir viens stiklojuma pārejas punkts.

Atšķirībā no termodinamiskās savietojamības, vispārināta saderība attiecas uz katra komponenta spēju savienotajā sistēmā, lai pielāgotos viens otram, kas tiek ierosināts no praktiskā viedokļa [257].

Balstoties uz vispārinātu saderību, polimēru savienojumu sistēmas var iedalīt pilnīgi saderīgās, daļēji saderīgās un pilnīgi nesavienojamās sistēmās. Pilnībā saderīga sistēma nozīmē, ka savienojums ir termodinamiski sajaukts molekulārā līmenī; Daļēji saderīga sistēma nozīmē, ka savienojums ir savietojams noteiktā temperatūrā vai kompozīcijas diapazonā; Pilnīgi nesaderīga sistēma nozīmē, ka savienojumu ir molekulārā līmeņa sajukums, ko nevar panākt nevienā temperatūrā vai kompozīcijā.

Sakarā ar noteiktām strukturālām atšķirībām un konformācijas entropiju starp dažādiem polimēriem vairums polimēru kompleksu sistēmu ir daļēji saderīgi vai nesaderīgi [11, 12]. Atkarībā no savienojuma sistēmas fāzes atdalīšanas un sajaukšanas līmeņa daļēji saderīgās sistēmas savietojamība arī ievērojami atšķirsies [11]. Polimēru kompozītu makroskopiskās īpašības ir cieši saistītas ar to iekšējo mikroskopisko morfoloģiju un katra komponenta fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. 240], tāpēc ir ļoti svarīgi izpētīt savienojuma sistēmas mikroskopisko morfoloģiju un savietojamību.

(1) stikla pārejas temperatūra t���Salīdzināšanas metode. Salīdzinot T���savienojuma ar t���no tā sastāvdaļām, ja tikai viens T���parādās savienojumā, savienojuma sistēma ir saderīga sistēma; ja ir divi T���, un abi t���savienojuma pozīcijas atrodas divās grupās Punktu vidusdaļa T���norāda, ka saliktā sistēma ir daļēji saderīga sistēma; ja ir divi T���, un tie atrodas divu komponentu T pozīcijās���, tas norāda, ka saliktā sistēma ir nesaderīga sistēma.

T���Pārbaudes instrumenti, ko bieži izmanto salīdzināšanas metodē, ir dinamisks termomehāniskais analizators (DMA) un diferenciālā skenēšanas kalorimetrs (DSC). Šī metode var ātri spriest par saliktās sistēmas saderību, bet, ja T���no abām sastāvdaļām ir līdzīgas, viens T���parādīsies arī pēc salikšanas, tāpēc šai metodei ir zināmi trūkumi [10].

(2) Morfoloģiskās novērošanas metode. First, observe the macroscopic morphology of the compound. Ja savienojumam ir acīmredzama fāzu atdalīšana, var provizoriski vērtēt, ka savienojuma sistēma ir nesaderīga sistēma. Secondly, the microscopic morphology and phase structure of the compound are observed by microscope. Divas pilnībā saderīgas sastāvdaļas veidos viendabīgu stāvokli. Tāpēc savienojums ar labu savietojamību var novērot vienmērīgu fāzes sadalījumu un mazu izkliedētu fāzes daļiņu lielumu. un neskaidra saskarne.

Topogrāfijas novērošanas metodē bieži izmantotie testa instrumenti ir optiskais mikroskops un skenējošais elektronu mikroskops (SEM). Topogrāfijas novērošanas metodi var izmantot kā palīgmetodi kombinācijā ar citām raksturošanas metodēm.

(3) Caurspīdības metode. Daļēji saderīgā savienojuma sistēmā abi komponenti var būt saderīgi noteiktā temperatūras un sastāva diapazonā, un fāzes atdalīšana notiks ārpus šī diapazona. In the process of the transformation of the compound system from a homogeneous system to a two-phase system, its light transmittance will change, so its compatibility can be studied by studying the transparency of the compound.

Šo metodi var izmantot tikai kā palīgmetodi, jo, ja abu polimēru refrakcijas rādītāji ir vienādi, savienojums, kas iegūts, savienojot divus nesaderīgos polimērus, ir arī caurspīdīgs.

(4) Reoloģiskā metode. Šajā metodē kā fāzes atdalīšanas zīme tiek izmantota pēkšņa savienojuma viskoelastīgo parametru maiņa, piemēram, fāzes atdalīšanas iezīmēšanai izmanto pēkšņu viskozitātes-temperatūras līknes izmaiņu, bet pēkšņa šķietamās izmaiņas. bīdes sprieguma-temperatūras līkne tiek izmantota kā fāzes atdalīšanas zīme. Sajaukšanas sistēmai bez fāzu atdalīšanas pēc sajaukšanas ir laba savietojamība, un tās ar fāzu atdalīšanu ir nesaderīgas vai daļēji saderīgas [258].

(5) Hanas līknes metode. Hana līkne ir lg���'(���) lg G”, ja saliktās sistēmas Hana līknei nav atkarības no temperatūras un Hana līkne dažādās temperatūrās veido galveno līkni, saliktā sistēma ir savietojama; ja saliktā sistēma ir saderīga. Hana līkne ir atkarīga no temperatūras. Ja Han līkne ir atdalīta viena no otras dažādās temperatūrās un nevar veidot galveno līkni, saliktā sistēma ir nesaderīga vai daļēji saderīga. Tāpēc savienojumu sistēmas saderību var spriest pēc Han līknes atdalīšanas.

(6) Šķīduma viskozitātes metode. Šī metode izmanto šķīduma viskozitātes maiņu, lai raksturotu savienojumu sistēmas saderību. Dažādās šķīduma koncentrācijās savienojuma viskozitāte tiek attēlota attiecībā pret sastāvu. Ja tā ir lineāra sakarība, tas nozīmē, ka saliktā sistēma ir pilnībā savietojama; ja tā ir nelineāra sakarība, tas nozīmē, ka saliktā sistēma ir daļēji saderīga; ja tā ir S formas līkne, tad tas parāda, ka saliktā sistēma ir pilnīgi nesaderīga [10].

(7) Infrasarkanā spektroskopija. Pēc abu polimēru savienošanas, ja saderība ir laba, notiks mijiedarbība, piemēram, ūdeņraža saites, un raksturīgo grupu joslu pozīcijas katras polimēra ķēdes grupas infrasarkanajā spektrā mainīsies. Kompleksa un katra komponenta raksturīgo grupu joslu nobīde var spriest par kompleksās sistēmas saderību.

Turklāt kompleksu savietojamību var pētīt arī ar termogravimetriskiem analizatoriem, rentgenstaru difrakciju, maza leņķa rentgenstaru izkliedi, gaismas izkliedi, neitronu elektronu izkliedi, kodolmagnētisko rezonansi un ultraskaņas metodēm [10].

1.3.4. Hidroksipropilmetilcelulozes/hidroksipropilcietes savienojuma izpētes gaita

1.3.4.1. Hidroksipropilmetilcelulozes un citu vielu savienošana

HPMC un citu vielu savienojumus galvenokārt izmanto zāļu kontrolētās izdalīšanās sistēmās un ēdamās vai noārdāmās plēves iepakojuma materiālos. Izmantojot zāļu kontrolētu izdalīšanos, polimēri, kas bieži tiek sajaukti ar HPMC, ietver sintētiskus polimērus, piemēram, polivinilspirtu (PVA), pienskābes-glikolskābes kopolimēru (PLGA) un polikaprolaktonu (PCL), kā arī olbaltumvielas, dabīgos polimērus, piemēram, polisaharīdi. Abdel-Zaher et al. pētīja HPMC/PVA kompozītu strukturālo sastāvu, termisko stabilitāti un to saistību ar veiktspēju, un rezultāti parādīja, ka abu polimēru klātbūtnē ir zināma sajaukšanās [259]. Zabihi et al. izmantoja HPMC/PLGA kompleksu, lai sagatavotu mikrokapsulas kontrolētai un ilgstošai insulīna atbrīvošanai, kas var panākt ilgstošu atbrīvošanos kuņģī un zarnās [260]. Javed et al. savienoja hidrofilo HPMC un hidrofobisko PCL un izmantoja HPMC/PCL kompleksus kā mikrokapsulu materiālus kontrolētai un ilgstošai zāļu izdalīšanai, kas varētu izdalīties dažādās cilvēka ķermeņa daļās, pielāgojot savienojuma attiecību [261]. Dings et al. pētīja kontrolētas zāļu izdalīšanās jomā izmantoto HPMC/kolagēna kompleksu reoloģiskās īpašības, piemēram, viskozitāti, dinamisko viskoelastību, šļūdes atjaunošanos un tiksotropiju, sniedzot teorētiskus norādījumus rūpnieciskiem lietojumiem [262]. Arthanari, Cai un Rai et al. [263-265] HPMC un polisaharīdu, piemēram, hitozāna, ksantāna sveķu un nātrija algināta kompleksi tika izmantoti vakcīnas un zāļu ilgstošas ​​​​izdalīšanās procesā, un rezultāti liecināja par kontrolējamu zāļu izdalīšanās efektu [263-265].

Izstrādājot ēdamus vai noārdāmus plēves iepakojuma materiālus, polimēri, kas bieži tiek sajaukti ar HPMC, galvenokārt ir dabiski polimēri, piemēram, lipīdi, proteīni un polisaharīdi. Karaca, Fagundes un Contreras-Oliva et al. sagatavoja ēdamās saliktās membrānas ar HPMC/lipīdu kompleksiem un izmantoja tās attiecīgi plūmju, ķiršu tomātu un citrusaugļu konservēšanai. Rezultāti parādīja, ka HPMC/lipīdu kompleksa membrānām ir laba svaiguma saglabāšanas antibakteriālā iedarbība [266-268]. Shetty, Rubilar un Ding et al. pētīja mehāniskās īpašības, termisko stabilitāti, mikrostruktūru un mijiedarbību starp ēdamo kompozītmateriālu plēvēm, kas izgatavotas attiecīgi no HPMC, zīda proteīna, sūkalu proteīna izolāta un kolagēna [269-271]. Esteghlal et al. formulēts HPMC ar želatīnu, lai sagatavotu ēdamās plēves izmantošanai bioloģiskos iepakojuma materiālos [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata un Ortega-Toro et al. sagatavoja attiecīgi HPMC/hitozāna HPMC/ksiloglukāna, HPMC/etilcelulozes un HPMC/cietes ēdamās kompozītmateriālu plēves un pētīja to termisko stabilitāti, mehānisko īpašību īpašības, mikrostruktūru un antibakteriālās īpašības [139, 272-274]. HPMC/PLA savienojumu var izmantot arī kā pārtikas preču iepakojuma materiālu, parasti ar ekstrūzijas palīdzību [275].

Izstrādājot ēdamus vai noārdāmus plēves iepakojuma materiālus, polimēri, kas bieži tiek sajaukti ar HPMC, galvenokārt ir dabiski polimēri, piemēram, lipīdi, proteīni un polisaharīdi. Karaca, Fagundes un Contreras-Oliva et al. sagatavoja ēdamās saliktās membrānas ar HPMC/lipīdu kompleksiem un izmantoja tās attiecīgi plūmju, ķiršu tomātu un citrusaugļu konservēšanai. Rezultāti parādīja, ka HPMC/lipīdu kompleksa membrānām ir laba svaiguma saglabāšanas antibakteriālā iedarbība [266-268]. Shetty, Rubilar un Ding et al. pētīja mehāniskās īpašības, termisko stabilitāti, mikrostruktūru un mijiedarbību starp ēdamo kompozītmateriālu plēvēm, kas izgatavotas attiecīgi no HPMC, zīda proteīna, sūkalu proteīna izolāta un kolagēna [269-271]. Esteghlal et al. formulēts HPMC ar želatīnu, lai sagatavotu ēdamās plēves izmantošanai bioloģiskos iepakojuma materiālos [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata un Ortega-Toro et al. sagatavoja attiecīgi HPMC/hitozāna HPMC/ksiloglukāna, HPMC/etilcelulozes un HPMC/cietes ēdamās kompozītmateriālu plēves un pētīja to termisko stabilitāti, mehānisko īpašību īpašības, mikrostruktūru un antibakteriālās īpašības [139, 272-274]. HPMC/PLA savienojumu var izmantot arī kā pārtikas preču iepakojuma materiālu, parasti ar ekstrūzijas palīdzību [275].

1.3.4.2. Cietes un citu vielu sajaukšana

Cietes un citu vielu sajaukšanas pētījumos sākotnēji uzmanība tika pievērsta dažādām hidrofobām alifātiskām poliesteru vielām, tai skaitā polipienskābei (PLA), polikaprolaktonam (PCL), polibutēna dzintarskābei (PBSA) u.c. 276]. Mullers et al. pētīja cietes/PLA kompozītmateriālu struktūru un īpašības un abu mijiedarbību, un rezultāti parādīja, ka mijiedarbība starp abiem bija vāja un kompozītu mehāniskās īpašības bija sliktas [277]. Correa, Komur un Diaz-Gomez et al. pētīja cietes/PCL kompleksu divu komponentu mehāniskās īpašības, reoloģiskās īpašības, gēla īpašības un saderību, kas tika izmantotas bioloģiski noārdāmu materiālu, biomedicīnas materiālu un audu inženierijas sastatņu materiālu izstrādei [278-280]. Ohkika et al. atklāja, ka kukurūzas cietes un PBSA maisījums ir ļoti daudzsološs. Kad cietes saturs ir 5-30%, cietes granulu satura palielināšana var palielināt moduli un samazināt stiepes spriegumu un pagarinājumu pārrāvuma brīdī [281,282]. Hidrofobs alifātiskais poliesteris ir termodinamiski nesaderīgs ar hidrofilo cieti, un parasti tiek pievienoti dažādi saderības līdzekļi un piedevas, lai uzlabotu fāzes saskarni starp cieti un poliesteru. Szadkowska, Ferri un Li et al. pētīja uz silanolu balstītu plastifikatoru, maleīnskābes anhidrīda linsēklu eļļas un funkcionalizētu augu eļļas atvasinājumu ietekmi uz cietes/PLA kompleksu struktūru un īpašībām attiecīgi [283-285]. Ortega-Toro, Yu et al. izmantoja citronskābi un difenilmetāna diizocianātu, lai saderētu attiecīgi cietes/PCL savienojumu un cietes/PBSA savienojumu, lai uzlabotu materiāla īpašības un stabilitāti [286, 287].

Pēdējos gados arvien vairāk pētījumu ir veikts par cietes savienošanu ar dabīgiem polimēriem, piemēram, olbaltumvielām, polisaharīdiem un lipīdiem. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen un Zhang et al pētīja attiecīgi cietes/zeīna, cietes/sūkalu proteīna un cietes/želatīna kompleksu fizikāli ķīmiskās īpašības, un visi rezultāti sasniedza labus rezultātus, ko var izmantot pārtikas biomateriālos un kapsulās [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon un Ren et al. pētīja attiecīgi cietes/hitozāna kompozītmateriālu plēvju gaismas caurlaidību, mehāniskās īpašības, antibakteriālās īpašības un hitozāna koncentrāciju un pievienoja dabiskos ekstraktus, tējas polifenolus un citus dabīgus antibakteriālos līdzekļus, lai uzlabotu kompozītmateriāla plēves antibakteriālo iedarbību. Pētījuma rezultāti liecina, ka cietes/hitozāna kompozītmateriāla plēvei ir liels potenciāls pārtikas un medikamentu aktīvajā iepakojumā [290-292]. Kaushiks, Ganbarzadehs, Arvanitoyannis un Zhang et al. pētīja attiecīgi cietes/celulozes nanokristālu, cietes/karboksimetilcelulozes, cietes/metilcelulozes un cietes/hidroksipropilmetilcelulozes kompozītu plēvju īpašības un galvenos pielietojumus ēdamos/bioloģiski noārdāmajos iepakojuma materiālos [293-295]. Dafe, Jumaidin un Lascombes et al. pētīja cietes/pārtikas sveķu savienojumus, piemēram, cieti/pektīnu, cieti/agaru un cieti/karaginānu, ko galvenokārt izmanto pārtikas un pārtikas iepakošanas jomā [296-298]. Tapiokas cietes/kukurūzas eļļas, cietes/lipīdu kompleksu fizikāli ķīmiskās īpašības pētīja Perez, De et al., galvenokārt, lai vadītu ekstrudētu pārtikas produktu ražošanas procesu [299, 300].

1.3.4.3. Hidroksipropilmetilcelulozes un cietes savienošana

Pašlaik nav daudz pētījumu par HPMC un cietes salikto sistēmu gan mājās, gan ārvalstīs, un lielākā daļa no tiem pievieno nelielu daudzumu HPMC cietes matricai, lai uzlabotu cietes novecošanās fenomenu. Jimenezs et al. izmantoja HPMC, lai samazinātu dabiskās cietes novecošanos, lai uzlabotu cietes membrānu caurlaidību. Rezultāti parādīja, ka HPMC pievienošana samazināja cietes novecošanos un palielināja kompozītmateriālu membrānas elastību. Saliktās membrānas skābekļa caurlaidība tika ievērojami palielināta, bet ūdensnecaurlaidība nebija. Cik daudz ir mainījies [301]. Villacres, Basch et al. savienoja HPMC un tapiokas cieti, lai sagatavotu HPMC/cietes kompozītmateriālu plēves iepakojuma materiālus, un pētīja glicerīna plastificējošo iedarbību uz kompozītmateriālu plēvi un kālija sorbāta un nizīna ietekmi uz kompozītmateriāla plēves antibakteriālajām īpašībām. Rezultāti Tas parāda, ka, palielinoties HPMC saturam, palielinās kompozītmateriālu plēves elastības modulis un stiepes izturība, samazinās stiepes pagarinājums un ūdens tvaiku caurlaidība maz ietekmē; kālija sorbāts un nizīns var uzlabot salikto plēvi. Divu antibakteriālo līdzekļu antibakteriālā iedarbība ir labāka, ja tos lieto kopā [112, 302]. Ortega-Toro et al. pētīja HPMC/cietes karsti presēto kompozītmateriālu membrānu īpašības un pētīja citronskābes ietekmi uz kompozītmateriālu membrānu īpašībām. Rezultāti parādīja, ka HPMC tika izkliedēts cietes nepārtrauktajā fāzē, un gan citronskābe, gan HPMC ietekmēja cietes novecošanos. līdz noteiktai inhibīcijas pakāpei [139]. Ayorinde et al. iekšķīgi lietojama amlodipīna pārklājumam izmantoja HPMC/cietes kompozītmateriālu plēvi, un rezultāti parādīja, ka kompozītmateriāla plēves sadalīšanās laiks un izdalīšanās ātrums bija ļoti labs [303].

Zhao Ming et al. pētīja cietes ietekmi uz HPMC plēvju ūdens aiztures ātrumu, un rezultāti parādīja, ka cietei un HPMC ir zināma sinerģiska iedarbība, kā rezultātā kopumā palielinājās ūdens aiztures ātrums [304]. Džans et al. pētīja HPMC/HPS savienojuma plēves īpašības un šķīduma reoloģiskās īpašības. Rezultāti liecina, ka HPMC/HPS savienojumu sistēmai ir noteikta savietojamība, savienojuma membrānas veiktspēja ir laba, un HPS reoloģiskajām īpašībām pret HPMC ir labs līdzsvarojošs efekts [305, 306]. Ir maz pētījumu par HPMC/cietes savienojumu sistēmu ar augstu HPMC saturu, un lielākā daļa no tiem ir seklās veiktspējas pētījumos, un teorētisko pētījumu par savienojumu sistēmu ir salīdzinoši maz, īpaši HPMC/HPS aukstā-karstuma gēls. -fāzes kompozīta gēls. Mehāniskie pētījumi joprojām ir tukšā stāvoklī.

1.4. Polimēru kompleksu reoloģija

Polimēru materiālu apstrādes procesā neizbēgami notiks plūsma un deformācija, un reoloģija ir zinātne, kas pēta materiālu plūsmas un deformācijas likumus [307]. Plūsma ir šķidro materiālu īpašība, savukārt deformācija ir cieto (kristālisko) materiālu īpašība. Šķidruma plūsmas un cietās deformācijas vispārīgs salīdzinājums ir šāds:

Polimēru materiālu praktiskos rūpnieciskos lietojumos to viskozitāte un viskoelastība nosaka to apstrādes veiktspēju. Apstrādes un formēšanas procesā, mainoties bīdes ātrumam, polimērmateriālu viskozitātei var būt liels lielums, kas var būt vairākas kārtas. Izmaiņas [308]. Reoloģiskās īpašības, piemēram, viskozitāte un bīdes retināšana, tieši ietekmē sūknēšanas, perfūzijas, dispersijas un izsmidzināšanas kontroli polimēru materiālu apstrādes laikā, un tās ir vissvarīgākās polimērmateriālu īpašības.

1.4.1. Polimēru viskoelastība

Ārējā spēka ietekmē polimēra šķidrums var ne tikai plūst, bet arī parādīt deformāciju, parādot sava veida "viskoelastības" veiktspēju, un tā būtība ir "cietā-šķidruma divfāzu" līdzāspastāvēšana [309]. Tomēr šī viskoelastība nav lineāra viskoelastība pie mazām deformācijām, bet gan nelineāra viskoelastība, kur materiālam ir lielas deformācijas un ilgstoša spriedze [310].

Dabisko polisaharīdu ūdens šķīdumu sauc arī par hidrosolu. Atšķaidītā šķīdumā polisaharīdu makromolekulas atrodas viena no otras atdalītu spoļu veidā. Kad koncentrācija palielinās līdz noteiktai vērtībai, makromolekulārās spoles savstarpēji iekļūst un pārklājas viena ar otru. Vērtību sauc par kritisko koncentrāciju [311]. Zem kritiskās koncentrācijas šķīduma viskozitāte ir salīdzinoši zema, un to neietekmē bīdes ātrums, parādot Ņūtona šķidruma uzvedību; sasniedzot kritisko koncentrāciju, makromolekulas, kas sākotnēji pārvietojas izolēti, sāk sapīties viena ar otru, un ievērojami palielinās šķīduma viskozitāte. pieaugums [312]; savukārt, kad koncentrācija pārsniedz kritisko koncentrāciju, tiek novērota bīdes atšķaidīšana un šķīdumam piemīt neņūtona šķidruma uzvedība [245].

Daži hidrosoli noteiktos apstākļos var veidot želejas, un to viskoelastīgās īpašības parasti raksturo uzglabāšanas modulis G', zuduma modulis G" un to atkarība no frekvences. Uzglabāšanas modulis atbilst sistēmas elastībai, savukārt zudumu modulis atbilst sistēmas viskozitātei [311]. Atšķaidītos šķīdumos starp molekulām nav sapīšanās, tāpēc plašā frekvenču diapazonā G′ ir daudz mazāks par G″ un uzrādīja spēcīgu frekvences atkarību. Tā kā G′ un G″ ir proporcionāli frekvencei ω un tās kvadrātiskajai, ja frekvence ir augstāka, G′ > G″. Ja koncentrācija ir augstāka par kritisko koncentrāciju, G′ un G″ joprojām ir atkarīgas no frekvences. Kad frekvence ir zemāka, G′ < G″ un frekvence pakāpeniski palielinās, abas krustosies un mainīsies uz G′ > augstfrekvences apgabalā G”.

Kritisko punktu, kurā dabīgais polisaharīda hidrosols pārvēršas par gēlu, sauc par želejas punktu. Ir daudz gēla punkta definīciju, un visbiežāk izmantotā ir dinamiskās viskoelastības definīcija reoloģijā. Ja sistēmas uzglabāšanas modulis G′ ir vienāds ar zudumu moduli G″, tas ir želejas punkts, un G′ > G″ Gēla veidošanās [312, 313].

Dažas dabiskās polisaharīdu molekulas veido vājas asociācijas, un to gēla struktūra ir viegli iznīcināma, un G' ir nedaudz lielāks par G”, uzrādot mazāku frekvences atkarību; kamēr dažas dabiskās polisaharīdu molekulas var veidot stabilus šķērssavienojumu reģionus, kas. Gēla struktūra ir spēcīgāka, G′ ir daudz lielāks par G″, un tam nav frekvences atkarības [311].

1.4.2. Polimēru kompleksu reoloģiskā uzvedība

Pilnībā saderīgai polimēru savienojumu sistēmai savienojums ir homogēna sistēma, un tā viskoelastība parasti ir viena polimēra īpašību summa, un tā viskoelastību var aprakstīt ar vienkāršiem empīriskiem noteikumiem [314]. Prakse ir pierādījusi, ka viendabīga sistēma neveicina tās mehānisko īpašību uzlabošanos. Gluži pretēji, dažām sarežģītām sistēmām ar fāzu atdalītām struktūrām ir lieliska veiktspēja [315].

Daļēji saderīgas savienojumu sistēmas savietojamību ietekmēs tādi faktori kā sistēmas savienojumu attiecība, bīdes ātrums, temperatūra un komponentu struktūra, kas parāda saderību vai fāzu atdalīšanu, un pāreja no saderības uz fāzu atdalīšanu ir neizbēgama. izraisot būtiskas izmaiņas sistēmas viskoelastībā [316, 317]. Pēdējos gados ir veikti daudzi pētījumi par daļēji saderīgu polimēru kompleksu sistēmu viskoelastīgo uzvedību. Pētījums parāda, ka savienojumu sistēmas reoloģiskā uzvedība saderības zonā atspoguļo viendabīgas sistēmas īpašības. Fāzu atdalīšanas zonā reoloģiskā uzvedība ir pilnīgi atšķirīga no viendabīgās zonas un ārkārtīgi sarežģīta.

Sajaukšanas sistēmas reoloģisko īpašību izpratnei dažādās koncentrācijās, sajaukšanas attiecībās, bīdes ātrumos, temperatūrās utt. ir liela nozīme pareizai apstrādes tehnoloģijas izvēlei, racionālai formulu izstrādei, stingrai produktu kvalitātes kontrolei un atbilstošai ražošanas samazināšanai. enerģijas patēriņš. [309]. Piemēram, temperatūras jutīgiem materiāliem materiāla viskozitāti var mainīt, regulējot temperatūru. Un uzlabot apstrādes veiktspēju; izprotiet materiāla bīdes retināšanas zonu, izvēlieties atbilstošu bīdes ātrumu, lai kontrolētu materiāla apstrādes veiktspēju un uzlabotu ražošanas efektivitāti.

1.4.3. Faktori, kas ietekmē savienojuma reoloģiskās īpašības

1.4.3.1. Sastāvs

Savienojumu sistēmas fizikālās un ķīmiskās īpašības un iekšējā struktūra visaptveroši atspoguļo katra komponenta īpašību kopējo ieguldījumu un komponentu mijiedarbību. Tāpēc katra komponenta fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām ir izšķiroša nozīme savienojumu sistēmā. Saderības pakāpe starp dažādiem polimēriem ir ļoti atšķirīga, daži ir ļoti saderīgi, un daži ir gandrīz pilnīgi nesaderīgi.

1.4.3.2. Salikto sistēmu attiecība

Polimēru savienojumu sistēmas viskoelastība un mehāniskās īpašības būtiski mainīsies, mainoties savienojumu attiecībai. Tas ir tāpēc, ka savienojuma attiecība nosaka katra komponenta ieguldījumu savienojumu sistēmā, kā arī ietekmē katru komponentu. mijiedarbība un fāžu sadalījums. Xie Yajie et al. pētīja hitozānu/hidroksipropilcelulozi un atklāja, ka savienojuma viskozitāte ievērojami palielinājās, palielinoties hidroksipropilcelulozes saturam [318]. Zhang Yayuan et al. pētīja ksantāna sveķu un kukurūzas cietes kompleksu un atklāja, ka, ja ksantāna sveķu attiecība bija 10%, kompleksās sistēmas konsistences koeficients, tecēšanas spriegums un šķidruma indekss ievērojami palielinājās. Acīmredzot [319].

1.4.3.3. Bīdes ātrums

Lielākā daļa polimēru šķidrumu ir pseidoplastiski šķidrumi, kas neatbilst Ņūtona plūsmas likumam. Galvenā iezīme ir tā, ka viskozitāte pamatā nav mainīta zemas bīdes laikā, un viskozitāte strauji samazinās, palielinoties bīdes ātrumam [308, 320]. Polimēra šķidruma plūsmas līkni var aptuveni sadalīt trīs reģionos: zemas bīdes Ņūtona reģionā, bīdes retināšanas reģionā un augstas bīdes stabilitātes reģionā. Kad bīdes ātrumam ir tendence uz nulli, spriegums un celms kļūst lineārs, un šķidruma plūsmas izturēšanās ir līdzīga Ņūtona šķidruma uzvedībai. Šajā laikā viskozitātei ir tendence sasniegt noteiktu vērtību, ko sauc par nulles bīdes viskozitāti η0. η0 atspoguļo materiāla maksimālo relaksācijas laiku un ir svarīgs polimērmateriālu parametrs, kas saistīts ar polimēra vidējo molekulmasu un viskozās plūsmas aktivācijas enerģiju. Bīdes retināšanas zonā viskozitāte pakāpeniski samazinās, palielinoties bīdes ātrumam, un rodas “bīdes retināšanas” parādība. Šī zona ir tipiska plūsmas zona polimēru materiālu apstrādē. Augstas bīdes stabilitātes apgabalā, bīdes ātrumam turpinot palielināties, viskozitātei ir tendence uz citu konstanti, bezgalīgu bīdes viskozitāti η∞, taču šo apgabalu parasti ir grūti sasniegt.

1.4.3.4. Temperatūra

Temperature directly affects the intensity of random thermal motion of molecules, which can significantly affect intermolecular interactions such as diffusion, molecular chain orientation, and entanglement. In general, during the flow of polymer materials, the movement of molecular chains is carried out in segments; as the temperature increases, the free volume increases, and the flow resistance of the segments decreases, so the viscosity decreases. Tomēr dažiem polimēriem, paaugstinoties temperatūrai, starp ķēdēm rodas hidrofoba saistība, tāpēc viskozitāte tā vietā palielinās.

Dažādiem polimēriem ir atšķirīga temperatūras jutības pakāpe, un vienam un tam pašam augstajam polimēram ir atšķirīga ietekme uz tā mehānisma darbību dažādos temperatūras diapazonos.

1.5. Šīs tēmas izpētes nozīme, pētījuma mērķis un pētījuma saturs

1.5.1. Pētniecības nozīme

Lai gan HPMC ir drošs un ēdams materiāls, ko plaši izmanto pārtikas un medicīnas jomā, tam ir labas plēvi veidojošas, izkliedējošas, sabiezējošas un stabilizējošas īpašības. HPMC film also has good transparency, oil barrier properties, and mechanical properties. However, its high price (about 100,000/ton) limits its wide application, even in higher-value pharmaceutical applications such as capsules. Turklāt HPMC ir termiski inducēts gēls, kas pastāv šķīduma stāvoklī ar zemu viskozitāti zemā temperatūrā un var veidot viskozu cietai līdzīgu želeju augstā temperatūrā, tāpēc tādiem apstrādes procesiem kā pārklāšana, izsmidzināšana un iegremdēšana ir jāveic. ārā augstā temperatūrā, kā rezultātā palielinās ražošanas enerģijas patēriņš un augstas ražošanas izmaksas. Tādas īpašības kā HPMC zemāka viskozitāte un gēla stiprība zemās temperatūrās samazina HPMC apstrādājamību daudzos lietojumos.

Turpretim HPS ir lēts (apmēram 20 000/t) ēdams materiāls, ko plaši izmanto arī pārtikas un medicīnas jomā. Iemesls, kāpēc HPMC ir tik dārgs, ir tāpēc, ka izejviela celuloze, ko izmanto HPMC pagatavošanai, ir dārgāka nekā izejmateriāla ciete, ko izmanto HPC pagatavošanai. Turklāt HPMC ir uzpotēts ar diviem aizvietotājiem, hidroksipropilu un metoksi. Rezultātā sagatavošanas process ir ļoti sarežģīts, tāpēc HPMC cena ir daudz augstāka nekā HPS. Šis projekts paredz dažus dārgos HPMC aizstāt ar zemu cenu HPS un samazināt produkta cenu, pamatojoties uz līdzīgu funkciju saglabāšanu.

Turklāt HPS ir auksta želeja, kas pastāv viskoelastīgā gēla stāvoklī zemā temperatūrā un veido plūstošu šķīdumu augstā temperatūrā. Tāpēc HPS pievienošana HPMC var samazināt HPMC gēla temperatūru un palielināt tā viskozitāti zemā temperatūrā. un gēla stiprumu, uzlabojot tā apstrādājamību zemās temperatūrās. Turklāt HPS ēdamajai plēvei ir labas skābekļa barjeras īpašības, tāpēc HPS pievienošana HPMC var uzlabot ēdamās plēves skābekļa barjeras īpašības.

Rezumējot, HPMC un HPS kombinācija: pirmkārt, tam ir svarīga teorētiskā nozīme. HPMC ir karsts gēls, un HPS ir auksts gēls. Salīdzinot abus, teorētiski ir pārejas punkts starp karstajiem un aukstajiem želejiem. HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojuma sistēmas un tās mehānisma izpētes izveidošana var sniegt jaunu veidu, kā izpētīt šāda veida aukstus un karstus apgrieztas fāzes gēla savienojuma sistēmas, ， izveidoja teorētiskas norādes. Otrkārt, tas var samazināt ražošanas izmaksas un uzlabot produktu peļņu. Apvienojot HPS un HPMC, ražošanas izmaksas var samazināt izejvielu un ražošanas enerģijas patēriņa ziņā, un produkta peļņu var ievērojami uzlabot. Treškārt, tas var uzlabot apstrādes veiktspēju un paplašināt lietojumprogrammu. HPS pievienošana var palielināt HPMC koncentrāciju un želejas stiprību zemā temperatūrā un uzlabot tā apstrādes veiktspēju zemā temperatūrā. Turklāt produkta veiktspēju var uzlabot. Pievienojot HPS, lai sagatavotu ēdamo kompozītmateriālu no HPMC/HPS, var uzlabot ēdamās plēves skābekļa barjeras īpašības.

Polimēru savienojumu sistēmas savietojamība var tieši noteikt savienojuma mikroskopisko morfoloģiju un visaptverošās īpašības, īpaši mehāniskās īpašības. Tāpēc ir ļoti svarīgi izpētīt HPMC/HPS savienojumu sistēmas savietojamību. Gan HPMC, gan HPS ir hidrofīli polisaharīdi ar vienu un to pašu glikozes struktūrvienību un modificēti ar to pašu funkcionālo grupu hidroksipropil, kas ievērojami uzlabo HPMC/HPS savienojumu sistēmas savietojamību. Tomēr HPMC ir auksts gēls un HPS ir karsts gēls, un abu apgrieztā gēla uzvedība izraisa HPMC/HPS savienojumu sistēmas fāzu atdalīšanas fenomenu. Rezumējot, HPMC/HPS aukstā-karstā gēla kompozītsistēmas fāzes morfoloģija un fāzes pāreja ir diezgan sarežģīta, tāpēc šīs sistēmas savietojamība un fāzu atdalīšana būs ļoti interesanta.

Polimēru komplekso sistēmu morfoloģiskā struktūra un reoloģiskā uzvedība ir savstarpēji saistītas. No vienas puses, reoloģiskā uzvedība apstrādes laikā ļoti ietekmēs sistēmas morfoloģisko struktūru; no otras puses, sistēmas reoloģiskā uzvedība var precīzi atspoguļot izmaiņas sistēmas morfoloģiskajā struktūrā. Tāpēc ir ļoti svarīgi izpētīt HPMC/HPS savienojumu sistēmas reoloģiskās īpašības, lai vadītu ražošanu, pārstrādi un kvalitātes kontroli.

HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmas makroskopiskās īpašības, piemēram, morfoloģiskā struktūra, saderība un reoloģija, ir dinamiskas, un tās ietekmē vairāki faktori, piemēram, šķīduma koncentrācija, savienojuma attiecība, bīdes ātrums un temperatūra. Saikni starp mikroskopisko morfoloģisko struktūru un kompozītsistēmas makroskopiskajām īpašībām var regulēt, kontrolējot kompozītsistēmas morfoloģisko struktūru un savietojamību.

1.5.2. Pētījuma mērķis

Tika konstruēta HPMC/HPS aukstās un karstās apgrieztās fāzes gēla savienojumu sistēma, pētītas tās reoloģiskās īpašības, kā arī izpētīta komponentu fizikālās un ķīmiskās struktūras, sajaukšanas attiecības un apstrādes apstākļu ietekme uz sistēmas reoloģiskajām īpašībām. Tika sagatavota HPMC/HPS ēdamā kompozītmateriāla plēve un pētītas plēves makroskopiskās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, gaisa caurlaidība un optiskās īpašības, kā arī izpētīti ietekmējošie faktori un likumi. Sistemātiski izpētīt HPMC/HPS aukstās un karstās apgrieztās fāzes gēla kompleksa sistēmas fāzu pāreju, savietojamību un fāzu atdalīšanu, izpētīt tās ietekmējošos faktorus un mehānismus un noteikt saistību starp mikroskopisko morfoloģisko struktūru un makroskopiskajām īpašībām. Kompozītmateriālu īpašību kontrolei tiek izmantota kompozītmateriālu morfoloģiskā struktūra un savietojamība.

1.5.3. Pētījuma saturs

Lai sasniegtu plānoto pētījuma mērķi, šajā rakstā tiks veikti šādi pētījumi:

(1) Izveidojiet HPMC/HPS aukstās un karstās apgrieztās fāzes gēla savienojumu sistēmu un izmantojiet reometru, lai izpētītu savienojuma šķīduma reoloģiskās īpašības, jo īpaši koncentrācijas, maisījuma attiecības un bīdes ātruma ietekmi uz viskozitāti un plūsmas indeksu. salikto sistēmu. Tika pētīta tādu reoloģisko īpašību kā tiksotropija un tiksotropija ietekme un likums, kā arī sākotnēji izpētīts aukstā un karstā kompozītmateriāla gēla veidošanās mehānisms.

(2) Tika sagatavota HPMC/HPS ēdamā kompozītmateriāla plēve, un tika izmantots skenējošais elektronu mikroskops, lai izpētītu katra komponenta raksturīgo īpašību un sastāva attiecības ietekmi uz kompozītplēves mikroskopisko morfoloģiju; ar mehānisko īpašību testeri tika pētītas katras sastāvdaļas raksturīgās īpašības, kompozītplēves sastāvs Attiecības un vides relatīvā mitruma ietekme uz kompozītplēves mehāniskajām īpašībām; skābekļa caurlaidības ātruma testera un UV-Vis spektrofotometra izmantošana, lai izpētītu komponentu raksturīgo īpašību un savienojumu attiecības ietekmi uz kompozītmateriālu plēves skābekļa un gaismas caurlaidības īpašībām. HPMC/HPS aukstuma saderība un fāzu atdalīšana karstā apgrieztā gēla kompozītmateriālu sistēma tika pētīta ar skenējošo elektronu mikroskopiju, termogravimetrisko analīzi un dinamisko termomehānisko analīzi.

(3) Tika izveidota saistība starp HPMC/HPS aukstā apgrieztā gēla kompozītmateriālu sistēmas mikroskopisko morfoloģiju un mehāniskajām īpašībām. Tika sagatavota HPMC/HPS ēdamā kompozītmateriāla plēve, un savienojuma koncentrācijas un savienojuma attiecības ietekme uz parauga fāzes sadalījumu un fāzes pāreju tika pētīta ar optisko mikroskopu un joda krāsošanas metodi; Tika izveidotas savienojuma koncentrācijas un savienojuma koeficienta ietekme uz paraugu mehāniskajām īpašībām un gaismas pārraides īpašībām. Tika izpētīta saistība starp HPMC/HPS aukstā apgrieztā gēla kompozītmateriālu sistēmas mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām.

(4) HPS aizstāšanas pakāpes ietekme uz HPMC/HPS aukstā-karstā apgrieztās fāzes gēla kompozītu sistēmas reoloģiskajām īpašībām un gēla īpašībām. Izmantojot reometru, tika pētīta HPS aizvietošanas pakāpes, bīdes ātruma un temperatūras ietekme uz savienojumu sistēmas viskozitāti un citām reoloģiskajām īpašībām, kā arī gēla pārejas punktu, moduļa frekvences atkarību un citas gēla īpašības un to likumi. No temperatūras atkarīgais fāžu sadalījums un paraugu fāzes pāreja tika pētīta ar joda krāsošanu, un tika aprakstīts HPMC/HPS aukstā-karstā apgrieztās fāzes gēla kompleksa sistēmas želejas mehānisms.

(5) HPS ķīmiskās struktūras modifikācijas ietekme uz HPMC/HPS aukstā-karstā apgrieztās fāzes gēla kompozītu sistēmas makroskopiskajām īpašībām un savietojamību. Tika sagatavota HPMC/HPS ēdamā kompozītplēve un ar sinhrotronu starojuma maza leņķa rentgenstaru izkliedes tehnoloģiju pētīta HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpes ietekme uz kompozītplēves kristāla struktūru un mikrodomēna struktūru. HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpes ietekmes likums uz kompozītmateriālu membrānas mehāniskajām īpašībām tika pētīts ar mehānisko īpašību testeri; ar skābekļa caurlaidības testeri pētīts HPS aizvietošanas pakāpes ietekmes likums uz kompozītmateriālu membrānas skābekļa caurlaidību; HPS hidroksipropilgrupas aizvietošanas pakāpes ietekme uz HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju termisko stabilitāti.

2. nodaļa HPMC/HPS savienojumu sistēmas reoloģiskā izpēte

Uz dabīgiem polimēriem balstītas ēdamās plēves var pagatavot ar salīdzinoši vienkāršu mitro metodi [321]. Pirmkārt, polimēru izšķīdina vai izkliedē šķidrajā fāzē, lai sagatavotu ēdamu plēvi veidojošu šķidrumu vai plēvi veidojošu suspensiju, un pēc tam koncentrē, noņemot šķīdinātāju. Šeit operācija parasti tiek veikta, žāvējot nedaudz augstākā temperatūrā. Šo procesu parasti izmanto, lai ražotu fasētas ēdamās plēves vai lai produktu tieši pārklātu ar plēvi veidojošu šķīdumu, iemērcot, noslaukot vai izsmidzinot. Pārtikas plēves apstrādes projektēšanai nepieciešams iegūt precīzus plēvi veidojošā šķidruma reoloģiskos datus, kam ir liela nozīme pārtikas iepakojuma plēvju un pārklājumu produktu kvalitātes kontrolē [322].

HPMC ir termiskā līmjava, kas veido želeju augstā temperatūrā un atrodas šķīduma stāvoklī zemā temperatūrā. Šī termiskā gēla īpašība padara tā viskozitāti zemā temperatūrā ļoti zemu, kas neveicina īpašus ražošanas procesus, piemēram, iegremdēšanu, suku un iegremdēšanu. darbība, kā rezultātā zemā temperatūrā ir slikta apstrādājamība. Turpretim HPS ir auksta želeja, viskoza želeja zemā temperatūrā un augstā temperatūrā. Zemas viskozitātes šķīduma stāvoklis. Tāpēc, apvienojot abus, HPMC reoloģiskās īpašības, piemēram, viskozitāti zemā temperatūrā, var zināmā mērā līdzsvarot.

Šajā nodaļā uzmanība tiek pievērsta šķīduma koncentrācijas, salikšanas koeficienta un temperatūras ietekmei uz reoloģiskajām īpašībām, piemēram, nulles bīdes viskozitāti, plūsmas indeksu un tiksotropiju HPMC/HPS aukstā karstā apgrieztā gēla savienojuma sistēmā. Pievienošanas noteikums tiek izmantots, lai provizoriski apspriestu saliktās sistēmas saderību.

2.2. Eksperimentālā metode

2.2.1. HPMC/HPS savienojuma šķīduma pagatavošana

Vispirms nosver HPMC un HPS sauso pulveri un samaisa atbilstoši 15% (w/w) koncentrācijai un dažādām attiecībām 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10; pēc tam pievieno 70 °C temperatūrā C ūdeni, ātri maisa 30 minūtes ar ātrumu 120 apgr./min, lai pilnībā izkliedētu HPMC; tad uzkarsē šķīdumu līdz virs 95 °C, strauji maisa 1 stundu ar tādu pašu ātrumu, lai pilnībā želatinizētu HPS; želatinizācija ir pabeigta. Pēc tam šķīduma temperatūra tika strauji samazināta līdz 70 ° C, un HPMC tika pilnībā izšķīdināts, maisot ar lēnu ātrumu 80 apgr./min 40 minūtes. (Visi m/w šajā rakstā ir: parauga sausā bāzes masa/kopējā šķīduma masa).

2.2.2. HPMC/HPS savienojumu sistēmas reoloģiskās īpašības

2.2.2.1. Reoloģiskās analīzes princips

Rotācijas reometrs ir aprīkots ar paralēlu skavu augšu un uz leju pāri, un, izmantojot relatīvo kustību starp skavām, var realizēt vienkāršu bīdes plūsmu. The rheometer can be tested in step mode, flow mode and oscillation mode: in step mode, the rheometer can apply transient stress to the sample, which is mainly used to test the transient characteristic response and steady-state time of the sample. Novērtēšana un viskoelastīgā reakcija, piemēram, stresa relaksācija, šļūde un atveseļošanās; plūsmas režīmā reometrs var pielietot paraugam lineāro spriegumu, ko galvenokārt izmanto, lai pārbaudītu parauga viskozitātes atkarību no bīdes ātruma un viskozitātes atkarību no temperatūras un tiksotropijas; svārstību režīmā reometrs var radīt sinusoidālu mainīgu svārstību spriegumu, ko galvenokārt izmanto lineārā viskoelastīgā apgabala noteikšanai, termiskās stabilitātes novērtēšanai un parauga želejas temperatūrai.

2.2.2.2 Plūsmas režīma testa metode

Tika izmantots paralēls plākšņu stiprinājums ar diametru 40 mm, un atstatums starp plāksnēm tika iestatīts uz 0, 5 mm.

1. Viskozitāte mainās ar laiku. Testa temperatūra bija 25 °C, bīdes ātrums bija 800 s-1, un testa laiks bija 2500 s.

2. Viskozitāte mainās atkarībā no bīdes ātruma. Testa temperatūra 25 °C, priekšgriešanas ātrums 800 s-1, priekšgriešanas laiks 1000 s; bīdes ātrums 10²-10³s.

Bīdes spriegums (τ) un bīdes ātrums (γ) seko Ostwald-de Waele Power likumam:

̇τ=K.γ n (2-1)

γ ir bīdes ātrums, s-1;

n ir likviditātes indekss;

K ir viskozitātes koeficients, Pa·sn.

Attiecība starp viskozitāti (ŋ) polimēra šķīduma un bīdes ātrumu (γ) var pielāgot ar karrena moduli:

Viņu vidū,ŋ0bīdes viskozitāte, Pa s;

ŋ∞ir bezgalīga bīdes viskozitāte, Pa s;

λ ir relaksācijas laiks, s;

n ir bīdes retināšanas indekss；

3. Trīspakāpju tiksotropijas pārbaudes metode. Testa temperatūra ir 25 °C, a. Stacionārais posms, bīdes ātrums ir 1 s-1, un testa laiks ir 50 s; b. Bīdes stadija, bīdes ātrums ir 1000 s-1, un testa laiks ir 20 s; c. Struktūras atjaunošanas process, bīdes ātrums ir 1 s-1, un testa laiks ir 250 s.

Struktūras atjaunošanas procesā struktūras atjaunošanās pakāpi pēc dažāda atjaunošanās laika izsaka ar viskozitātes atgūšanas ātrumu:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

Viņu vidū,ŋt ir viskozitāte struktūras atjaunošanās laikā ts, Pa s;

hŋir viskozitāte pirmā posma beigās, Pa s.

2.3. Rezultāti un diskusija

2.3.1. Bīdes laika ietekme uz savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām

Pastāvīgā bīdes ātrumā šķietamā viskozitāte var parādīt atšķirīgas tendences, pieaugot bīdes laikam. Attēlā 2-1 parādīta tipiska viskozitātes un laika līkne HPMC/HPS savienojumu sistēmā. No attēla var redzēt, ka, pagarinot bīdes laiku, šķietamā viskozitāte nepārtraukti samazinās. Kad cirpšanas laiks sasniedz apmēram 500 s, viskozitāte sasniedz stabilu stāvokli, kas norāda, ka savienojuma sistēmas viskozitātei ātrgaitas bīdes gadījumā ir noteikta vērtība. Atkarība no laika, tas ir, tiksotropija, tiek parādīta noteiktā laika diapazonā.

Tāpēc, izpētot savienojuma sistēmas viskozitātes variācijas likumu ar bīdes ātrumu, pirms reālā līdzsvara stāvokļa bīdes testa ir nepieciešams noteikts ātrgaitas pirmsapstrādes periods, lai novērstu tiksotropijas ietekmi uz savienojuma sistēmu . Tādējādi tiek iegūts viskozitātes variācijas likums ar bīdes ātrumu kā vienu faktoru. Šajā eksperimentā visu paraugu viskozitāte sasniedza vienmērīgu stāvokli pirms 1000 s ar augstu bīdes ātrumu 800 1/s ar laiku, kas šeit nav attēlots. Tāpēc turpmākajā eksperimentālajā dizainā tika pieņemta pirms bīdes 1000 s ar augstu bīdes ātrumu 800 1/s, lai novērstu visu paraugu tiksotropijas ietekmi.

2.3.2. Koncentrācijas ietekme uz savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām

Parasti polimēru šķīdumu viskozitāte palielinās, palielinoties šķīduma koncentrācijai. 2-2. Attēlā parādīta koncentrācijas ietekme uz HPMC/HPS formulējumu viskozitātes atkarību no bīdes ātruma. No attēla mēs redzam, ka ar tādu pašu bīdes ātrumu savienojuma sistēmas viskozitāte pakāpeniski palielinās, palielinoties šķīduma koncentrācijai. HPMC/HPS savienojumu šķīdumu viskozitāte ar dažādām koncentrācijām pakāpeniski samazinājās, palielinoties bīdes ātrumam, parādot acīmredzamu bīdes retināšanas parādību, kas norādīja, ka savienojuma šķīdumi ar dažādām koncentrācijām piederēja pseidoplastiskiem šķidrumiem. However, the shear rate dependence of viscosity showed a different trend with the change of solution concentration. When the solution concentration is low, the shear thinning phenomenon of the composite solution is small; Palielinoties šķīduma koncentrācijai, kompozītmateriāla šķīduma bīdes retināšanas parādība ir acīmredzamāka.

2.3.2.1. Koncentrācijas ietekme uz savienojumu sistēmas nulles bīdes viskozitāti

Savienojumu sistēmas viskozitātes un bīdes ātruma līknes dažādās koncentrācijās tika piemērotas Karrena modelim, un savienojuma šķīduma nulles bīdes viskozitāte tika ekstrapolēta (0,9960 < R₂< 0,9997). Koncentrācijas ietekmi uz savienojuma šķīduma viskozitāti var turpināt pētīt, pētot sakarību starp nulles bīdes viskozitāti un koncentrāciju. Attēlā 2-3 var redzēt, ka attiecība starp nulles bīdes viskozitāti un savienojuma šķīduma koncentrāciju atbilst jaudas likumam:

kur k un m ir konstantes.

Dubultajā logaritmiskajā koordinātā atkarībā no slīpuma m lieluma var redzēt, ka atkarība no koncentrācijas atspoguļo divas dažādas tendences. Saskaņā ar Dio-Edvarda teoriju, pie zemas koncentrācijas slīpums ir lielāks (m = 11,9, R2 = 0,9942), kas pieder pie atšķaidīta šķīduma; savukārt pie augstas koncentrācijas slīpums ir salīdzinoši zems (m = 2,8, R2 = 0,9822), kas pieder pie apakškoncentrēta šķīduma. Tāpēc savienojumu sistēmas kritisko koncentrāciju C* var noteikt kā 8% caur šo divu reģionu krustojumu. According to the common relationship between different states and concentrations of polymers in solution, the molecular state model of HPMC/HPS compound system in low temperature solution is proposed, as shown in Figure 2-3.

HPS ir auksts gēls, tas ir gēla stāvoklis zemā temperatūrā, un tas ir šķīduma stāvoklis augstā temperatūrā. Testa temperatūrā (25 °C) HPS ir gēla stāvoklis, kā parādīts attēlā zilajā tīkla apgabalā; gluži pretēji, HPMC ir karsts gēls, testa temperatūrā tas ir šķīduma stāvoklī, kā parādīts sarkanās līnijas molekulā.

C < C* atšķaidītā šķīdumā HPMC molekulārās ķēdes galvenokārt pastāv kā neatkarīgas ķēdes struktūras, un izslēgtais tilpums ķēdes atdala vienu no otras; turklāt HPS gēla fāze mijiedarbojas ar dažām HPMC molekulām, veidojot veselumu. Formas un HPMC neatkarīgās molekulārās ķēdes pastāv atsevišķi viena no otras, kā parādīts 2-2a attēlā.

Pieaugot koncentrācijai, attālums starp neatkarīgajām molekulārajām ķēdēm un fāzes reģioniem pakāpeniski samazinājās. Kad tiek sasniegta kritiskā koncentrācija C*, HPMC molekulas, kas mijiedarbojas ar HPS gēla fāzi, pakāpeniski palielinās, un neatkarīgās HPMC molekulārās ķēdes sāk savienoties viena ar otru, veidojot HPS fāzi kā gēla centru, un HPMC molekulārās ķēdes tiek savstarpēji saistītas. un savienoti viens ar otru. Mikrogēla stāvoklis ir parādīts 2-2b attēlā.

Turpinot palielināt koncentrāciju, C > C*, attālums starp HPS gēla fāzēm tiek vēl vairāk samazināts, un sapinušās HPMC polimēru ķēdes un HPS fāzes apgabals kļūst sarežģītākas un mijiedarbība ir intensīvāka, tāpēc šķīdumam ir raksturīga uzvedība. līdzīgi kā polimēru kausējumiem, kā parādīts 2-2c attēlā.

2.3.2.2. Koncentrācijas ietekme uz savienojumu sistēmas šķidruma uzvedību

Ostvalda-de Vēla jaudas likums (sk. formulu (2-1)) tiek izmantots, lai pielāgotu bīdes sprieguma un bīdes ātruma līknes (nav parādītas tekstā) savienojuma sistēmā ar dažādām koncentrācijām, kā arī plūsmas indeksu n un viskozitātes koeficientu. K var iegūt. , pielāgošanas rezultāts ir tāds, kā parādīts 2-1 tabulā.

2-1. tabula HPS/HPMC šķīduma plūsmas uzvedības indekss (n) un šķidruma konsistences indekss (K) ar dažādu koncentrāciju 25 °C temperatūrā

Ņūtona šķidruma plūsmas eksponents ir n = 1, pseidoplastiskā šķidruma plūsmas eksponents ir n <1, un tālāks n atšķiras no 1, jo spēcīgāka šķidruma pseidoplastika, un atšķaidītā šķidruma plūsmas eksponents ir n> 1. Tabulā 2-1 redzams, ka dažādu koncentrāciju savienojumu šķīdumu n vērtības ir mazākas par 1, kas norāda, ka visi saliktie šķīdumi ir pseidoplastiski šķidrumi. Pie zemām koncentrācijām atšķaidītā šķīduma n vērtība ir tuvu 0, kas norāda, ka zemas koncentrācijas savienojuma šķīdums ir tuvu Ņūtona šķidrumam, jo ​​zemas koncentrācijas savienojuma šķīdumā polimēru ķēdes pastāv neatkarīgi viena no otras. Palielinoties šķīduma koncentrācijai, savienojumu sistēmas n vērtība pakāpeniski samazinājās, kas liecināja, ka koncentrācijas palielināšanās uzlaboja savienojuma šķīduma pseidoplastisko uzvedību. Mijiedarbība, piemēram, sapīšanās, notika starp HPS fāzi un ar to, un tās plūsmas uzvedība bija tuvāka polimēru kausējuma uzvedībai.

Zemā koncentrācijā savienojumu sistēmas viskozitātes koeficients K ir mazs (C < 8%, K < 1 Pa·sn), un, palielinoties koncentrācijai, savienojumu sistēmas K vērtība pakāpeniski palielinās, norādot, ka viskozitāte Saliktā sistēma samazinājās, kas atbilst nulles bīdes viskozitātes atkarībai no koncentrācijas.

2.3.3. Sajaukšanas attiecības ietekme uz maisījuma sistēmas reoloģiskajām īpašībām

2-4. att. HPMC/HPS šķīduma viskozitāte pret bīdes ātrumu ar dažādu maisījuma attiecību pie 25 °C

2-2. tabula HPS/HPMC šķīduma plūsmas uzvedības indekss (n) un šķidruma konsistences indekss (K) ar dažādu maisījuma attiecību pie 25 °

2-4. Attēlā parādīta salikšanas koeficienta ietekme uz HPMC/HPS savienojošā šķīduma viskozitātes atkarību no bīdes ātruma. No attēla var redzēt, ka savienojuma sistēmas viskozitāte ar zemu HPS saturu (HPS <20%) būtiski nemainās, palielinoties bīdes ātrumam, galvenokārt tāpēc, ka savienojuma sistēmā ar zemu HPS saturu HPMC šķīduma stāvoklī zemā temperatūrā ir nepārtrauktā fāze; Saliktā sistēmas viskozitāte ar augstu HPS saturu pakāpeniski samazinās, palielinoties bīdes ātrumam, parādot acīmredzamu bīdes retināšanas parādību, kas norāda, ka savienojuma šķīdums ir pseidoplastisks šķidrums. Tajā pašā bīdes ātrumā savienojuma šķīduma viskozitāte palielinās, palielinoties HPS saturam, kas galvenokārt ir tāpēc, ka HPS ir viskozākā gēla stāvoklī zemā temperatūrā.

Izmantojot Ostwald-De Waele Power likumu (sk. Formula (2-1)), lai pielāgotos savienojumu sistēmu bīdes sprieguma bīdes ātruma līknēm (nav parādītas tekstā) ar atšķirīgu savienojuma attiecību, plūsmas eksponentu N un viskozitātes koeficientu K, pielāgošanas rezultāti ir parādīti 2-2 tabulā. No tabulas var redzēt, ka 0,9869 <r2 <0,9999, montāžas rezultāts ir labāks. Saliktā sistēmas plūsmas indekss n pakāpeniski samazinās, palielinoties HPS saturam, savukārt viskozitātes koeficients K parāda pakāpeniski pieaugošu tendenci, palielinoties HPS saturam, norādot, ka HPS pievienošana padara savienojuma risinājumu viskozāku un grūti plūstošu . Šī tendence atbilst Džan pētījuma rezultātiem, taču ar tādu pašu sajaukšanas attiecību saliktā šķīduma n vērtība ir augstāka nekā Džan rezultāts [305], kas galvenokārt ir tāpēc, ka šajā eksperimentā tika veikta iepriekšēja griešana, lai novērstu tiksotropijas efektu. tiek likvidēts; Zhang rezultāts ir tiksotropijas un bīdes ātruma kombinētās darbības rezultāts; Šo divu metožu atdalīšana tiks sīki apskatīta 5. nodaļā.

2.3.3.1. Sajaukšanas attiecības ietekme uz maisīšanas sistēmas nulles bīdes viskozitāti

Saistība starp viendabīgo polimēru savienojuma sistēmas reoloģiskajām īpašībām un komponentu reoloģiskās īpašības sistēmā atbilst logaritmiskās summēšanas noteikumam. Divkomponentu savienojumu sistēmai attiecību starp salikto sistēmu un katru komponentu var izteikt ar šādu vienādojumu:

Starp tiem F ir kompleksās sistēmas reoloģiskās īpašības parametrs;

F1, F2 ir attiecīgi 1. un 2. komponenta reoloģiskie parametri;

∅1 un ∅2 ir attiecīgi 1. un 2. komponenta masas daļas un ∅1 ∅2.

Tāpēc savienojuma sistēmas nulles bīdes viskozitāte pēc savienojuma ar dažādiem salikšanas attiecībām var aprēķināt atbilstoši logaritmiskajai summēšanas principam, lai aprēķinātu atbilstošo paredzamo vērtību. Savienojumu šķīdumu eksperimentālās vērtības ar dažādām savienojumu attiecībām joprojām tika ekstrapolētas, pielāgojot viskozitātes-bīdes ātruma līkni. HPMC/HPS savienojuma sistēmas nulles bīdes viskozitātes prognozētā vērtība tiek salīdzināta ar eksperimentālo vērtību, kā parādīts 2-5. Attēlā.

Punktētās līnijas daļa attēlā ir savienojuma šķīduma nulles bīdes viskozitātes prognozētā vērtība, kas iegūta ar logaritmiskās summas likumu, un punktētās līnijas grafiks ir savienojumu sistēmas eksperimentālā vērtība ar dažādām sajaukšanas attiecībām. No attēla var redzēt, ka savienojuma šķīduma eksperimentālā vērtība uzrāda noteiktu pozitīvu-negatīvu novirzi attiecībā pret savienošanas noteikumu, norādot, ka savienojumu sistēma nevar sasniegt termodinamisko savietojamību un savienojumu sistēma ir nepārtraukta fāzes dispersija pie Zema temperatūra divfāžu sistēmas “jūras salu” struktūra; un, nepārtraukti samazinot HPMC/HPS savienojuma attiecību, maisīšanas sistēmas nepārtrauktā fāze mainījās pēc tam, kad maisījuma attiecība bija 4:6. Nodaļā sīki apskatīts pētījums.

No attēla var skaidri redzēt, ka tad, kad HPMC/HPS savienojuma attiecība ir liela, savienojuma sistēmai ir negatīva novirze, kas var būt tāpēc, ka augstā viskozitāte HPS ir sadalīta izkliedētā fāzes stāvoklī zemākā viskozitātes HPMC nepārtrauktā fāzes vidējā vidējā līmenī . Palielinoties HPS saturam, saliktā sistēmā ir pozitīva novirze, norādot, ka šajā laikā saliktajā sistēmā notiek nepārtrauktas fāzes pāreja. HPS ar augstu viskozitāti kļūst par savienojumu sistēmas nepārtraukto fāzi, savukārt HPMC tiek izkliedēts HPS nepārtrauktajā fāzē vienmērīgākā stāvoklī.

2.3.3.2. Salīdzināšanas koeficienta ietekme uz salikšanas sistēmas šķidruma izturēšanos

2-6. Attēlā parādīts saliktās sistēmas plūsmas indekss N kā HPS satura funkcija. Tā kā plūsmas indekss N ir uzstādīts no logaritmiskās koordinātas, n šeit ir lineāra summa. No attēla var redzēt, ka, palielinoties HPS saturam, savienojuma sistēmas plūsmas indekss N pakāpeniski samazinās, norādot, ka HPS samazina savienotā šķīduma Ņūtona šķidruma īpašības un uzlabo tā pseidoplastisko šķidruma izturēšanos. Apakšējā daļa ir želejas stāvoklis ar augstāku viskozitāti. No attēla var arī redzēt, ka saistība starp savienojuma sistēmas plūsmas indeksu un HPS saturs atbilst lineārai attiecībai (R2 ir 0,98062), tas parāda, ka savienojuma sistēmai ir laba saderība.

2.3.3.3. Sajaukšanas attiecības ietekme uz maisījuma sistēmas viskozitātes koeficientu

2-7. Attēlā parādīts saliktā šķīduma viskozitātes koeficients K kā HPS satura funkcija. No attēla var redzēt, ka tīra HPMC K vērtība ir ļoti maza, savukārt tīra HP vērtība ir lielākā, kas ir saistīta ar HPMC un HPS gēla īpašībām, kas attiecīgi atrodas šķīdumā un gel zema temperatūra. Ja zemas viskozitātes komponenta saturs ir augsts, tas ir, ja HPS saturs ir zems, savienojuma šķīduma viskozitātes koeficients ir tuvs zemas viskozitātes komponenta HPMC viskozitātes koeficientam; savukārt, ja augstas viskozitātes komponenta saturs ir augsts, savienojuma šķīduma K vērtība palielinās, palielinoties HPS saturam, kas liecināja, ka HPS palielināja HPMC viskozitāti zemā temperatūrā. Tas galvenokārt atspoguļo nepārtrauktās fāzes viskozitātes ieguldījumu savienojuma sistēmas viskozitātē. Dažādos gadījumos, kad zemas viskozitātes komponents ir nepārtrauktā fāze un augstas viskozitātes komponents ir nepārtrauktā fāze, nepārtrauktās fāzes viskozitātes ieguldījums savienojuma sistēmas viskozitātē acīmredzami ir atšķirīgs. Ja zemas viskozitātes HPMC ir nepārtraukta fāze, savienojuma sistēmas viskozitāte galvenokārt atspoguļo nepārtrauktās fāzes viskozitātes ieguldījumu; un, kad augstas viskozitātes HPS ir nepārtraukta fāze, HPMC kā izkliedētā fāze samazinās augstas viskozitātes HPS viskozitāti. efekts.

2.3.4 Tiksotropija

Tiksotropiju var izmantot, lai novērtētu vielu vai vairāku sistēmu stabilitāti, jo tiksotropija var iegūt informāciju par iekšējo struktūru un bojājuma pakāpi bīdes spēka gadījumā [323-325]. Tiksotropiju var saistīt ar laika ietekmi un bīdes vēsturi, kas izraisa mikrostrukturālas izmaiņas [324, 326]. Trīspakāpju tiksotropā metode tika izmantota, lai pētītu dažādu maisījuma attiecību ietekmi uz maisījuma sistēmas tiksotropajām īpašībām. Kā redzams 2.-5. Attēlā, visiem paraugiem bija dažādas tiksotropijas pakāpes. Pēc zema bīdes ātruma savienojuma šķīduma viskozitāte ievērojami palielinājās, palielinoties HPS saturam, kas saskanēja ar nulles bīdes viskozitātes maiņu ar HPS saturu.

Salikto paraugu strukturālās atjaunošanās pakāpes DSR dažādos reģenerācijas laikos aprēķina pēc formulas (2-3), kā parādīts 2-1. tabulā. Ja DSR < 1, paraugam ir zema bīdes pretestība un paraugs ir tiksotrops; otrādi, ja DSR > 1, paraugam ir antitiksotropija. No tabulas mēs redzam, ka tīra HPMC DSR vērtība ir ļoti augsta, gandrīz 1, tas ir tāpēc, ka HPMC molekula ir stingra ķēde, un tās relaksācijas laiks ir īss, un struktūra tiek ātri atjaunota liela bīdes spēka ietekmē. HPS DSR vērtība ir salīdzinoši zema, kas apliecina tā spēcīgās tiksotropās īpašības, galvenokārt tāpēc, ka HPS ir elastīga ķēde un tās relaksācijas laiks ir ilgs. Testēšanas laikā struktūra pilnībā neatjaunojās.

Saliktā šķīduma gadījumā tajā pašā atveseļošanās laikā, kad HPMC saturs ir lielāks par 70%, DSR strauji samazinās, palielinoties HPS saturu, jo HPS molekulārā ķēde ir elastīga ķēde un stingro molekulāro ķēžu skaits Savienojuma sistēmā palielinās, pievienojot HPS. Ja tas tiek samazināts, savienojuma sistēmas kopējā molekulārā segmenta relaksācijas laiks tiek pagarināts, un savienojumu sistēmas tiksotropiju nevar ātri atjaunot augstas bīdes ietekmē. Ja HPMC saturs ir mazāks par 70%, DSR palielinās, palielinoties HPS saturam, kas norāda, ka savienojuma sistēmā ir mijiedarbība starp HPS un HPMC molekulārajām ķēdēm, kas uzlabo vispārējo molekulārā stingrību Segmenti saliktā sistēmā un saīsina savienojuma sistēmas relaksācijas laiku, un tiksotropija tiek samazināta.

Turklāt saliktās sistēmas DSR vērtība bija ievērojami zemāka nekā tīrai HPMC, kas norādīja, ka HPMC tiksotropija tika ievērojami uzlabota, sajaucot. Lielākajai daļai savienojumu sistēmas paraugu DSR vērtības bija lielākas nekā tīra HPS, kas liecina, ka HPS stabilitāte zināmā mērā ir uzlabojusies.

No tabulas var arī redzēt, ka dažādos atkopšanas laikos DSR vērtības visas parāda zemāko punktu, kad HPMC saturs ir 70%un ja cietes saturs ir lielāks par 60%, kompleksa DSR vērtība ir augstāka nekā tīras HPS. Visu paraugu DSR vērtības 10 s laikā ir ļoti tuvas galīgajām DSR vērtībām, kas norāda, ka saliktās sistēmas struktūra lielāko daļu struktūras atjaunošanas uzdevumu paveica 10 s laikā. Ir vērts atzīmēt, ka kombinētajiem paraugiem ar augstu HPS saturu bija tendence sākumā palielināties un pēc tam samazināties, pagarinoties atveseļošanās laikam, kas liecināja, ka saliktajiem paraugiem bija arī noteikta tiksotropijas pakāpe zemas bīdes ietekmē, un to struktūra ir nestabilāka.

Trīspakāpju tiksotropijas kvalitatīvā analīze atbilst ziņotajiem tiksotropā gredzena testa rezultātiem, bet kvantitatīvās analīzes rezultāti neatbilst tiksotropā gredzena testa rezultātiem. HPMC/HPS savienojumu sistēmas tiksotropija tika mērīta ar tiksotropā gredzena metodi, palielinoties HPS saturam [305]. Deģenerācija vispirms samazinājās un pēc tam palielinājās. Tiksotropā gredzena tests var tikai spekulēt par tiksotropās parādības esamību, bet to nevar apstiprināt, jo tiksotropiskais gredzens ir vienlaicīgas bīdes laika un bīdes ātruma darbības rezultāts [325-327].

2.4. Šīs nodaļas kopsavilkums

Šajā nodaļā termogēls HPMC un aukstā gēls HPS tika izmantoti kā galvenie izejmateriāli, lai izveidotu divfāžu kompozītmateriālu aukstā un karstā gēla sistēmu. Reoloģisko īpašību, piemēram, viskozitātes, plūsmas modeļa un tiksotropijas ietekme, ietekme. Saskaņā ar izplatīto saistību starp dažādiem stāvokļiem un polimēru koncentrāciju šķīdumā tiek ierosināts HPMC/HPS savienojuma sistēmas molekulārā stāvokļa modelis zemas temperatūras šķīdumā. Pēc dažādu komponentu īpašību logaritmiskās summēšanas principa salikto sistēmā tika pētīta salikto sistēmu savietojamība. Galvenie atklājumi ir šādi:

1. Savienojuma paraugi ar atšķirīgu koncentrāciju parādīja zināmu bīdes retināšanas pakāpi, un bīdes retināšanas pakāpe palielinājās, palielinoties koncentrācijai.
2. Palielinoties koncentrācijai, savienojumu sistēmas plūsmas indekss samazinājās, un nulles bīdes viskozitāte un viskozitātes koeficients palielinājās, norādot, ka savienojumu sistēmas cietā darbība ir uzlabojusies.
3. HPMC/HPS savienojuma sistēmā ir kritiska koncentrācija (8%), zem kritiskās koncentrācijas HPMC molekulārās ķēdes un HPS gēla fāzes reģions savienojuma šķīdumā tiek atdalīts viens no otra un pastāv neatkarīgi; Kad tiek sasniegta kritiskā koncentrācija, savienojuma šķīdumā kā HPS fāzi veidojas mikrogela stāvoklis kā gēla centrs, un HPMC molekulārās ķēdes ir savstarpēji savienotas un savienotas viena ar otru; virs kritiskās koncentrācijas pārpildītās HPMC makromolekulārās ķēdes un to savijums ar HPS fāzes reģionu ir sarežģītāka, un mijiedarbība ir sarežģītāka. more intense, so the solution behaves like a polymer melt.
4. Saliktā attiecība būtiski ietekmē HPMC/HPS savienojuma šķīduma reoloģiskās īpašības. Palielinoties HPS saturam, savienojuma sistēmas bīdes retināšanas parādība ir acīmredzamāka, plūsmas indekss pakāpeniski samazinās, un nulles bīdes viskozitātes un viskozitātes koeficients pakāpeniski palielinās. palielinās, norādot, ka ir ievērojami uzlabota kompleksa cietviela līdzīga izturēšanās.
5. Savienojumu sistēmas nulles bīdes viskozitāte uzrāda noteiktu pozitīvu-negatīvu novirzi attiecībā pret logaritmiskās summēšanas likumu. Savienojumu sistēma ir divfāžu sistēma ar nepārtrauktu fāzu izkliedētu fāzes “jūras salas” struktūru zemā temperatūrā, un, HPMC/HPS savienojuma attiecībai samazinoties pēc 4:6, sajaukšanas sistēmas nepārtrauktā fāze mainījās.
6. Pastāv lineāra sakarība starp plūsmas indeksu un sajaukto šķīdumu maisījuma attiecību ar dažādām sajaukšanas attiecībām, kas norāda, ka maisīšanas sistēmai ir laba savietojamība.
7. HPMC/HPS savienojuma sistēmai, ja zemas viskozitātes komponents ir nepārtrauktā fāze un augstas viskozitātes komponents ir nepārtraukta fāze, nepārtrauktas fāzes viskozitātes ieguldījums savienojuma sistēmas viskozitātē ir ievērojami atšķirīgs. Kad zemas viskozitātes HPMC ir nepārtraukta fāze, savienojuma sistēmas viskozitāte galvenokārt atspoguļo nepārtrauktas fāzes viskozitātes ieguldījumu; Kamēr HPS ar augstu viskozitāti ir nepārtraukta fāze, HPMC kā izkliedes fāze samazinās augstas viskozitātes HPS viskozitāti. efekts.
8. Trīspakāpju tiksotropija tika izmantota, lai izpētītu savienojuma attiecības ietekmi uz saliktās sistēmas tiksotropiju. Saliktās sistēmas tiksotropijai bija tendence vispirms samazināties un pēc tam palielināties, samazinoties HPMC/HPS savienojuma attiecībai.
9. Iepriekš minētie eksperimentālie rezultāti liecina, ka, savienojot HPMC un HPS, abu komponentu reoloģiskās īpašības, piemēram, viskozitāte, bīdes retināšanas parādība un tiksotropija, ir zināmā mērā līdzsvarotas.

3. nodaļa. HPMC/HPS ēdamo kompozītmateriālu plēvju sagatavošana un īpašības

Polimēru maisīšana ir visefektīvākais veids, kā panākt vairāku komponentu veiktspējas komplementaritāti, izstrādāt jaunus materiālus ar izcilu veiktspēju, samazināt produktu cenas un paplašināt materiālu pielietojuma klāstu [240-242, 328]. Tad, ņemot vērā noteiktas molekulārās struktūras atšķirības un konformācijas entropiju starp dažādiem polimēriem, lielākā daļa polimēru savienojumu sistēmu ir nesaderīgas vai daļēji savietojamas [11, 12]. Polimēru savienojumu sistēmas mehāniskās īpašības un citas makroskopiskās īpašības ir cieši saistītas ar katra komponenta fizikāli ķīmiskajām īpašībām, katra komponenta savienojuma attiecību, komponentu savietojamību un iekšējo mikroskopisko struktūru un citiem faktoriem [240, 329].

No ķīmiskās struktūras viedokļa gan HPMC, gan HPS ir hidrofīls curdlan, tiem ir tāda pati struktūras vienība - glikoze, un tie tiek modificēti ar to pašu funkcionālo grupu - hidroksipropilgrupu, tāpēc HPMC un HPS vajadzētu būt labai fāzei. Kapacitāte. Tomēr HPMC ir termiski izraisīts želeja, kas atrodas šķīduma stāvoklī ar ļoti zemu viskozitāti zemā temperatūrā un veido koloīdu augstā temperatūrā; HPS ir aukstuma izraisīts gēls, kas ir zemas temperatūras gēls un ir šķīduma stāvoklī augstā temperatūrā; gēla apstākļi un uzvedība ir pilnīgi pretēji. HPMC un HPS savienošana neveicina viendabīgas sistēmas ar labu savietojamību veidošanos. Ņemot vērā gan ķīmisko struktūru, gan termodinamiku, HPMC savienošanai ar HPS ir liela teorētiskā nozīme un praktiska vērtība, lai izveidotu aukstā-karstā gēla savienojumu sistēmu.

Šajā nodaļā galvenā uzmanība tiek pievērsta HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmas komponentu īpašību izpētei, maisījuma attiecībai un vides relatīvajam mitrumam uz mikroskopisko morfoloģiju, savietojamību un fāzu atdalīšanu, mehāniskajām īpašībām, optiskajām īpašībām. , un savienojumu sistēmas termiskā krituma īpašības. Un makroskopisko īpašību, piemēram, skābekļa barjeras īpašību, ietekme.

3.1. Materiāli un aprīkojums

3.1.1. Galvenie eksperimentālie materiāli

3.1.2. Galvenie instrumenti un aprīkojums

3.2. Eksperimentālā metode

3.2.1. HPMC/HPS ēdamās saliktās plēves sagatavošana

15% (w/w) HPMC un HPS sausais pulveris tika sajaukts ar 3% (w/w). Polietilēnglikola plastifikators tika sajaukts dejonizētā ūdenī, lai iegūtu saliktu plēvi veidojošo šķidrumu un ēdamo salikto HPMC/ HPS tika sagatavots ar liešanas metodi.

Pagatavošanas metode: vispirms nosver HPMC un HPS sauso pulveri un sajauc tos dažādās attiecībās; tad pievieno 70 °C ūdenim un strauji maisa ar ātrumu 120 apgr./min 30 minūtes, lai pilnībā izkliedētu HPMC; tad uzkarsē šķīdumu līdz temperatūrai virs 95 °C, ātri maisa ar tādu pašu ātrumu 1 stundu, lai pilnībā želatinizētu HPS; pēc želatinizācijas pabeigšanas šķīduma temperatūru strauji samazina līdz 70 °C un šķīdumu maisa ar lēnu ātrumu 80 apgr./min 40 minūtes. Pilnībā izšķīdina HPMC. Ielejiet 20 g sajauktā plēvi veidojošā šķīduma polistirola Petri trauciņā ar diametru 15 cm, izlejiet to plakaniski un nosusiniet 37 °C temperatūrā. Žāvēta filma tiek nomizota no diska, lai iegūtu ēdamu saliktu membrānu.

Ēdamās plēves tika līdzsvarotas ar mitrumu 57% vairāk nekā 3 dienas pirms pārbaudes, un ēdamās plēves porcija, kas tika izmantota mehānisko īpašumu pārbaudei, tika līdzsvarota ar 75% mitrumu vairāk nekā 3 dienas.

3.2.2. HPMC/HPS ēdamās saliktās plēves mikromorfoloģija

3.2.2.1. Skenējošā elektronu mikroskopa analīzes princips

Elektronu lielgabals, kas atrodas skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) augšpusē, var izstarot lielu daudzumu elektronu. Pēc samazināšanas un fokusēšanas tas var veidot elektronu staru ar noteiktu enerģiju un intensitāti. Darbina skenēšanas spoles magnētiskais lauks, atbilstoši noteiktai laika un telpas secībai Skenējiet parauga virsmu punktu pa punktam. Sakarā ar atšķirību virsmas mikroreīzes raksturlielumos, mijiedarbība starp paraugu un elektronu staru radīs sekundārus elektronu signālus ar atšķirīgu intensitāti, ko savāc detektors un pārveidots par elektriskiem signāliem, kurus pastiprina video un ieeja attēla caurules režģī, pēc attēla caurules spilgtuma pielāgošanas var iegūt sekundāru elektronu attēlu, kas var atspoguļot mikroreģiona morfoloģiju un īpašības uz parauga virsmas. Salīdzinot ar tradicionālajiem optiskajiem mikroskopiem, SEM izšķirtspēja ir salīdzinoši augsta, apmēram 3 nm-6nm parauga virsmas slāņa, kas ir vairāk piemērotāks mikro struktūras īpašību novērošanai uz materiālu virsmas.

3.2.2.2. Testa metode

Ēdamā plēve tika ievietota eksikatorā žāvēšanai, un tika izvēlēta atbilstoša izmēra ēdamā plēve, uzlīmēta uz SEM īpašā parauga skatuves ar vadošu līmi un pēc tam apzeltīta ar vakuuma pārklājumu. Pārbaudes laikā paraugs tika ievietots SEM, un tika novērota parauga mikroskopiskā morfoloģija un nofotografēta ar 300 un 1000 reižu palielinājumu, izmantojot elektronu staru kūļa paātrinājuma spriegumu 5 kV.

3.2.3. HPMC/HPS ēdamās kompozītmateriāla plēves gaismas caurlaidība

3.2.3.1. UV-Vis spektrofotometrijas analīzes princips

UV-Vis spektrofotometrs var izstarot gaismu ar viļņa garumu 200–800 nm un apstarot to uz objektu. Materiāls absorbē dažus noteiktus gaismas viļņu garumus krītošajā gaismā, un notiek molekulārās vibrācijas enerģijas līmeņa pāreja un elektroniskās enerģijas līmeņa pāreja. Tā kā katrai vielai ir atšķirīgas molekulārās, atomu un molekulārās telpiskās struktūras, katrai vielai ir savs specifiskais absorbcijas spektrs, un vielas saturu var noteikt vai noteikt atbilstoši absorbcijas līmenim pie dažiem specifiskiem viļņu garumiem absorbcijas spektrā. Tāpēc UV-Vis spektrofotometriskā analīze ir viens no efektīviem līdzekļiem vielu sastāva, struktūras un mijiedarbības pētīšanai.

Kad gaismas stars ietriecas objektā, daļu krītošās gaismas objekts absorbē, bet otru krītošās gaismas daļu pārraida caur objektu; caurlaidības gaismas intensitātes attiecība pret krītošās gaismas intensitāti ir caurlaidība.

Starp tiem A ir absorbcija;

T ir caurlaidība, %.

Galīgā absorbcija tika vienmērīgi koriģēta ar absorbciju × 0, 25 mm uz biezumu.

3.2.3.2. Testa metode

Sagatavojiet 5% HPMC un HPS šķīdumus, sajauciet tos atbilstoši dažādiem attiecībām, ielejiet 10 g plēves veidojošā šķīduma polistirola Petri traukā ar 15 cm diametru un nosusiniet tos 37 ° C temperatūrā, veidojot plēvi. Sagrieziet ēdamo plēvi 1 mm × 3 mm taisnstūra sloksnē, ielieciet to kivetē un padariet ēdamo plēvi tuvu kivetes iekšējai sienai. Paraugu skenēšanai pie pilna viļņa garuma 200–800 nm tika izmantots WFZ UV-3802 UV-vis spektrofotometrs, un katrs paraugs tika pārbaudīts 5 reizes.

3.2.4. HPMC/HPS ēdamo kompozītplēvju dinamiskās termomehāniskās īpašības

3.2.4.1. Dinamiskās termomehāniskās analīzes princips

Dinamiskā termomehāniskā analīze (DMA) ir instruments, kas var izmērīt attiecības starp parauga masu un temperatūru noteiktā trieciena slodzes apstākļos un ieprogrammēto temperatūru, kā arī var pārbaudīt parauga mehāniskās īpašības periodiska mainīga sprieguma un laika iedarbībā, temperatūra un temperatūra. frekvences attiecības.

Augstas molekulāros polimērus ir viskoelastīgas īpašības, kas var uzglabāt mehānisko enerģiju, piemēram, elastomēru, no vienas puses, un no otras puses, patērēt enerģiju, piemēram, gļotas. Pieliekot periodisku mainīgo spēku, elastīgā daļa pārvērš enerģiju potenciālajā enerģijā un uzglabā to; Kamēr viskozā daļa pārvērš enerģiju siltuma enerģijā un to zaudē. Polimēru materiāliem parasti ir divi zemas temperatūras stikla stāvokļa un augstas temperatūras gumijas stāvokļa stāvokļi, un pārejas temperatūra starp abiem stāvokļiem ir stiklošanās temperatūra. Stiklošanās temperatūra tieši ietekmē materiālu struktūru un īpašības, un tā ir viena no svarīgākajām polimēru raksturīgajām temperatūrām.

Analizējot polimēru dinamiskās termomehāniskās īpašības, var novērot polimēru viskoelastību un iegūt svarīgus parametrus, kas nosaka polimēru veiktspēju, lai tos varētu labāk pielietot reālajā lietošanas vidē. Turklāt dinamiskā termomehāniskā analīze ir ļoti jutīga pret stikla pāreju, fāžu atdalīšanu, šķērssavienojumu, kristalizāciju un molekulāro kustību visos molekulāro segmentu līmeņos, un tā var iegūt daudz informācijas par polimēru struktūru un īpašībām. To bieži izmanto, lai pētītu polimēru molekulas. kustību uzvedība. Izmantojot DMA temperatūras slaucīšanas režīmu, var pārbaudīt fāzu pāreju, piemēram, stiklojuma pāreju, rašanos. Salīdzinot ar DSC, DMA ir augstāka jutība un ir vairāk piemērota tādu materiālu analīzei, kas imitē faktisko lietošanu.

3.2.4.2. Testa metode

Atlasiet tīrus, viendabīgus, plakanus un nebojātus paraugus un sagrieziet tos 10 mm × 20 mm taisnstūra sloksnēs. Paraugi tika pārbaudīti stiepes režīmā, izmantojot Pydris Diamond dinamisko termomehānisko analizatoru no PerkinElmer, ASV. Testa temperatūras diapazons bija 25–150 °C, sildīšanas ātrums bija 2 °C/min, frekvence bija 1 Hz, un testu atkārtoja divas reizes katram paraugam. Eksperimenta laikā tika reģistrēts parauga uzglabāšanas modulis (E') un zudumu modulis (E), kā arī varēja aprēķināt zuduma moduļa attiecību pret uzglabāšanas moduli, tas ir, pieskares leņķi tan δ.

3.2.5. HPMC/HPS ēdamo kompozītmateriālu plēvju termiskā stabilitāte

3.2.5.1. Termogravimetriskās analīzes princips

Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) can measure the change of the mass of a sample with temperature or time at a programmed temperature, and can be used to study the possible evaporation, melting, sublimation, dehydration, decomposition and oxidation of substances during the heating process . un citas fizikālās un ķīmiskās parādības. The relationship curve between the mass of matter and temperature (or time) obtained directly after the sample is tested is called thermogravimetric (TGA curve). svara zudums un cita informācija. Atvasināto termogravimetrisko līkni (DTG līkni) var iegūt pēc TGA līknes pirmās kārtas atvasināšanas, kas atspoguļo testējamā parauga svara zuduma ātruma izmaiņas ar temperatūru vai laiku, un pīķa punkts ir konstantes maksimālais punkts. likme.

3.2.5.2. Testa metode

Izvēlieties vienāda biezuma ēdamo plēvi, sagrieziet to aplī, kura diametrs ir tāds pats kā termogravimetriskā analizatora testa diskam, un pēc tam uzklājiet to uz testa diska un pārbaudiet slāpekļa atmosfērā ar plūsmas ātrumu 20 ml/min. . Temperatūras diapazons bija 30–700 ° C, sildīšanas ātrums bija 10 ° C/min, un katru paraugu pārbaudīja divreiz.

3.2.6.1. Stiepes īpašību analīzes princips

3.2.6. HPMC/HPS ēdamo kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības

Mehānisko īpašību testeris var pielietot statisku stiepes slodzi uz splainu gar garenisko asi noteiktos temperatūras, mitruma un ātruma apstākļos, līdz šķautne tiek salauzta. Pārbaudes laikā ar mehānisko īpašību testeri fiksēja šķautnei pielikto slodzi un tās deformācijas lielumu un uzzīmēja sprieguma-deformācijas līkni splaina stiepes deformācijas laikā. No stresa deformācijas līknes var aprēķināt stiepes izturību (ζT), pagarinājumu pārtraukumā (εB) un elastības moduli (E), lai novērtētu plēves stiepes īpašības.

Materiālu sprieguma un deformācijas attiecības parasti var iedalīt divās daļās: elastīgās deformācijas reģionā un plastiskās deformācijas reģionā. Elastīgās deformācijas zonā materiāla spriedzei un deformācijai ir lineāra attiecība, un deformāciju šajā laikā var pilnībā atgūt, kas atbilst Kuka likumam; plastiskās deformācijas zonā materiāla spriegums un deformācija vairs nav lineāra, un deformācija, kas notiek šajā laikā, ir neatgriezeniska, galu galā materiāls saplīst.

Stiepes stiprības aprēķina formula:

Kur: ir stiepes izturība, MPA;

p ir maksimālā slodze vai pārrāvuma slodze, N;

b ir parauga platums, mm;

D ir parauga biezums, mm.

Pagarināšanas aprēķināšanas formula pārtraukumā:

kur: εb ir pārrāvuma pagarinājums, %;

L ir attālums starp marķējuma līnijām, kad paraugs saplīst, mm;

L0 ir parauga sākotnējais gabarīta garums, mm.

Elastības moduļa aprēķina formula:

Starp tiem: E ir elastības modulis, MPa;

ζ ir stress, MPa;

ε ir celms.

3.2.6.2. Testa metode

Select clean, uniform, flat and undamaged samples, refer to the national standard GB13022-91, and cut them into dumbbell-shaped splines with a total length of 120mm, an initial distance between fixtures of 86mm, a distance between marks of 40mm, and platums 10 mm. Splines tika novietotas 75% un 57% (piesātināta nātrija hlorīda un nātrija bromīda šķīduma atmosfērā), un pirms mērīšanas ir līdzsvarotas vairāk nekā 3 dienas. Šajā eksperimentā testēšanai tiek izmantots Amerikas Savienoto Valstu Instron Corporation mehānisko īpašību testeris ASTM D638, 5566 un tā 2712-003 pneimatiskais skava. Stiepes ātrums bija 10 mm/min, un paraugu atkārtoja 7 reizes, un vidējā vērtība tika aprēķināta.

3.2.7. HPMC/HPS ēdamās kompozītmateriālu plēves skābekļa caurlaidība

3.2.7.1. Skābekļa caurlaidības analīzes princips

Pēc testa parauga uzstādīšanas testa dobumu sadala divās daļās – A un B; augstas tīrības pakāpes skābekļa plūsma ar noteiktu plūsmas ātrumu tiek novadīta A dobumā, un slāpekļa plūsma ar noteiktu plūsmas ātrumu tiek novadīta B dobumā; testa procesa laikā A dobums Skābeklis caur paraugu iesūcas B dobumā, un B dobumā iefiltrētais skābeklis tiek pārnests ar slāpekļa plūsmu un atstāj B dobumu, lai sasniegtu skābekļa sensoru. Skābekļa sensors mēra skābekļa saturu slāpekļa plūsmā un izdod atbilstošu elektrisko signālu, tādējādi aprēķinot skābekļa paraugu. caurlaidība.

3.2.7.2. Testa metode

Paņemiet nebojātas ēdamās kompozītmateriālu plēves, sagrieziet tās 10,16 x 10,16 cm rombveida paraugos, pārklājiet skavu malu virsmas ar vakuuma smērvielu un piestipriniet paraugus pie testa bloka. Pārbaudīts saskaņā ar ASTM D-3985, katra parauga testa laukums ir 50 cm2.

3.3. Rezultāti un diskusija

3.3.1. Pārtikas kompozītmateriālu plēvju mikrostruktūras analīze

Mijiedarbība starp plēvi veidojošā šķidruma komponentiem un žāvēšanas apstākļiem nosaka plēves galīgo struktūru un nopietni ietekmē dažādas plēves fizikālās un ķīmiskās īpašības [330, 331]. Katra komponenta raksturīgās gēla īpašības un salikšanas attiecība var ietekmēt savienojuma morfoloģiju, kas vēl vairāk ietekmē membrānas virsmas struktūru un galīgās īpašības [301, 332]. Tāpēc filmu mikrostrukturālā analīze var sniegt būtisku informāciju par katra komponenta molekulāro pārkārtojumu, kas savukārt var mums palīdzēt labāk izprast filmu īpašības, mehāniskās īpašības un optiskās īpašības.

HPS/HPMC ēdamo plēvju virsmas skenēšanas elektronu mikroskopa mikrogrāfijas ar dažādām attiecībām ir parādītas 3-1. attēlā. Kā redzams no 3-1. Attēla, dažiem paraugiem uz virsmas parādījās mikrokrekcijas, ko var izraisīt mitruma samazināšana paraugā testa laikā, vai arī elektronu staru uzbrukums mikroskopa dobumā [122 , 139]. Attēlā tīra HPS membrāna un tīra HPMC. Membrānas uzrādīja salīdzinoši gludas mikroskopiskas virsmas, un tīru HPS membrānu mikrostruktūra bija viendabīgāka un gludāka nekā tīrām HPMC membrānām, kas galvenokārt var būt saistīts ar cietes makromolekulām (amilozes molekulām un amilopektīna molekulām) dzesēšanas procesā.) panākta labāka molekulārā pārkārtošanās. ūdens šķīdumā. Many studies have shown that the amylose-amylopectin-water system in the cooling process

Var būt konkurences mehānisms starp gēla veidošanos un fāžu atdalīšanu. Ja fāžu atdalīšanās ātrums ir mazāks par gēla veidošanās ātrumu, fāzu atdalīšanās sistēmā nenotiks, pretējā gadījumā sistēmā notiks fāžu atdalīšanās [333, 334]. Turklāt, ja amilozes saturs pārsniedz 25%, amilozes želatinizācija un nepārtrauktā amilozes tīkla struktūra var ievērojami kavēt fāzes atdalīšanas parādīšanos [334]. Šajā dokumentā izmantotā HPS amilozes saturs ir 80%, daudz lielāks par 25%, tādējādi labāk ilustrē parādību, ka tīras HPS membrānas ir viendabīgākas un gludākas nekā tīras HPMC membrānas.

To var redzēt, salīdzinot figūras, ka visu salikto plēvju virsmas ir salīdzinoši raupjas, un daži neregulāri izciļņi ir izkaisīti, norādot, ka starp HPMC un HPS pastāv zināma pakāpe. Turklāt saliktajām membrānām ar augstu HPMC saturu bija viendabīgāka struktūra nekā tām, kurām ir augsts HPS saturs. HPS balstīta kondensācija 37 ° C plēves veidošanās temperatūrā

Pamatojoties uz gēla īpašībām, HPS uzrādīja viskozu gēla stāvokli; savukārt, pamatojoties uz HPMC termiskās gēla īpašībām, HPMC uzrādīja ūdenim līdzīgu šķīduma stāvokli. Kompozītmateriālu membrānā ar augstu HPS saturu (7:3 HPS/HPMC) viskozā HPS ir nepārtrauktā fāze, un ūdenim līdzīgais HPMC ir izkliedēts augstas viskozitātes HPS nepārtrauktajā fāzē kā izkliedētā fāze, kas nav labvēlīga. līdz vienmērīgam izkliedētās fāzes sadalījumam; Kompozītmateriālu plēvē ar augstu HPMC saturu (3:7 HPS/HPMC) zemas viskozitātes HPMC pārvēršas nepārtrauktā fāzē, un viskozā HPS tiek izkliedēta zemas viskozitātes HPMC fāzē kā izkliedētā fāze, kas veicina viendabīgas fāzes veidošanās. saliktā sistēma.

No attēla var redzēt, ka, lai gan visām kompozītmateriālu plēvēm ir raupjas un neviendabīgas virsmas struktūras, nav atrasta acīmredzama fāzes saskarne, kas norāda, ka HPMC un HPS ir laba savietojamība. HPMC/cietes kompozītmateriālu plēves bez plastifikatoriem, piemēram, PEG, uzrādīja acīmredzamu fāžu atdalīšanu [301], tādējādi norādot, ka gan cietes hidroksipropilmodifikācija, gan PEG plastifikatori var uzlabot kompozītsistēmas savietojamību.

3.3.2. Pārtikas kompozītmateriālu plēvju optisko īpašību analīze

HPMC/HPS ēdamo kompozītplēvju gaismas caurlaidības īpašības ar dažādām attiecībām tika pārbaudītas ar UV-redz spektrofotometru, un UV spektri parādīti 3-2. attēlā. Jo lielāka ir gaismas caurlaidības vērtība, jo viendabīgāka un caurspīdīgāka ir plēve; un otrādi, jo mazāka ir gaismas caurlaidības vērtība, jo plēve ir nevienmērīgāka un necaurspīdīgāka. No 3-2(a) attēla redzams, ka visām kompozītmateriālu plēvēm ir līdzīga tendence, palielinoties skenēšanas viļņa garumam pilna viļņa garuma skenēšanas diapazonā, un gaismas caurlaidība pakāpeniski palielinās, palielinoties viļņa garumam. Pie 350 nm līknēm ir tendence uz plato.

Salīdzināšanai atlasiet caurlaidību pie viļņa garuma 500 nm, kā parādīts 3-2(b) attēlā, tīras HPS plēves caurlaidība ir zemāka nekā tīras HPMC plēves caurlaidība, un, palielinoties HPMC saturam, caurlaidība vispirms samazinās. un pēc tam palielinājās pēc minimālās vērtības sasniegšanas. Kad HPMC saturs palielinājās līdz 70%, kompozītmateriāla plēves gaismas caurlaidība bija lielāka nekā tīrai HPS. Ir labi zināms, ka viendabīgai sistēmai būs labāka gaismas caurlaidība, un tās UV izmērītā caurlaidības vērtība parasti ir augstāka; nehomogēni materiāli parasti ir necaurspīdīgāki un tiem ir zemākas UV caurlaidības vērtības. Kompozītmateriālu plēvju caurlaidības vērtības (7:3, 5:5) bija zemākas nekā tīrām HPS un HPMC plēvēm, norādot, ka starp abiem HPS un HPMC komponentiem pastāv zināma fāzu atdalīšanas pakāpe.

3-2. attēls. UV spektri visos viļņu garumos (a) un pie 500 nm (b) HPS/HPMC maisījuma plēvēm. Josla attēlo vidējās ± standarta novirzes. ac: dažādi burti būtiski atšķiras ar dažādu sajaukšanas koeficientu (p < 0,05), kas lietots visā promocijas darbā

3.3.3. Ēdamo salikto plēvju dinamiskā termomehāniskā analīze

Attēlā 3-3 parādītas dažādu formulējumu HPMC/HPS ēdamo plēvju dinamiskās termomehāniskās īpašības. No 3-3(a) var redzēt, ka uzglabāšanas modulis (E') samazinās, palielinoties HPMC saturam. Turklāt visu paraugu uzglabāšanas modulis pakāpeniski samazinājās, palielinoties temperatūrai, izņemot to, ka tīras HPS (10:0) plēves uzglabāšanas modulis nedaudz palielinājās pēc temperatūras paaugstināšanas līdz 70 ° C. Augstā temperatūrā kompozītmateriāla plēvei ar augstu HPMC saturu saliktās plēves uzglabāšanas modulim ir acīmredzama lejupejoša tendence, palielinoties temperatūrai; savukārt paraugam ar augstu HPS saturu uzglabāšanas modulis tikai nedaudz samazinās, paaugstinoties temperatūrai.

3-3. attēls HPS/HPMC maisījuma plēvju uzglabāšanas modulis (E′) (a) un zudumu tangenss (tan δ) (b)

Attēlā 3-3(b) ir redzams, ka paraugiem, kuru HPMC saturs pārsniedz 30% (5:5, 3:7, 0:10), visiem ir stiklojuma pārejas maksimums, un, palielinoties HPMC saturam, stiklojuma pāreja pārejas temperatūra mainījās uz augstu temperatūru, norādot, ka HPMC polimēra ķēdes elastība samazinājās. No otras puses, tīrā HPS membrāna uzrāda lielu apvalka maksimumu ap 67 ° C, savukārt kompozītmateriāla membrānai ar 70% HPS saturu nav acīmredzamas stiklojuma pārejas. Tas var būt tāpēc, ka pastāv zināma mijiedarbības pakāpe starp HPMC un HPS, tādējādi ierobežojot HPMC un HPS molekulāro segmentu kustību.

3.3.4. Ēdamo kompozītmateriālu plēvju termiskās stabilitātes analīze

3-4. att. HPS/HPMC maisījuma plēvju TGA līknes (a) un to atvasinājumu (DTG) līknes (b)

HPMC/HPS ēdamās kompozītmateriāla plēves termiskā stabilitāte tika pārbaudīta ar termogravimetrisko analizatoru. Attēlā 3-4 parādīta saliktās plēves termogravimetriskā līkne (TGA) un tās svara zuduma ātruma līkne (DTG). No TGA līknes 3-4(a) attēlā var redzēt, ka saliktie membrānu paraugi ar dažādām attiecībām parāda divas acīmredzamas termogravimetrisko izmaiņu stadijas ar temperatūras paaugstināšanos. Polisaharīda makromolekulas adsorbētā ūdens iztvaikošana izraisa nelielu svara zuduma fāzi 30–180 ° C temperatūrā, pirms notiek faktiskā termiskā noārdīšanās. Pēc tam notiek lielāka svara zuduma fāze 300–450 ° C temperatūrā, šeit ir HPMC un HPS termiskās noārdīšanās fāze.

No DTG līknēm 3-4(b) attēlā var redzēt, ka tīra HPMC un tīra HPMC termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra ir attiecīgi 338 °C un 400 °C, un tīra HPMC termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra ir augstāka nekā HPS, norādot, ka HPMC Labāka termiskā stabilitāte nekā HPS. Kad HPMC saturs bija 30% (7:3), pie 347 °C parādījās viens maksimums, kas atbilst HPS raksturīgajam maksimumam, bet temperatūra bija augstāka par HPS termiskās noārdīšanās maksimumu; kad HPMC saturs bija 70% (3:7), tikai HPMC raksturīgais maksimums parādījās 400 °C temperatūrā; kad HPMC saturs bija 50%, DTG līknē parādījās divi termiskās noārdīšanās maksimumi, attiecīgi 345 ° C un 396 ° C. Pīķi atbilst attiecīgi HPS un HPMC raksturīgajām virsotnēm, bet termiskās degradācijas maksimums, kas atbilst HPS, ir mazāks, un abām virsotnēm ir noteikta nobīde. Var redzēt, ka lielākajai daļai kompozītmateriālu membrānu ir tikai raksturīgs viens pīķis, kas atbilst noteiktam komponentam, un tie ir nobīdīti salīdzinājumā ar tīrās komponentes membrānu, kas norāda, ka starp HPMC un HPS komponentiem ir noteikta atšķirība. saderības pakāpe. Kompozītmateriālu membrānas termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra bija augstāka nekā tīrā HPS, norādot, ka HPMC zināmā mērā var uzlabot HPS membrānas termisko stabilitāti.

3.3.5. Pārtikas kompozītmateriālu plēves mehānisko īpašību analīze

HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības ar dažādām attiecībām tika mērītas ar mehānisko īpašību analizatoru 25 °C temperatūrā, 57% un 75% relatīvajā mitrumā. Attēlā 3-5 parādīts HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju elastības modulis (a), pārrāvuma pagarinājums (b) un stiepes izturība (c) ar dažādām attiecībām dažādos relatīvā mitruma apstākļos. No attēla var redzēt, ka, ja relatīvais mitrums ir 57%, tīras HPS plēves elastības modulis un stiepes izturība ir vislielākā, bet tīrā HPMC ir vismazākā. Palielinoties HPS saturam, nepārtraukti pieauga kompozītmateriālu plēvju elastības modulis un stiepes izturība. Tīras HPMC membrānas pārrāvuma pagarinājums ir daudz lielāks nekā tīrai HPS membrānai, un abi ir lielāki nekā kompozītmateriālu membrānai.

Kad relatīvais mitrums bija augstāks (75%), salīdzinot ar 57% relatīvo mitrumu, visu paraugu elastības modulis un stiepes izturība samazinājās, savukārt lūzuma pagarinājums ievērojami palielinājās. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka ūdens kā vispārināts plastifikators var atšķaidīt HPMC un HPS matricu, samazināt spēku starp polimēru ķēdēm un uzlabot polimēru segmentu mobilitāti. Pie augsta relatīvā mitruma tīru HPMC plēvju elastības modulis un stiepes izturība bija augstāka nekā tīrām HPS plēvēm, bet pārrāvuma pagarinājums bija mazāks, un rezultāts bija pilnīgi atšķirīgs no rezultātiem zemā mitruma apstākļos. Ir vērts atzīmēt, ka kompozītmateriālu plēvju mehānisko īpašību atšķirības ar komponentu attiecībām pie augsta mitruma 75% ir pilnīgi pretējas tai pie zema mitruma, salīdzinot ar gadījumu pie relatīvā mitruma 57%. Augsta mitruma apstākļos plēves mitruma saturs palielinās, un ūdenim ir ne tikai noteikta plastificējoša iedarbība uz polimēra matricu, bet arī veicina cietes pārkristalizāciju. Salīdzinot ar HPMC, HPS ir spēcīgāka tendence pārkristalizēties, tāpēc relatīvā mitruma ietekme uz HPS ir daudz lielāka nekā HPMC.

3-5. att. HPS/HPMC plēvju stiepes īpašības ar dažādām HPS/HPMC attiecībām, kas līdzsvarotas dažādos relatīvās pazemības (RH) apstākļos. *: dažādi skaitļu burti būtiski atšķiras ar dažādiem RH, lietoti pilnā promocijas darbā

3.3.6. Pārtikas kompozītmateriālu plēvju skābekļa caurlaidības analīze

Ēdamā kompozītmateriāla plēve tiek izmantota kā pārtikas iepakojuma materiāls, lai pagarinātu pārtikas glabāšanas laiku, un tās skābekļa barjeras veiktspēja ir viens no svarīgiem rādītājiem. Tāpēc 23 °C temperatūrā tika mērīti ēdamo plēvju skābekļa caurlaidības ātrumi ar dažādām HPMC/HPS attiecībām, un rezultāti parādīti 3-6. No attēla redzams, ka tīras HPS membrānas skābekļa caurlaidība ir ievērojami zemāka nekā tīrai HPMC membrānai, kas norāda, ka HPS membrānai ir labākas skābekļa barjeras īpašības nekā HPMC membrānai. Zemās viskozitātes un amorfo apgabalu esamības dēļ HPMC plēvē ir viegli izveidot salīdzinoši brīvu zema blīvuma tīkla struktūru; salīdzinot ar HPS, tai ir lielāka tendence pārkristalizēties, un plēvē ir viegli veidot blīvu struktūru. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka cietes plēvēm ir labas skābekļa barjeras īpašības salīdzinājumā ar citiem polimēriem [139, 301, 335, 336].

3-6. att. HPS/HPMC maisījuma plēvju skābekļa caurlaidība

HPS pievienošana var ievērojami samazināt HPMC membrānu skābekļa caurlaidību, un kompozītmateriālu membrānu skābekļa caurlaidība strauji samazinās, palielinoties HPS saturam. Skābekli necaurlaidīgas HPS pievienošana var palielināt skābekļa kanāla līkumus saliktajā membrānā, kas savukārt noved pie skābekļa caurlaidības ātruma samazināšanās un galu galā zemākas skābekļa caurlaidības. Līdzīgi rezultāti ir ziņots arī par citām vietējām cietēm [139 301].

3.4. Šīs nodaļas kopsavilkums

Šajā nodaļā, izmantojot HPMC un HPS kā galvenās izejvielas un pievienojot polietilēnglikolu kā plastifikatoru, ar liešanas metodi tika sagatavotas HPMC/HPS ēdamās kompozītplēves ar dažādām attiecībām. Komponentu raksturīgo īpašību ietekme un salikšanas attiecība uz kompozītmateriāla membrānas mikroskopisko morfoloģiju tika pētīta ar skenējošu elektronu mikroskopiju; kompozītmateriālu membrānas mehāniskās īpašības tika pētītas ar mehānisko īpašību testeri. Ar skābekļa caurlaidības testeri un UV-redz spektrofotometru tika pētīta komponentu raksturīgo īpašību un savienojuma attiecības ietekme uz kompozītplēves skābekļa barjeras īpašībām un gaismas caurlaidību. Tika izmantota skenējošā elektronu mikroskopija, termogravimetriskā analīze un dinamiskā termiskā analīze. Mehāniskā analīze un citas analītiskās metodes tika izmantotas, lai izpētītu aukstā-karstā gēla savienojumu sistēmas savietojamību un fāzu atdalīšanu. Galvenie atklājumi ir šādi:

1. Salīdzinot ar tīru HPMC, tīram HPS ir vieglāk veidot viendabīgu un gludu mikroskopisku virsmas morfoloģiju. Tas galvenokārt ir saistīts ar labāku cietes makromolekulu (amilozes molekulu un amilopektīna molekulu) molekulāro pārkārtošanos cietes ūdens šķīdumā dzesēšanas procesa laikā.
2. Savienojumi ar augstu HPMC saturu, visticamāk, veidos viendabīgas membrānas struktūras. Tas galvenokārt ir balstīts uz HPMC un HPS gēla īpašībām. Plēves veidošanās temperatūrā HPMC un HPS attiecīgi parāda zemas viskozitātes šķīduma stāvokli un augstas viskozitātes gēla stāvokli. Augstas viskozitātes izkliedētā fāze ir izkliedēta zemas viskozitātes nepārtrauktajā fāzē. , ir vieglāk veidot viendabīgu sistēmu.
3. Relatīvajam mitrumam ir būtiska ietekme uz HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju mehāniskajām īpašībām, un tā iedarbības pakāpe palielinās līdz ar HPS satura palielināšanos. Pie zemāka relatīvā mitruma gan kompozītmateriālu plēvju elastības modulis, gan stiepes izturība palielinājās, palielinoties HPS saturam, un kompozītmateriālu plēvju pārrāvuma pagarinājums bija ievērojami mazāks nekā tīro komponentu plēvēm. Palielinoties relatīvajam mitrumam, kompozītmateriāla plēves elastības modulis un stiepes izturība samazinājās, ievērojami palielinājās pagarinājums pārrāvuma brīdī, un saikne starp kompozītmateriālu plēves mehāniskajām īpašībām un savienojuma attiecību uzrādīja pilnīgi pretēju izmaiņu modeli dažādos apstākļos. relatīvais mitrums. Kompozītmateriālu membrānu mehāniskās īpašības ar dažādām maisījuma attiecībām uzrāda krustojumu dažādos relatīvā mitruma apstākļos, kas nodrošina iespēju optimizēt izstrādājuma veiktspēju atbilstoši dažādām pielietojuma prasībām.
4. HPS pievienošana ievērojami uzlaboja kompozītmateriālu membrānas skābekļa barjeras īpašības. Kompozītmateriālu membrānas skābekļa caurlaidība strauji samazinājās, palielinoties HPS saturam.
5. HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmā starp abiem komponentiem ir noteikta savietojamība. Visu salikto plēvju SEM attēlos netika atrasta acīmredzama divfāžu saskarne, lielākajai daļai kompozītmateriālu plēvju DMA rezultātos bija tikai viens stiklojuma pārejas punkts, un lielākās daļas kompozītmateriālu DTG līknēs parādījās tikai viens termiskās noārdīšanās maksimums. filmas. Tas parāda, ka starp HPMC un HPS pastāv zināms aprakstošs raksturs.

Iepriekš minētie eksperimentālie rezultāti liecina, ka HPS un HPMC savienošana var ne tikai samazināt HPMC ēdamās plēves ražošanas izmaksas, bet arī uzlabot tās veiktspēju. Ēdamās kompozītmateriāla plēves mehāniskās īpašības, skābekļa barjeras īpašības un optiskās īpašības var sasniegt, pielāgojot abu komponentu savienojuma attiecību un ārējās vides relatīvo mitrumu.

4. nodaļa Saistība starp mikromorfoloģiju un HPMC/HPS savienojumu sistēmas mehāniskajām īpašībām

Salīdzinot ar augstāku sajaukšanas entropiju metālu sakausējumu sajaukšanas laikā, sajaukšanas entropija polimēru sajaukšanas laikā parasti ir ļoti maza, un maisīšanas siltums maisīšanas laikā parasti ir pozitīvs, kā rezultātā rodas polimēru sajaukšanas procesi. Gibsa brīvās enerģijas izmaiņas ir pozitīvas (���>), tāpēc polimēru preparāti mēdz veidot fāzē atdalītas divfāžu sistēmas, un pilnībā saderīgi polimēru preparāti ir ļoti reti sastopami [242].

Jauktas savienojumu sistēmas parasti var sasniegt molekulārā līmeņa sajaukšanos termodinamikā un veidot viendabīgus savienojumus, tāpēc lielākā daļa polimēru savienojumu sistēmu ir nesajaucamas. Tomēr daudzas polimēru savienojumu sistēmas noteiktos apstākļos var sasniegt saderīgu stāvokli un kļūt par savienojumu sistēmām ar noteiktu savietojamību [257].

Polimēru kompozītmateriālu sistēmu makroskopiskās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, lielā mērā ir atkarīgas no to komponentu mijiedarbības un fāzes morfoloģijas, īpaši no komponentu savietojamības un nepārtraukto un disperso fāžu sastāva [301]. Tāpēc ir ļoti svarīgi izpētīt kompozītmateriālu sistēmas mikroskopisko morfoloģiju un makroskopiskās īpašības un noteikt to savstarpējo saistību, kam ir liela nozīme kompozītmateriālu īpašību kontrolē, kontrolējot kompozītmateriālu sistēmas fāzu struktūru un savietojamību.

Kompleksās sistēmas morfoloģijas un fāzu diagrammas izpētes procesā ļoti svarīgi ir izvēlēties piemērotus līdzekļus dažādu komponentu atšķiršanai. Tomēr atšķirt HPMC un HPS ir diezgan sarežģīti, jo abiem ir laba caurspīdīgums un līdzīgs refrakcijas indekss, tāpēc ir grūti atšķirt abus komponentus ar optisko mikroskopiju; turklāt, jo abi ir materiāli uz organiskā oglekļa bāzes, tāpēc abiem ir līdzīga enerģijas absorbcija, tāpēc arī skenējošo elektronu mikroskopiju ir grūti precīzi atšķirt komponentu pāri. Furjē transformācijas infrasarkanā spektroskopija var atspoguļot proteīna-cietes kompleksās sistēmas morfoloģijas un fāzes diagrammas izmaiņas pēc polisaharīda joslas laukuma attiecības pie 1180-953 cm-1 un amīda joslas pie 1750-1483 cm-1 [52, 337], taču šī metode ir ļoti sarežģīta un parasti prasa sinhrotrona starojuma Furjē transformācijas infrasarkanās metodes, lai radītu pietiekamu kontrastu HPMC/HPS hibrīdsistēmām. Ir arī metodes, lai panāktu šo komponentu atdalīšanu, piemēram, transmisijas elektronu mikroskopija un maza leņķa rentgenstaru izkliede, taču šīs metodes parasti ir sarežģītas [338]. Šajā priekšmetā tiek izmantota vienkāršā joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzes metode un princips, ka amilozes spirālveida struktūras gala grupa var reaģēt ar jodu, veidojot ieslēguma kompleksus, tiek izmantots, lai krāsotu HPMC/HPS savienojumu sistēmu, krāsojot ar jodu, tāpēc ka HPS Komponenti tika atšķirti no HPMC komponentiem pēc to dažādajām krāsām gaismas mikroskopā. Tāpēc joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzes metode ir vienkārša un efektīva cietes bāzes sarežģītu sistēmu morfoloģijas un fāzes diagrammas izpētes metode.

Šajā nodaļā ar joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzi tika pētīta HPMC/HPS savienojumu sistēmas mikroskopiskā morfoloģija, fāžu sadalījums, fāzu pāreja un citas mikrostruktūras; un mehāniskās īpašības un citas makroskopiskas īpašības; un, veicot dažādu šķīdumu koncentrāciju un savienojumu attiecību mikroskopiskās morfoloģijas un makroskopisko īpašību korelācijas analīzi, tika noteikta sakarība starp HPMC/HPS savienojumu sistēmas mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām, lai kontrolētu HPMC/HPS. Sniedziet pamatu kompozītmateriālu īpašībām.

4.1 Materiāli un aprīkojums

4.1.1. Galvenie eksperimentālie materiāli

4.2. Eksperimentālā metode

4.2.1. HPMC/HPS savienojuma šķīduma pagatavošana

Pagatavo HPMC šķīdumu un HPS šķīdumu 3%, 5%, 7% un 9% koncentrācijā, sagatavošanas metodi skatīt 2.2.1. Sajauc HPMC šķīdumu un HPS šķīdumu saskaņā ar 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Dažādas attiecības tika sajauktas ar ātrumu 250 apgr./min 21 ° C temperatūrā 30 minūtes, un tika iegūti sajaukti šķīdumi ar dažādām koncentrācijām un dažādām attiecībām.

4.2.2. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānas sagatavošana

Skatīt 3.2.1.

4.2.3. HPMC/HPS kompozītmateriālu kapsulu sagatavošana

Skatiet šķīdumu, kas sagatavots ar 2.2.1. punktā minēto metodi, iegremdēšanai izmantojiet nerūsējošā tērauda veidni un žāvējiet 37 °C temperatūrā. Izvelciet izžuvušās kapsulas, nogrieziet lieko un salieciet kopā, lai izveidotu pāri.

4.2.4. HPMC/HPS kompozītplēves optiskais mikroskops

4.2.4.1. Optiskās mikroskopijas analīzes principi

Optiskais mikroskops izmanto optisko attēlveidošanas palielināšanas principu ar izliektu lēcu, un izmanto divas saplūstošas ​​lēcas, lai paplašinātu tuvumā esošo sīko vielu atvēršanās leņķi pret acīm un palielinātu to sīko vielu izmēru, kuras cilvēka acs nevar saskatīt. līdz cilvēka acs var noteikt vielu lielumu.

4.2.4.2. Testa metode

4.2.5. HPMC/HPS kompozītplēves gaismas caurlaidība

4.2.5.1. UV-Vis spektrofotometrijas analīzes princips

Tas pats, kas 3.2.3.1.

4.2.5.1. Testa metode

Skatīt 3.2.3.2.

4.2.6. HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības

4.2.6.1. Stiepes īpašību analīzes princips

Tas pats, kas 3.2.3.1.

4.2.6.1. Testa metode

Paraugi tika pārbaudīti pēc līdzsvarošanas 73% mitrumā 48 stundas. Par testa metodi skatīt 3.2.3.2.

4.3. Rezultāti un diskusija

4.3.1. Produkta caurspīdīguma novērošana

4.3.2. HPMC/HPS kompleksu optiskā mikroskopa attēli pirms un pēc krāsošanas

Attēlā 4-2 parādīta tipiskā morfoloģija pirms un pēc HPMC/HPS kompleksu krāsošanas ar dažādām savienojuma attiecībām, kas novērotas optiskā mikroskopā. Kā redzams attēlā, neiekrāsotajā attēlā ir grūti atšķirt HPMC fāzi un HPS fāzi; krāsotajam tīram HPMC un tīram HPS ir savas unikālās krāsas, kas ir tāpēc, ka HPS un joda reakcija, krāsojot jodu. Tā krāsa kļūst tumšāka. Therefore, the two phases in the HPMC/HPS compound system are simply and clearly distinguished, which further proves that HPMC and HPS are not miscible and cannot form a homogeneous compound. As can be seen from the figure, as the HPS content increases, the area of ​​the dark area (HPS phase) in the figure keeps increasing as expected, thus confirming that two-phase rearrangement occurs during this process. Ja HPMC saturs ir lielāks par 40%, HPMC uzrāda nepārtrauktas fāzes stāvokli, un HPS tiek izkliedēts HPMC nepārtrauktajā fāzē kā izkliedētā fāze. Turpretim, ja HPMC saturs ir mazāks par 40%, HPS ir nepārtrauktas fāzes stāvoklis, un HPMC tiek izkliedēts HPS nepārtrauktajā fāzē kā izkliedēta fāze. Tāpēc 5% HPMC/HPS savienojuma šķīdumā, palielinoties HPS saturam, notika pretējais, kad savienojuma attiecība bija HPMC/HPS 40:60. Nepārtrauktā fāze mainās no sākotnējās HPMC fāzes uz vēlāko HPS fāzi. Vērojot fāzes formu, var redzēt, ka HPMC fāze pēc dispersijas ir sfēriska, savukārt HPMC matricā HPMC fāzes izkliedētā forma ir neregulārāka.

Turklāt, aprēķinot gaišās krāsas laukuma (HPMC) laukuma attiecību pret tumšās krāsas laukumu (HPS) HPMC/HPS kompleksā pēc krāsošanas (neņemot vērā mezofāzes situāciju), tika konstatēts, ka HPMC (gaiša krāsa)/HPS (tumša krāsa) attēlā Attiecība vienmēr ir lielāka par faktisko HPMC/HPS savienojuma attiecību. Piemēram, HPMC/HPS savienojuma krāsojuma diagrammā ar savienojuma attiecību 50:50 HPS laukums starpfāzu zonā nav aprēķināts, un gaišā/tumšā laukuma attiecība ir 71/29. Šis rezultāts apstiprina liela skaita mezofāžu esamību HPMC/HPS saliktajā sistēmā.

Ir labi zināms, ka pilnībā saderīgas polimēru sajaukšanas sistēmas ir diezgan reti sastopamas, jo polimēru sajaukšanas procesa laikā maisīšanas siltums parasti ir pozitīvs un maisīšanas entropija parasti mainās maz, tādējādi savienošanas laikā brīvā enerģija mainās uz pozitīvu vērtību. Tomēr HPMC/HPS savienojuma sistēmā HPMC un HPS joprojām sola parādīt lielāku savietojamības pakāpi, jo HPMC un HPS ir abi hidrofilie polisaharīdi, tiem ir tāda pati strukturālā vienība - glikoze, un tā pati funkcionālā grupa tiek modificēta ar hidroksipropil. Vairāku mezofāžu fenomens HPMC/HPS savienojumu sistēmā norāda arī uz to, ka HPMC un HPS savienojumā ir zināma savietojamības pakāpe, un līdzīga parādība notiek cietes-polivinilspirta maisījuma sistēmā ar pievienotu plastifikatoru. parādījās arī [339].

4.3.3. Saikne starp mikroskopisko morfoloģiju un savienojumu sistēmas makroskopiskajām īpašībām

Detalizēti tika pētīta sakarība starp HPMC/HPS kompozītsistēmas morfoloģiju, fāzu atdalīšanas fenomenu, caurspīdīgumu un mehāniskajām īpašībām. Attēlā 4-3 parādīta HPS satura ietekme uz HPMC/HPS savienojumu sistēmas makroskopiskajām īpašībām, piemēram, caurspīdīgumu un stiepes moduli. No attēla var redzēt, ka tīras HPMC caurspīdīgums ir augstāks nekā tīram HPS, galvenokārt tāpēc, ka cietes pārkristalizācija samazina HPS caurspīdīgumu, un cietes hidroksipropilmodifikācija ir arī svarīgs iemesls, lai samazinātu caurspīdīgumu. HPS [340, 341]. No attēla var secināt, ka HPMC/HPS savienojumu sistēmas caurlaidībai būs minimālā vērtība ar HPS satura starpību. Saliktās sistēmas caurlaidība HPS satura diapazonā zem 70% palielinās līdz arit samazinās, palielinoties HPS saturam; Kad HPS saturs pārsniedz 70%, tas palielinās, palielinoties HPS saturam. Šī parādība nozīmē, ka HPMC/HPS savienojumu sistēma ir nesajaucama, jo sistēmas fāzu atdalīšanas fenomens noved pie gaismas caurlaidības samazināšanās. Gluži pretēji, Jaga modulis saliktajā sistēmā arī parādījās kā minimums ar dažādām proporcijām, un Janga modulis turpināja samazināties, palielinoties HPS saturam, un sasniedza zemāko punktu, kad HPS saturs bija 60%. Modulis turpināja pieaugt, un modulis nedaudz palielinājās. HPMC/HPS savienojumu sistēmas Younga modulis uzrādīja minimālo vērtību, kas arī norādīja, ka saliktā sistēma bija nesajaucama sistēma. HPMC/HPS savienojumu sistēmas zemākais gaismas caurlaidības punkts atbilst HPMC nepārtrauktās fāzes fāzes pārejas punktam uz izkliedēto fāzi un Janga moduļa vērtības zemākajam punktam 4-2. attēlā.

4.3.4. Šķīduma koncentrācijas ietekme uz savienojumu sistēmas mikroskopisko morfoloģiju

Figure 4-4 shows the effect of solution concentration on the morphology and phase transition of the HPMC/HPS compound system. As can be seen from the figure, the low concentration of 3% HPMC/HPS compound system, in the compound ratio of HPMC/HPS is 40:60, the appearance of co-continuous structure can be observed; while in the high concentration of 7% solution, this co-continuous structure is observed in the figure with a compounding ratio of 50:50. This result shows that the phase transition point of the HPMC/HPS compound system has a certain concentration dependence, and the HPMC/HPS compound ratio of the phase transition increases with the increase of the compound solution concentration, and HPS tends to form a continuous phase . . In addition, the HPS domains dispersed in the HPMC continuous phase showed similar shapes and morphologies with the change of concentration; while the HPMC dispersed phases dispersed in the HPS continuous phase showed different shapes and morphologies at different concentrations. and with the increase of solution concentration, the dispersion area of ​​HPMC became more and more irregular. The main reason for this phenomenon is that the viscosity of the HPS solution is much higher than that of the HPMC solution at room temperature, and the tendency of the HPMC phase to form a neat spherical state is suppressed due to the surface tension.

4.3.5. Šķīduma koncentrācijas ietekme uz savienojumu sistēmas mehāniskajām īpašībām

Atbilstoši 4-4. att. morfoloģijām, 4-5. att. parāda dažādu koncentrāciju šķīdumos izveidoto kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības. No attēla redzams, ka HPMC/HPS kompozītmateriālu sistēmas Janga modulim un pārrāvuma pagarinājumam ir tendence samazināties, palielinoties šķīduma koncentrācijai, kas atbilst pakāpeniskai HPMC pārveidošanai no nepārtrauktas fāzes uz izkliedētu fāzi 4. attēlā. -4. Mikroskopiskā morfoloģija ir konsekventa. Tā kā HPMC homopolimēra Janga modulis ir augstāks nekā HPS, tiek prognozēts, ka HPMC/HPS kompozītsistēmas Janga modulis tiks uzlabots, kad HPMC būs nepārtrauktā fāze.

4.4. Šīs nodaļas kopsavilkums

Šajā nodaļā tika sagatavoti HPMC/HPS savienojumu šķīdumi un ēdamās kompozītmateriālu plēves ar dažādām koncentrācijām un sajaukšanas attiecībām, kā arī tika novērota HPMC/HPS savienojumu sistēmas mikroskopiskā morfoloģija un fāzu pāreja ar joda krāsojuma optisko mikroskopu analīzi, lai atšķirtu cietes fāzes. Ar UV-vis spektrofotometru un mehānisko īpašību testeri tika pētīta HPMC/HPS ēdamās kompozītplēves gaismas caurlaidība un mehāniskās īpašības, kā arī pētīta dažādu koncentrāciju un maisījuma attiecību ietekme uz maisījuma sistēmas optiskajām un mehāniskajām īpašībām. Attiecība starp HPMC/HPS savienojumu sistēmas mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām tika noteikta, apvienojot kompozītsistēmas mikrostruktūru, piemēram, mikrostruktūru, fāzes pāreju un fāzu atdalīšanu, un makroskopiskās īpašības, piemēram, optiskās īpašības un mehāniskās īpašības. Galvenie atklājumi ir šādi:

1. Optiskā mikroskopa analīzes metode, lai atšķirtu cietes fāzes, krāsojot ar jodu, ir visvienkāršākā, tiešākā un efektīvākā metode cietes savienojumu sistēmu morfoloģijas un fāzu pārejas pētīšanai. Krāsojot ar jodu, cietes fāze gaismas mikroskopijā šķiet tumšāka un tumšāka, savukārt HPMC nav iekrāsota un tāpēc šķiet gaišāka.
2. HPMC/HPS savienojumu sistēma nav sajaucama, un savienojumu sistēmā ir fāzes pārejas punkts, un šim fāzes pārejas punktam ir noteikta savienojumu attiecības atkarība un atkarība no šķīduma koncentrācijas.
3. HPMC/HPS savienojumu sistēmai ir laba savietojamība, un saliktajā sistēmā ir liels skaits mezofāžu. Starpfāzē nepārtrauktā fāze ir izkliedēta izkliedētajā fāzē daļiņu stāvoklī.
4. HPS izkliedētā fāze HPMC matricā uzrādīja līdzīgu sfērisku formu dažādās koncentrācijās; HPMC uzrādīja neregulāru morfoloģiju HPS matricā, un morfoloģijas nevienmērība palielinājās, palielinoties koncentrācijai.
5. The relationship between the microstructure, phase transition, transparency and mechanical properties of the HPMC/HPS composite system was established. a. Savienojumu sistēmas zemākais caurspīdīguma punkts atbilst HPMC fāzes pārejas punktam no nepārtrauktās fāzes uz izkliedēto fāzi un stiepes moduļa samazināšanās minimālo punktu. b. Janga modulis un pārtraukuma pagarinājums samazinās, palielinoties šķīduma koncentrācijai, kas ir cēloņsakarība ar HPMC morfoloģisko izmaiņu no nepārtrauktas fāzes uz disperso fāzi savienojumu sistēmā.

Rezumējot, HPMC/HPS kompozītmateriālu sistēmas makroskopiskās īpašības ir cieši saistītas ar tās mikroskopisko morfoloģisko struktūru, fāzes pāreju, fāžu atdalīšanu un citām parādībām, un kompozītu īpašības var regulēt, kontrolējot kompozītmateriāla fāzes struktūru un savietojamību. sistēma.

5. nodaļa HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpes ietekme uz HPMC/HPS savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām

Ir labi zināms, ka nelielas izmaiņas cietes ķīmiskajā struktūrā var izraisīt dramatiskas izmaiņas tās reoloģiskajās īpašībās. Tāpēc ķīmiskā modifikācija piedāvā iespēju uzlabot un kontrolēt cietes produktu reoloģiskās īpašības [342]. Savukārt, apgūstot cietes ķīmiskās struktūras ietekmi uz tās reoloģiskajām īpašībām, var labāk izprast cietes produktu strukturālās īpašības un nodrošināt pamatu modificētu cietes projektēšanai ar uzlabotām cietes funkcionālajām īpašībām [235]. Hydroxypropyl cietiņa ir profesionāla modificēta ciete, ko plaši izmanto pārtikas un medicīnas jomā. To parasti sagatavo ar dabiskās cietes ar propilēnoksīdu ēterifikācijas reakciju sārmainos apstākļos. Hidroksipropil ir hidrofila grupa. Šo grupu ieviešana cietes molekulārajā ķēdē var sabojāt vai vājināt intramolekulārās ūdeņraža saites, kas uztur cietes granulu struktūru. Tāpēc hidroksipropilcietes fizikāli ķīmiskās īpašības ir saistītas ar hidroksipropilgrupu aizstāšanas pakāpi tās molekulārajā ķēdē [233, 235, 343, 344].

Daudzos pētījumos ir pētīta hidroksipropila aizstāšanas pakāpes ietekme uz hidroksipropilcietes fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Han et al. pētīja hidroksipropilvaskveida cietes un hidroksipropilkukurūzas cietes ietekmi uz Korejas lipīgo rīsu kūku struktūru un retrogradācijas īpašībām. Pētījumā konstatēts, ka hidroksipropilēšana var samazināt cietes želatinizācijas temperatūru un uzlabot cietes ūdens aizturēšanas spēju. veiktspēju un ievērojami kavēja cietes novecošanās fenomenu Korejas lipīgajās rīsu kūkās [345]. Kaur et al. pētīja hidroksipropila aizstāšanas ietekmi uz dažādu kartupeļu cietes šķirņu fizikāli ķīmiskajām īpašībām un konstatēja, ka kartupeļu cietes hidroksipropilaizvietošanas pakāpe dažādās šķirnēs atšķiras, un tās ietekme uz cietes ar lielu daļiņu izmēru īpašībām Būtiskāka; hidroksipropilēšanas reakcija izraisa daudzus fragmentus un rievas uz cietes granulu virsmas; hidroksipropila aizstāšana var ievērojami uzlabot cietes uzpūšanās īpašības, šķīdību ūdenī un šķīdību dimetilsulfoksīdā, kā arī uzlabot cietes pastas caurspīdīgumu [346]. Lawal et al. pētīja hidroksipropila aizstāšanas ietekmi uz saldo kartupeļu cietes īpašībām. Pētījums parādīja, ka pēc hidroksipropil modifikācijas uzlabojās cietes brīvā uzpūšanās spēja un šķīdība ūdenī; tika kavēta vietējās cietes pārkristalizācija un retrogradācija; Uzlabojas sagremojamība [347]. Schmitz et al. sagatavoja hidroksipropiltapiokas cieti un konstatēja, ka tai ir lielāka uzbriestspēja un viskozitāte, zemāks novecošanas ātrums un augstāka sasalšanas-atkausēšanas stabilitāte [344].

Šajā nodaļā tika pētīta HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpes ietekme uz HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām un gēla īpašībām. Pārejas situācijai ir liela nozīme, lai padziļināti izprastu attiecības starp struktūras veidošanos un reoloģiskajām īpašībām. Turklāt iepriekš tika apspriests HPMC/HPS reversās dzesēšanas savienojumu sistēmas želejas mehānisms, lai sniegtu dažus teorētiskus norādījumus par citām līdzīgām apgrieztās siltuma dzesēšanas gēla sistēmām.

5.1. Materiāli un aprīkojums

5.1.2. Galvenie instrumenti un aprīkojums

5.2. Eksperimentālā metode

5.2.1. Savienojumu šķīdumu sagatavošana

Tika sagatavoti 15% HPMC/HPS savienojumu šķīdumi ar dažādām sajaukšanas attiecībām (100/0, 50/50, 0/100) un HPS ar dažādām hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm (G80, A939, A1081). A1081, A939, HPMC un to savienojumu šķīdumu sagatavošanas metodes parādītas 2.2.1. G80 un tā saliktos šķīdumus ar HPMC tiek želatinizēti, maisot 1500psi un 110 ° C apstākļos autoklāvā, jo G80 dabiskā ciete ir augsta amiloze (80%), un tā želatinizācijas temperatūra ir augstāka par 100 ° C, kas nevar būt sasniedz ar sākotnējo ūdens vannas želatinizācijas metodi [348].

5.2.2. HPMC/HPS savienojumu šķīdumu ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm reoloģiskās īpašības

5.2.2.1. Reoloģiskās analīzes princips

Tas pats, kas 2.2.2.1

5.2.2.2. Plūsmas režīma pārbaudes metode

Tika izmantota paralēla plākšņu skava ar 60 mm diametru, un atstatums starp plāksnēm tika iestatīts uz 1 mm.

1. Ir pirmsbīdes plūsmas testa metode un trīspakāpju tiksotropija. Tas pats, kas 2.2.2.2.
2. Plūsmas testa metode bez pirms brīža un tiksotropiskā gredzena tiksotropijas. Testa temperatūra ir 25 °C, a. Nogriešana pieaugošā ātrumā, bīdes ātruma diapazons 0-1000 s-1, bīdes laiks 1 min; b. Pastāvīga griešana, bīdes ātrums 1000 s-1, bīdes laiks 1 min; c. Samazināts ātruma cirpšana, bīdes ātruma diapazons ir 1000-0S-1, un bīdes laiks ir 1 min.

5.2.2.3. Svārstību režīma pārbaudes metode

Tika izmantots paralēls plākšņu stiprinājums ar diametru 60 mm, un atstatums starp plāksnēm tika iestatīts uz 1 mm.

1. Deformācijas mainīgā slaucīšana. Testa temperatūra 25 °C, frekvence 1 Hz, deformācija 0,01-100 %.
2. Temperatūras skenēšana. Frekvence 1 Hz, deformācija 0,1 %, a. Karsēšanas process, temperatūra 5-85 °C, sildīšanas ātrums 2 °C/min; b. Dzesēšanas process, temperatūra 85-5 °C, dzesēšanas ātrums 2 °C/min. Ap paraugu tiek izmantots silikona eļļas blīvējums, lai izvairītos no mitruma zuduma testēšanas laikā.
3. Frekvences slaucīšana. Variācija 0,1 %, frekvence 1-100 rad/s. Testi tika veikti attiecīgi 5 ° C un 85 ° C temperatūrā un pirms testēšanas tika līdzsvaroti testa temperatūrā 5 minūtes.

Attiecība starp polimēra šķīduma uzglabāšanas moduli G′ un zudumu moduli G″ un leņķisko frekvenci ω atbilst jaudas likumam:

kur n′ un n″ ir attiecīgi log G′-log ω un log G″-log ω slīpumi;

G0′ un G0″ ir attiecīgi log G′-log ω un log G″-log ω nogriežņi.

5.2.3. Optiskais mikroskops

5.2.3.1. Instrumenta princips

Tas pats, kas 4.2.3.1

5.2.3.2. Testa metode

3% 5: 5 HPMC/HPS savienojuma šķīdumu izņēma dažādās temperatūrās 25 ° C, 45 ° C un 85 ° C, nokrita uz stikla slidkalniņa, kas turēts tajā pašā temperatūrā, un iemeta plānā plēvē. slāņa šķīdums un žāvēts tādā pašā temperatūrā. Filmas tika iekrāsotas ar 1% joda šķīdumu, novietotas gaismas mikroskopa laukā novērošanai un fotografētas.

5.3. Rezultāti un diskusija

5.3.1. Viskozitātes un plūsmas modeļa analīze

5.3.1.1. Plūsmas testa metode bez priekšbīdes un tiksotropā gredzena tiksotropijas

Izmantojot plūsmas testa metodi bez iepriekšējas griešanas un tiksotropā gredzena tiksotropo metodi, tika pētīta HPMC/HPS savienojuma šķīduma viskozitāte ar dažādu hidroksipropilaizvietošanas HPS pakāpi. Rezultāti ir parādīti 5-1. attēlā. No attēla redzams, ka visu paraugu viskozitātei ir tendence samazināties, palielinoties bīdes ātrumam bīdes spēka ietekmē, parādot zināmu bīdes retināšanas fenomenu. Lielākā daļa augstas koncentrācijas polimēru šķīdumu vai kausējumu tiek pakļauti spēcīgai atdalīšanai un molekulārai pārkārtošanai bīdes ietekmē, tādējādi parādot pseidoplastisku šķidruma uzvedību [305, 349, 350]. Tomēr HPMC/HPS savienojumu šķīdumu HPS ar dažādām hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm bīdes atšķaidīšanas pakāpes ir atšķirīgas.

5-1. att. HPS/HPMC šķīduma viskozitātes pret bīdes ātrumu ar atšķirīgu HPS hidropropila aizstāšanas pakāpi (bez iepriekšējas griešanas cietie un dobie simboli norāda attiecīgi pieaugoša ātruma un samazināšanās ātruma procesu)

No attēla var redzēt, ka tīrā HPS parauga viskozitāte un bīdes retināšanas pakāpe ir augstāka nekā HPMC/HPS savienojuma parauga, savukārt HPMC šķīduma bīdes retināšanas pakāpe ir zemākā, galvenokārt tāpēc Zemā temperatūrā ir ievērojami augstāks nekā HPMC. Turklāt HPMC/HPS savienojuma šķīdumam ar tādu pašu savienojuma koeficientu viskozitāte palielinās līdz ar HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpi. Tas var būt tāpēc, ka hidroksipropilgrupu pievienošana cietes molekulās sabojā starpmolekulārās ūdeņraža saites un tādējādi noved pie cietes granulu sadalīšanās. Hidroksipropilācija ievērojami samazināja cietes bīdes retināšanas parādību, un visredzamākā bija vietējās cietes bīdes retināšanas parādība. Nepārtraukti palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, HPS bīdes retināšanas pakāpe pakāpeniski samazinājās.

Visiem paraugiem bīdes sprieguma-bīdes ātruma līknē ir tiksotropi gredzeni, kas norāda, ka visiem paraugiem ir noteikta tiksotropijas pakāpe. Tiksotropo spēku raksturo tiksotropā gredzena laukuma lielums. Jo vairāk tiksotropa ir paraugs [351]. Parauga šķīduma plūsmas indeksu n un viskozitātes koeficientu K var aprēķināt pēc Ostvalda-de Vēla spēka likuma (sk. (2-1) vienādojumu).

5-1. tabula Plūsmas uzvedības indekss (n) un šķidruma konsistences indekss (K) pieaugoša ātruma un ātruma samazināšanas procesā un tiksotropijas cilpas laukums HPS/HPMC šķīdumam ar atšķirīgu HPS hidropropila aizstāšanas pakāpi 25 °C temperatūrā

5-1. Tabulā parādīts plūsmas indekss N, viskozitātes koeficients K un tiksotropā gredzena laukums HPMC/HPS savienojumu šķīdumos ar dažādām hidroksipropiltera aizvietošanas pakāpēm HPS, palielinot bīdes un samazinot bīdes. No tabulas var redzēt, ka visu paraugu plūsmas indekss N ir mazāks par 1, norādot, ka visi paraugu šķīdumi ir pseidoplastiski šķidrumi. HPMC/HPS savienojuma sistēmai ar tādu pašu HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpi plūsmas indekss N palielinās, palielinoties HPMC saturam, norādot, ka HPMC pievienošana padara salikto risinājumu ir spēcīgāka Ņūtona šķidruma raksturlielumi. Tomēr, palielinoties HPMC saturam, viskozitātes koeficients K nepārtraukti samazinājās, norādot, ka HPMC pievienošana samazināja savienojuma šķīduma viskozitāti, jo viskozitātes koeficients K bija proporcionāls viskozitātei. Tīrā HP vērtība N vērtība un K vērtība ar atšķirīgu hidroksipropil aizvietošanas grādiem pieaugošajā bīdes stadijā samazinājās, palielinoties hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, norādot, ka hidroksipropilācijas modifikācija var uzlabot cietes pseidoplastiskumu un samazināt starču šķīdumu viskozitāti. Gluži pretēji, N vērtība palielinās, palielinoties aizvietošanas pakāpes palielināšanai samazinošajā bīdes stadijā, norādot, ka hidroksipropilācija uzlabo šķidruma šķidruma izturēšanos pēc ātrgaitas cirpšanas. HPMC/HPS savienojuma sistēmas n vērtību un k vērtību ietekmēja gan HPS hidroksipropilācija, gan HPMC, kas bija to apvienotās darbības rezultāts. Salīdzinot ar pieaugošo bīdes posmu, visu paraugu n vērtības samazinošajā cirpšanas posmā kļuva lielākas, bet K vērtības kļuva mazākas, norādot, ka savienojuma šķīduma viskozitāte tika samazināta pēc ātrgaitas cirpšanas, un Tika uzlabota saliktā šķīduma Ņūtona šķidruma izturēšanās. .

5.3.1.2. Cirpes metode ar iepriekšēju griešanu un trīspakāpju tiksotropo metodi

5-2. att. HPS/HPMC šķīduma viskozitātes pret bīdes ātrumu ar atšķirīgu HPS hidropropila aizstāšanas pakāpi (ar iepriekšēju nobīdi)

Nulles bīdes viskozitāte (h0), plūsmas indekss (n) un viskozitātes koeficients (K), kas iegūts ar montāžu, ir parādīti 5-2. tabulā. No tabulas redzams, ka tīriem HPS paraugiem ar abām metodēm iegūtās n vērtības palielinās līdz ar aizvietošanas pakāpi, norādot, ka cietes šķīduma cietes līdzīgā uzvedība samazinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei. Palielinoties HPMC saturam, visas n vērtības uzrādīja lejupejošu tendenci, norādot, ka HPMC samazināja šķīduma cieto vielu uzvedību. Tas parāda, ka abu metožu kvalitatīvās analīzes rezultāti ir konsekventi.

Salīdzinot datus, kas iegūti vienam un tam pašam paraugam ar dažādām testēšanas metodēm, tiek konstatēts, ka n vērtība, kas iegūta pēc iepriekšējas griešanas, vienmēr ir lielāka par to, kas iegūta ar metodi bez iepriekšējas griešanas, kas norāda, ka saliktā sistēma, kas iegūta ar iepriekšējas griešanas metodi. -Birpes metode ir cietviela, piemēram, uzvedība ir zemāka par to, ko mēra ar metodi bez iepriekšējas griešanas. Tas ir tāpēc, ka gala rezultāts, kas iegūts testā bez priekšbīdes, faktiski ir bīdes ātruma un bīdes laika kombinētās darbības rezultāts, savukārt testa metode ar priekšbīdi vispirms novērš tiksotropo efektu ar lielu bīdi uz noteiktu laiku. laiks. Tāpēc šī metode var precīzāk noteikt savienojuma sistēmas bīdes retināšanas parādību un plūsmas raksturlielumus.

No tabulas arī redzams, ka tai pašai sajaukšanas attiecībai (5:5) savienošanas sistēmas n vērtība ir tuvu 1, un iepriekš nogrieztais n palielinās līdz ar hidroksipropila aizstāšanas pakāpi. Tas parāda, ka HPMC ir nepārtraukta fāze savienojumu sistēmā, un HPMC ir spēcīgāka ietekme uz cietes paraugiem ar zemu hidroksipropila aizstāšanas pakāpi, kas atbilst rezultātam, ka n vērtība palielinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei bez iepriekšējas griešanas, gluži pretēji. Savienojumu sistēmu K vērtības ar atšķirīgu aizvietošanas pakāpi abās metodēs ir līdzīgas, un nav īpaši izteiktas tendences, savukārt nulles bīdes viskozitāte uzrāda skaidru lejupejošu tendenci, jo nulles bīdes viskozitāte ir neatkarīga no bīdes. likme. Iekšējā viskozitāte var precīzi atspoguļot pašas vielas īpašības.

5-3. att. HPS/HPMC maisījuma šķīduma trīs intervālu tiksotropija ar dažādu HPS hidropropila aizstāšanas pakāpi

Trīspakāpju tiksotropā metode tika izmantota, lai pētītu dažādu hidroksipropilcietes hidroksipropilaizvietošanas pakāpju ietekmi uz savienojumu sistēmas tiksotropajām īpašībām. Attēlā 5-3 redzams, ka zemas bīdes stadijā šķīduma viskozitāte samazinās, palielinoties HPMC saturam, un samazinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei, kas atbilst nulles bīdes viskozitātes likumam.

Strukturālās atveseļošanās pakāpi pēc atšķirīga laika atveseļošanās posmā izsaka ar viskozitātes reģenerācijas ātrumu DSR, un aprēķina metode ir parādīta 2.3.2. No 5-2. Tabulas var redzēt, ka tajā pašā atveseļošanās laikā Pure HPS DSR ir ievērojami zemāks nekā Pure HPMC, kas galvenokārt ir tāpēc, ka HPMC molekula ir stingra ķēde, un tās relaksācijas laiks ir īss, un ir īss, un ir īss un ir īss, un struktūru var atjaunot īsā laikā. atgūties. Kamēr HPS ir elastīga ķēde, tās relaksācijas laiks ir ilgs, un struktūras atjaunošanās prasa daudz laika. Palielinoties aizvietošanas pakāpei, tīra HPS DSR samazinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei, norādot, ka hidroksipropilācija uzlabo cietes molekulārās ķēdes elastību un padara HPS relaksācijas laiku ilgāku. The DSR of the compound solution is lower than that of pure HPS and pure HPMC samples, but with the increase of the substitution degree of HPS hydroxypropyl, the DSR of the compound sample increases, which indicates that the thixotropy of the compound system increases with the HPS hidroksipropila aizvietošanas palielināšanās. Tas samazinās, palielinoties radikālas aizstāšanas pakāpei, kas atbilst rezultātiem bez iepriekšēja brīža.

Tabula 5-2 Nulles bīdes viskozitāte (h0), plūsmas uzvedības indekss (n), šķidruma konsistences indekss (K) pieaugoša ātruma laikā un struktūras atjaunošanās pakāpe (DSR) pēc noteikta reģenerācijas laika HPS/HPMC šķīdumam ar dažādu hidropropilu. HPS aizstāšanas pakāpe 25 °C temperatūrā

In summary, the steady-state test without pre-shearing and the thixotropic ring thixotropy test can qualitatively analyze samples with large performance differences, but for the compounds with different HPS hydroxypropyl substitution degrees with small performance differences The research results of the solution are contrary to patiesie rezultāti, jo izmērītie dati ir visaptveroši bīdes ātruma un bīdes laika ietekmes rezultāti un nevar patiesi atspoguļot viena mainīgā lieluma ietekmi.

5.3.2. Lineāra viskoelastība

Ir labi zināms, ka hidrogēliem uzglabāšanas moduli G′ nosaka efektīvo molekulāro ķēžu cietība, stiprums un skaits, bet zuduma moduli G′′ nosaka mazu molekulu un funkcionālo grupu migrācija, kustība un berze. . To nosaka berzes enerģijas patēriņš, piemēram, vibrācija un rotācija. Uzglabāšanas moduļa G ′ un zudumu moduļa G ″ (ti, tan δ = 1) eksistences zīme. Pāreju no šķīduma uz želeju sauc par gēla punktu. Uzglabāšanas modulis G ′ un zudumu modulis G ″ bieži tiek izmantots, lai izpētītu želācijas izturēšanos, veidošanās ātrumu un gēla tīkla struktūras struktūras īpašības [352]. Tie var arī atspoguļot iekšējās struktūras attīstību un molekulāro struktūru gēla tīkla struktūras veidošanās laikā. mijiedarbība [353].

Attēlā 5-4 ir parādītas HPMC/HPS savienojumu šķīdumu deformācijas līknes ar dažādām hidroksipropilaizvietošanas HPS pakāpēm ar frekvenci 1 Hz un deformācijas diapazonu 0,01%-100%. No skaitļa var redzēt, ka apakšējā deformācijas apgabalā (0,01–1%) visi paraugi, izņemot HPMC, ir g ′> g ″, parādot želejas stāvokli. HPMC G ′ ir visā formā, mainīgais diapazons vienmēr ir mazāks nekā G ”, norādot, ka HPMC atrodas šķīduma stāvoklī. Turklāt dažādu paraugu viskoelastības deformācijas atkarība ir atšķirīga. G80 paraugam viskoelastības biežums ir acīmredzamāks: ja deformācija ir lielāka par 0,3%, var redzēt, ka G 'pakāpeniski samazinās, ko papildina ievērojams G pieaugums ”. pieaugums, kā arī ievērojams iedeguma δ pieaugums; un krustojas, ja deformācijas daudzums ir 1,7%, kas norāda, ka G80 gēla tīkla struktūra ir nopietni bojāta pēc tam, kad deformācijas daudzums pārsniedz 1,7%, un tā ir šķīduma stāvoklī.

5-4. att. Uzglabāšanas modulis (G′) un zudumu modulis (G″) pret deformāciju HPS/HPMC maisījumiem ar atšķirīgu HPS hidroipropila aizstāšanas pakāpi (Cietie un dobie simboli ir attiecīgi G′ un G″)

5-5. att. tan δ pret deformāciju HPMC/HPS maisījuma šķīdumam ar atšķirīgu HPS hidropropila aizstāšanas pakāpi

It can be seen from the figure that the linear viscoelastic region of pure HPS is obviously narrowed with the decrease of hydroxypropyl substitution degree. Citiem vārdiem sakot, palielinoties HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, ievērojamās izmaiņas iedeguma δ līknē mēdz parādīties lielākā deformācijas apjoma diapazonā. Jo īpaši G80 lineārais viskoelastīgais apgabals ir šaurākais no visiem paraugiem. Tāpēc, lai noteiktu, tiek izmantots G80 lineārais viskoelastīgais apgabals

Kritēriji deformācijas mainīgā lieluma noteikšanai turpmākajās testu sērijās. HPMC/HPS savienojumu sistēmai ar tādu pašu savienojuma attiecību lineārais viskoelastīgais apgabals arī sašaurinās, samazinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, bet hidroksipropilaizvietošanas pakāpes saraušanās ietekme uz lineāro viskoelastīgo reģionu nav tik acīmredzama.

5.3.3 Viskoelastīgās īpašības sildīšanas un dzesēšanas laikā

HPMC/HPS savienojumu šķīdumu dinamiskās viskoelastīgās īpašības HPS ar dažādām hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm parādītas 5-6. attēlā. Kā redzams attēlā, HPMC sildīšanas procesā ir četri posmi: sākotnējais plato reģions, divas struktūras veidošanas stadijas un galīgais plato reģions. Sākotnējā plato posmā, G′ <G″, G′ un G″ vērtības ir mazas, un tām ir tendence nedaudz samazināties, paaugstinoties temperatūrai, parādot parasto šķidruma viskoelastīgo uzvedību. HPMC termiskajai želejai ir divi atšķirīgi struktūras veidošanās posmi, ko ierobežo G ′ un G ″ krustojums (tas ir, šķīduma-gēla pārejas punkts, ap 49 ° C), kas atbilst iepriekšējiem ziņojumiem. Konsekventa [160, 354]. Augstā temperatūrā hidrofobās asociācijas un hidrofilās asociācijas dēļ HPMC pakāpeniski veido šķērsvirziena struktūru [344, 355, 356]. Astes plato reģionā G ′ un G ″ vērtības ir augstas, kas norāda, ka HPMC gēla tīkla struktūra ir pilnībā izveidota.

Šie četri HPMC posmi parādās secīgi apgrieztā secībā, pazeminoties temperatūrai. G ′ un G ″ krustojums uz zemas temperatūras reģionu aptuveni 32 ° C temperatūrā dzesēšanas stadijā, kas var būt saistīts ar histerēzi [208] vai ķēdes kondensācijas efektu zemā temperatūrā [355]. Līdzīgi kā HPMC, citi paraugi sildīšanas procesā Ir arī četri posmi, un atgriezeniskā parādība notiek dzesēšanas procesā. Tomēr no attēla var redzēt, ka G80 un A939 parāda vienkāršotu procesu bez krustojuma starp G' un G”, un G80 līkne pat neparādās. Platformas zona aizmugurē.

Tīrai HPS augstāka hidroksipropila aizstāšanas pakāpe var mainīt gan sākotnējo, gan galīgo gēla veidošanās temperatūru, īpaši sākotnējo temperatūru, kas ir attiecīgi 61 °C G80, A939 un A1081. , 62 °C un 54 °C. Turklāt HPMC/HPS paraugiem ar vienādu sastāva attiecību, palielinoties aizvietošanas pakāpei, G′ un G″ vērtībām ir tendence samazināties, kas atbilst iepriekšējo pētījumu rezultātiem [357, 358]. Palielinoties aizstāšanas pakāpei, gēla tekstūra kļūst mīksta. Tāpēc hidroksipropilēšana izjauc dabiskās cietes sakārtoto struktūru un uzlabo tās hidrofilitāti [343].

HPMC/HPS savienojumu paraugiem gan G', gan G' samazinājās, palielinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, kas atbilda tīra HPS rezultātiem. Turklāt, pievienojot HPMC, aizstāšanas pakāpei bija būtiska ietekme uz G′. Efekts ar G” kļūst mazāk izteikts.

Visu HPMC/HPS salikto paraugu viskoelastīgās līknes uzrādīja tādu pašu tendenci, kas atbilda HPS zemā temperatūrā un HPMC augstā temperatūrā. Citiem vārdiem sakot, zemā temperatūrā HPS dominē saliktās sistēmas viskoelastīgajās īpašībās, savukārt augstā temperatūrā HPMC nosaka saliktās sistēmas viskoelastīgās īpašības. Šis rezultāts galvenokārt attiecināms uz HPMC. Jo īpaši HPS ir auksta želeja, kas karsējot mainās no želejas stāvokļa uz šķīduma stāvokli; gluži pretēji, HPMC ir karsts gēls, kas pakāpeniski veido želeju ar pieaugošu temperatūras tīkla struktūru. HPMC/HPS savienojumu sistēmai zemā temperatūrā savienojumu sistēmas gēla īpašības galvenokārt veicina HPS aukstais gēls, un augstā temperatūrā siltā temperatūrā HPMC želeja dominē savienojumu sistēmā.

5-6. attēls. Uzglabāšanas modulis (G′), zudumu modulis (G″) un tan δ pret temperatūru HPS/HPMC maisījuma šķīdumam ar atšķirīgu HPS hidroipropila aizstāšanas pakāpi

HPMC/HPS saliktās sistēmas modulis, kā paredzēts, ir starp tīra HPMC un tīra HPS moduļiem. 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. In addition, On the loss factor curve, all complex systems have a tan δ peak at about 45 °C, indicating that the continuous phase transition has occurred in the complex system. Šī fāzes pāreja tiks apspriesta nākamajā 5.3.6. turpināt diskusiju.

5.3.4. Temperatūras ietekme uz savienojuma viskozitāti

Ir svarīgi izprast temperatūras ietekmi uz materiālu reoloģiskajām īpašībām, jo ​​ir plašs temperatūras diapazons, kas var rasties apstrādes un uzglabāšanas laikā [359, 360]. Diapazonā no 5 ° C-85 ° C temperatūras ietekme uz HPMC/HPS savienojumu šķīdumu sarežģīto viskozitāti ar dažādām hidroksipropila aizvietošanas pakāpēm HPS parādīts 5-7. Attēlā. No 5-7(a) attēla var redzēt, ka tīras HPS kompleksā viskozitāte ievērojami samazinās, paaugstinoties temperatūrai; Tīra HPMC viskozitāte nedaudz samazinās no sākotnējā līdz 45 ° C, paaugstinoties temperatūrai. uzlabot.

Visu salikto paraugu viskozitātes līknes parādīja līdzīgas tendences ar temperatūru, vispirms pazeminoties, paaugstinoties temperatūrai un pēc tam palielinoties, palielinoties temperatūrai. Turklāt salikto paraugu viskozitāte ir tuvāk HPS zemā temperatūrā un tuvāk HPMC augstā temperatūrā. Šis rezultāts ir saistīts arī ar HPMC un HPS savdabīgo želejas uzvedību. Saliktā parauga viskozitātes līkne uzrādīja strauju pāreju 45 ° C temperatūrā, iespējams, fāzes pārejas dēļ HPMC/HPS savienotajā sistēmā. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka G80/HPMC 5:5 savienojuma parauga viskozitāte augstā temperatūrā ir augstāka nekā tīram HPMC, kas galvenokārt ir saistīts ar augstāku G80 raksturīgo viskozitāti augstā temperatūrā [361]. Ar to pašu salikšanas koeficientu saliktās sistēmas viskozitāte samazinās, palielinoties HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpei. Tāpēc hidroksipropilgrupu ievadīšana cietes molekulās var izraisīt intramolekulāro ūdeņraža saišu pārtraukšanu cietes molekulās.

5-7. att. Kompleksā viskozitāte pret temperatūru HPS/HPMC maisījumiem ar dažādu HPS hidroipropila aizstāšanas pakāpi

Temperatūras ietekme uz HPMC/HPS savienojuma sistēmas sarežģīto viskozitāti atbilst noteiktā temperatūras diapazonā ar Arrhenius attiecībām, un sarežģītajai viskozitātei ir eksponenciāla saistība ar temperatūru. Arrēnija vienādojums ir šāds:

Starp tiem η* ir kompleksā viskozitāte, Pa s;

A ir konstante, Pa s;

R ir gāzes konstante, 8,3144 J·mol–1·K–1;

E ir aktivācijas enerģija, J·mol–1.

Piemērots saskaņā ar formulu (5-3), savienojuma sistēmas viskozitātes-temperatūras līkni var iedalīt divās daļās atbilstoši tan δ maksimumam 45 ° C temperatūrā; salikta sistēma pie 5 °C – 45 °C un 45 °C – 85 ° Aktivizācijas enerģijas E un konstantes A vērtības, kas iegūtas, iekļaujot diapazonā C, ir parādītas 5-3. tabulā. Aprēķinātās aktivizācijas enerģijas E vērtības ir starp –174 kJ · mol - 1 un 124 kJ · mol - 1, un konstantes A vērtības ir starp 6,24 × 10−11 pa · s un 1,99 × 1028 pa · s. Within the fitting range, the fitted correlation coefficients were higher (R2 = 0.9071 –0.9892) except for the G80/HPMC sample. G80/HPMC paraugam ir zemāks korelācijas koeficients (R2 = 0,4435) temperatūras diapazonā no 45 ° C - 85 ° C, kas var būt saistīts ar G80 būtībā lielāku cietību un tā ātrāku svaru, salīdzinot ar citiem HPS kristalizācijas ātrumu [ 362]. Šī G80 īpašība palielina neviendabīgu savienojumu veidošanās iespējamību, ja to savieno ar HPMC.

Temperatūras diapazonā no 5 ° C - 45 ° C HPMC/HPS kompozītmateriāla parauga E vērtība ir nedaudz zemāka nekā Pure HPS, kas var būt saistīta ar mijiedarbību starp HPS un HPMC. Samaziniet viskozitātes atkarību no temperatūras. Pure HPMC E vērtība ir augstāka nekā citiem paraugiem. Visu cietes saturošo paraugu aktivizācijas enerģijas bija zemas pozitīvas vērtības, norādot, ka zemākā temperatūrā viskozitātes samazināšanās ar temperatūru bija mazāk izteikta un preparātiem bija cietei līdzīga tekstūra.

5-3. tabula Arrēnija vienādojuma parametri (E: aktivācijas enerģija; A: konstante; R2: noteikšanas koeficients) no vienādojuma (1) HPS/HPMC maisījumiem ar dažādām HPS hidroksipropilēšanas pakāpēm

Tomēr augstākā temperatūras diapazonā no 45 ° C - 85 ° C E vērtība kvalitatīvi mainījās starp tīru HPS un HPMC/HPS kompozītmateriālu paraugiem, un tīra HPSS E vērtība bija 45,6 kJ · mol - 1 - diapazonā no tā diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā - diapazonā no E diapazona. 124 kJ · mol -1, kompleksu E vērtības ir diapazonā no -3,77 kJ · mol -1–72,2 kJ · mol -1. Šīs izmaiņas parāda HPMC spēcīgo ietekmi uz sarežģītās sistēmas aktivizācijas enerģiju, jo tīra HPMC E vērtība ir -174 kJ mol -1. Tīras HPMC un saliktās sistēmas E vērtības ir negatīvas, kas norāda, ka augstākā temperatūrā viskozitāte palielinās, palielinoties temperatūrai, un savienojumam ir HPMC līdzīga uzvedības tekstūra.

HPMC un HPS ietekme uz HPMC/HPS savienojumu sistēmu sarežģīto viskozitāti augstā temperatūrā un zemā temperatūrā atbilst apspriestajām viskoelastīgajām īpašībām.

5.3.5 Dinamiskās mehāniskās īpašības

Attēlos 5-8 parādītas frekvences slaucīšanas līknes pie 5 °C HPMC/HPS savienojumu šķīdumiem HPS ar dažādām hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm. No attēla var redzēt, ka tīra HPS uzrāda tipisku cietvielu līdzīgu izturēšanos (G′> G″), savukārt HPMC ir šķidrumam līdzīga uzvedība (G′ <G″). Visiem HPMC/HPS preparātiem bija cietai vielai līdzīga darbība. Lielākajai daļai paraugu gan G ′, gan G ″ palielinās, palielinoties biežumam, norādot, ka materiāla cietībai līdzīga uzvedība ir spēcīga.

Tīriem HPMC ir skaidra frekvences atkarība, ko ir grūti redzēt tīros HPS paraugos. Kā gaidīts, HPMC/HPS kompleksā sistēma uzrādīja zināmu frekvences atkarības pakāpi. Visiem HPS saturošiem paraugiem n′ vienmēr ir mazāks par n″, un G″ uzrāda spēcīgāku frekvences atkarību nekā G′, kas norāda, ka šie paraugi ir elastīgāki nekā viskozi [352, 359, 363]. Tāpēc apvienoto paraugu veiktspēju galvenokārt nosaka HPS, kas galvenokārt ir tāpēc, ka HPMC zemā temperatūrā ir zemākas viskozitātes šķīduma stāvoklis.

Table 5-4 n′, n″, G0′ and G0″ for HPS/HPMC with different hydropropyl substitution degree of HPS at 5 °C as determined from Eqs. (5-1) un (5-2)

5-8. attēls. Uzglabāšanas modulis (G′) un zudumu modulis (G″) pret frekvenci HPS/HPMC maisījumiem ar dažādu HPS hidroipropila aizstāšanas pakāpi 5 °C temperatūrā

Tīriem HPMC ir skaidra frekvences atkarība, ko ir grūti redzēt tīros HPS paraugos. Kā paredzēts HPMC / HPS kompleksam, ligandu sistēmai bija noteikta frekvences atkarības pakāpe. Visiem HPS saturošiem paraugiem n′ vienmēr ir mazāks par n″, un G″ uzrāda spēcīgāku frekvences atkarību nekā G′, kas norāda, ka šie paraugi ir elastīgāki nekā viskozi [352, 359, 363]. Tāpēc apvienoto paraugu veiktspēju galvenokārt nosaka HPS, kas galvenokārt ir tāpēc, ka HPMC zemā temperatūrā ir zemākas viskozitātes šķīduma stāvoklis.

5-9. Attēlā parādītas HPS/HPS savienojumu šķīdumu frekvences slaucīšanas līknes ar dažādām hidroksipropila aizvietošanas pakāpēm 85 ° C temperatūrā. Kā redzams no attēla, visiem pārējiem HPS paraugiem, izņemot A1081, bija tipiska cietvielu līdzīga izturēšanās. A1081 G 'un G' vērtības ir ļoti tuvas, un G 'ir nedaudz mazāka nekā G ”, kas norāda, ka A1081 uzvedas kā šķidrums.

Tas var būt tāpēc, ka A1081 ir auksts želeja, un tā tiek veikta pāreja no želejas līdz risināšanai augstā temperatūrā. No otras puses, paraugiem ar tādu pašu savienojošo attiecību n ′, n ″, g0 ′ un g0 ″ (5-5. Tabula) vērtības samazinājās, palielinoties hidroksipropil aizvietošanas pakāpei, norādot, ka hidroksipropilācija samazināja cietvielu cietvielu-samazināja cietvielu cietvielu-samazināja cietvielu cietvielu pakāpi, norādot, ka hidroksipropilācija samazina cietvielu cietvielu līmeni, norādot, ka hidroksipropilācija samazina cietvielu cietvielu-cietās vielas pakāpi, norādot, ka hidroksipropilācija samazina cietvielu cietvielu pakāpi, norādot, ka hidroksipropilācija samazina cietvielu cietvielu pakāpi, norādot, ka hidroksipropilācija samazina cietvielu cietvielu līmeni. Tāpat kā cietes izturēšanās augstā temperatūrā (85 ° C). Jo īpaši G80 N ′ un N ″ ir tuvu 0, parādot spēcīgu cietvielu līdzīgu izturēšanos; Turpretī A1081 N ′ un N ″ vērtības ir tuvu 1, parādot spēcīgu šķidruma izturēšanos. Šīs n 'un n "vērtības atbilst datiem par g' un g". Turklāt, kā redzams 5.-9. Attēlā, hidroksipropila aizvietošanas pakāpe var ievērojami uzlabot HPS frekvences atkarību augstā temperatūrā.

5-9. attēls. Uzglabāšanas modulis (G′) un zudumu modulis (G″) pret frekvenci HPS/HPMC maisījumiem ar atšķirīgu HPS hidroipropila aizstāšanas pakāpi 85 °C temperatūrā

5-9. Attēlā parādīts, ka HPMC uzrāda tipisku cietvielu līdzīgu izturēšanos (G ′> G ″) 85 ° C temperatūrā, ko galvenokārt attiecina uz tā termogela īpašībām. Turklāt HPMC G′ un G″ mainās atkarībā no frekvences. Pieaugums daudz nemainījās, norādot, ka tam nav skaidras frekvences atkarības.

HPMC/HPS savienojuma sistēmai N ′ un N ″ vērtības ir tuvu 0, un G0 ′ ir ievērojami augstākas nekā G0 (tabula ″ 5-5), apstiprinot tā cietvielu līdzīgo izturēšanos. No otras puses, augstāka hidroksipropila aizvietošana var pāriet no cietām vielām līdzīgām uz šķidrumam līdzīgu izturēšanos-parādību, kas nenotiek saliktos risinājumos. Turklāt savienojuma sistēmai, kas pievienota ar HPMC, palielinoties frekvencei, gan g ', gan g' palika salīdzinoši stabili, un n 'un n vērtības bija tuvu HPMC vērtībām. Visi šie rezultāti liecina, ka HPMC dominē saliktās sistēmas viskoelastībā augstā 85 ° C temperatūrā.

5-5. tabula n′, n″, G0′ un G0″ HPS/HPMC ar atšķirīgu HPS hidropropila aizstāšanu 85 °C, kā noteikts vienād. (5-1) un (5-2)

5.3.6. HPMC/HPS saliktās sistēmas morfoloģija

The phase transition of HPMC/HPS compound system was studied by iodine staining optical microscope. HPMC/HPS savienojuma sistēmu ar salikšanas attiecību 5: 5 tika pārbaudīta 25 ° C, 45 ° C un 85 ° C temperatūrā. Zemāk esošie iekrāsotie gaismas mikroskopa attēli ir parādīti 5-10. Attēlā. No figūras var redzēt, ka pēc krāsošanas ar jodu HPS fāzi krāso tumšākā krāsā, un HPMC fāze parāda gaišāku krāsu, jo to nevar krāsot jods. Tāpēc abas HPMC/HP fāzes var skaidri atšķirt. Augstākā temperatūrā palielinās tumšo reģionu (HPS fāzes) laukums un samazinās spožo reģionu (HPMC fāze) laukums. Jo īpaši 25 ° C temperatūrā HPMC (spilgta krāsa) ir nepārtraukta fāze HPMC/HPS kompozītmateriālu sistēmā, un mazā sfēriskā HPS fāze (tumšā krāsa) ir izkliedēta HPMC nepārtrauktā fāzē. In contrast, at 85 °C, HPMC became a very small and irregularly shaped dispersed phase dispersed in the HPS continuous phase.

5-8. Att. Dised 1: 1 HPMC/HPS maisījumi 25 ° C, 45 ° C un 85 ° C maisījumos.

Paaugstinoties temperatūrai, HPMC/HPS savienojumu sistēmā ir jābūt nepārtrauktās fāzes fāzes morfoloģijas pārejas punktam no HPMC uz HPS. Teorētiski tam vajadzētu notikt, ja HPMC un HPS viskozitāte ir vienāda vai ļoti līdzīga. Kā redzams no 45 °C mikrogrāfijām 5.-10.attēlā, tipiskā “jūras salas” fāzes diagramma neparādās, bet tiek novērota nepārtraukta fāze. Šis novērojums arī apstiprina faktu, ka nepārtrauktās fāzes fāzes pāreja var būt notikusi tan δ maksimumā izkliedes faktora-temperatūras līknē, kas aplūkota 5.3.3.

No attēla var arī redzēt, ka zemā temperatūrā (25 ° C) dažas tumšās HPS izkliedētās fāzes daļas parāda noteiktu spilgtas krāsas pakāpi, kas var būt tāpēc, ka daļa no HPMC fāzes pastāv HPS fāzē izkliedētas fāzes forma. vidū. Coincidentally, at high temperature (85 °C), some small dark particles are distributed in the bright-colored HPMC dispersed phase, and these small dark particles are the continuous phase HPS. These observations suggest that a certain degree of mesophase exists in the HPMC-HPS compound system, thus also indicating that HPMC has a certain compatibility with HPS.

5.3.7 HPMC/HPS savienojumu sistēmas fāzes pārejas shematiska diagramma

Pamatojoties uz polimēru šķīdumu un kompozītmateriālu želejas punktu klasisko reoloģisko uzvedību [216, 232] un salīdzinājumu ar rakstā apskatītajiem kompleksiem, tiek piedāvāts principiāls modelis HPMC/HPS kompleksu strukturālai transformācijai ar temperatūru, kā parādīts attēlā. 5-11.

Fig. 5-11 Schematic structures of the sol-gel transition of HPMC (a); HPS (B); un HPMC/HPS (C)

HPMC un ar to saistītā šķīduma-gela pārejas mehānisma gēla izturēšanās ir daudz pētīta [159, 160, 207, 208]. Viens no plaši atzītajiem ir tas, ka HPMC ķēdes pastāv šķīdumā apkopotu saišķu veidā. Šīs kopas ir savstarpēji savienotas, iesaiņojot dažas nepiespiestas vai taupīgi šķīstošās celulozes struktūras un ir savienotas ar blīvi aizvietotiem reģioniem ar metilgrupu un hidroksilgrupu hidrofobisku agregāciju. Zemā temperatūrā ūdens molekulas veido būru līdzīgas struktūras ārpus metilhidrofobām grupām un ūdens apvalka struktūrām ārpus hidrofilām grupām, piemēram, hidroksilgrupām, neļaujot HPMC veidot starpķēdes ūdeņraža saites zemā temperatūrā. Palielinoties temperatūrai, HPMC absorbē enerģiju un šīs ūdens būru un ūdens apvalka struktūras ir salauztas, kas ir šķīduma-gela pārejas kinētika. Ūdens būra un ūdens apvalka plīsums ūdens videi pakļauj metil un hidroksipropilgrupas, kā rezultātā ievērojami palielinās brīvais tilpums. Augstākā temperatūrā, pateicoties hidrofobisko grupu hidrofobai saistībai un hidrofilo grupu hidrofilajai asociācijai, beidzot tiek veidota gēla trīsdimensiju tīkla struktūra, kā parādīts 5-11. Attēlā (a).

Parasti, ja tiek papildināti divi komponenti ar ļoti atšķirīgu viskozitāti, augstās viskozitātes komponentam ir tendence veidot izkliedētu fāzi un tiek izkliedēta zemas viskozitātes komponenta nepārtrauktā fāzē. At low temperatures, the viscosity of HPMC is significantly lower than that of HPS. Tāpēc HPMC veido nepārtrauktu fāzi, kas apņem HPS gēla fāzi ar augstu viskozitāti. Divu fāžu malās hidroksilgrupas HPMC ķēdēs zaudē daļu no saistītā ūdens un veido starpmolekulāras ūdeņraža saites ar HPS molekulārajām ķēdēm. Sildīšanas procesa laikā HPS molekulārās ķēdes pārvietojās pietiekami daudz enerģijas absorbcijas dēļ un veidoja ūdeņraža saites ar ūdens molekulām, kā rezultātā rodas želejas struktūras plīsums. Tajā pašā laikā tika iznīcināta ūdens būru struktūra un ūdens apvalka struktūra HPMC ķēdē un pakāpeniski plīsa, lai pakļautu hidrofilām grupām un hidrofobām kopām. Augstā temperatūrā HPMC veido gēla tīkla struktūru starpmolekulāro ūdeņraža saites un hidrofobās asociācijas dēļ, un tādējādi kļūst par augstas viskozitātes izkliedētu fāzi, kas izkliedēta HPS nepārtrauktā nejaušo spoļu fāzē, kā parādīts 5-11. Attēlā (c). Therefore, HPS and HPMC dominated the rheological properties, gel properties and phase morphology of the composite gels at low and high temperatures, respectively.

Hidroksipropilgrupu ievadīšana cietes molekulās izjauc tās iekšējo sakārtoto intramolekulāro ūdeņraža saites struktūru, tādējādi želatinizētās amilozes molekulas ir uzbriedušas un izstieptas, kas palielina molekulu efektīvo hidratācijas tilpumu un kavē cietes molekulu tendenci nejauši sapīties. Ūdens šķīdumā [362]. Tāpēc hidroksipropila apjomīgās un hidrofilās īpašības apgrūtina amilozes molekulāro ķēžu rekombināciju un šķērssavienojumu reģionu veidošanos [233]. Tāpēc, pazeminoties temperatūrai, salīdzinot ar dabisko cieti, HPS mēdz veidot vaļīgāku un mīkstāku gēla tīkla struktūru.

Palielinoties hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, HPS šķīdumā ir vairāk izstieptu spirālveida fragmentu, kas var veidot vairāk starpmolekulāras ūdeņraža saites ar HPMC molekulāro ķēdi uz abu fāžu robežas, tādējādi veidojot vienmērīgāku struktūru. Turklāt hidroksipropilācija samazina cietes viskozitāti, kas samazina viskozitātes starpību starp HPMC un HPS formulējumā. Tāpēc fāzes pārejas punkts HPMC/HPS kompleksa sistēmā mainās uz zemu temperatūru, palielinoties HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpei. To var apstiprināt ar pēkšņu viskozitātes izmaiņām ar atjaunoto paraugu temperatūru 5.3.4.

5.4 Nodaļas kopsavilkums

Šajā nodaļā tika sagatavoti HPMC/HPS savienojuma šķīdumi ar dažādiem HPS hidroksipropil aizvietošanas grādiem, un HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojuma sistēmas reoloģiskās īpašības un gēla īpašību ietekme uz HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojuma sistēmu tika pētīta ar rehometru. HPMC/HPS aukstā un karstā gēla kompozītmateriālu sistēmas fāzes sadalījums tika pētīts ar joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzi. Galvenie atklājumi ir šādi:

1. Istabas temperatūrā HPMC/HPS savienojuma šķīduma viskozitāte un bīdes atšķaidīšana samazinājās, palielinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei. Tas galvenokārt notiek tāpēc, ka hidroksipropilgrupas ievadīšana cietes molekulā iznīcina tās intramolekulāro ūdeņraža saites struktūru un uzlabo cietes hidrofilitāti.
2. Istabas temperatūrā HPMC/HPS savienojumu šķīdumu nulles bīdes viskozitāti h0, plūsmas indeksu n un viskozitātes koeficientu K ietekmē gan HPMC, gan hidroksipropilēšana. Palielinoties HPMC saturam, nulles bīdes viskozitāte h0 samazinās, plūsmas indekss n palielinās un viskozitātes koeficients K samazinās; tīra HPS nulles bīdes viskozitāte h0, plūsmas indekss n un viskozitātes koeficients K palielinās līdz ar hidroksilgrupu, palielinoties propila aizstāšanas pakāpei, tā kļūst mazāka; bet saliktajai sistēmai nulles bīdes viskozitāte h0 samazinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei, savukārt plūsmas indekss n un viskozitātes konstante K palielinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei.
3. Bīdes metode ar iepriekšēju cirpšanu un trīspakāpju tiksotropiju var precīzāk atspoguļot savienojuma šķīduma viskozitāti, plūsmas īpašības un tiksotropiju.
4. HPMC/HPS savienojumu sistēmas lineārais viskoelastīgais apgabals sašaurinās, samazinoties HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpei.
5. Šajā aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmā HPMC un HPS var veidot nepārtrauktas fāzes attiecīgi zemā un augstā temperatūrā. Šī fāzes struktūras maiņa var būtiski ietekmēt kompleksā gēla komplekso viskozitāti, viskoelastīgās īpašības, frekvences atkarību un gēla īpašības.
6. Kā izkliedētas fāzes HPMC un HPS var noteikt HPMC/HPS savienojumu sistēmu reoloģiskās īpašības un gēla īpašības attiecīgi augstā un zemā temperatūrā. HPMC/HPS salikto paraugu viskoelastīgās līknes saskanēja ar HPS zemā temperatūrā un HPMC augstā temperatūrā.
7. Atšķirīgā cietes struktūras ķīmiskās modifikācijas pakāpe arī būtiski ietekmēja gēla īpašības. Rezultāti liecina, ka kompleksā viskozitāte, uzglabāšanas modulis un zudumu modulis samazinās, palielinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei. Tāpēc dabiskās cietes hidroksipropilēšana var izjaukt tās sakārtoto struktūru un palielināt cietes hidrofilitāti, kā rezultātā veidojas mīksta gēla tekstūra.
9. Tika nodibināta saistība starp HPMC/HPS kompozītmateriālu sistēmas mikrostruktūru, reoloģiskajām īpašībām un gēla īpašībām. Gan pēkšņās savienotās sistēmas viskozitātes līknes izmaiņas, gan Tan δ maksimums zuduma faktora līknē parādās 45 ° C temperatūrā, kas atbilst mikrogrāfijā novērotai līdzpārbaudes fāzes fenomenam (45 ° C).

Rezumējot, HPMC/HPS aukstā un karstā gēla kompozītsistēmai piemīt īpaša temperatūras kontrolēta fāzes morfoloģija un īpašības. Izmantojot dažādas cietes un celulozes ķīmiskās modifikācijas, HPMC/HPS aukstā un karstā gēla savienojumu sistēmu var izmantot augstvērtīgu viedo materiālu izstrādei un pielietošanai.

6. nodaļa HPS aizstāšanas pakāpes ietekme uz HPMC/HPS kompozītu membrānu īpašībām un sistēmas savietojamību

No 5. nodaļas redzams, ka savienojumu sistēmas komponentu ķīmiskās struktūras maiņa nosaka savienojumu sistēmas reoloģisko īpašību, gēla īpašību un citu apstrādes īpašību atšķirību. Kopējā veiktspēja ir būtiska ietekme.

Šajā nodaļā galvenā uzmanība pievērsta komponentu ķīmiskās struktūras ietekmei uz HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānas mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām. Combined with the influence of Chapter 5 on the rheological properties of the composite system, the rheological properties of the HPMC/HPS composite system are established- relationship between film properties.

6.1 Materiāli un aprīkojums

6.1.1. Galvenie eksperimentālie materiāli

6.1.2. Galvenie instrumenti un aprīkojums

6.2. Eksperimentālā metode

6.2.1. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu sagatavošana ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm

Kopējā savienojuma šķīduma koncentrācija ir 8% (w/w), HPMC/HPS savienojuma attiecība ir 10:0, 5:5, 0:10, plastifikators ir 2,4% (w/w) polietilēnglikols. HPMC/HPS kompozītmateriāla plēve tika sagatavota ar liešanas metodi. Konkrēto sagatavošanas metodi skatīt 3.2.1.

6.2.2. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm mikrodomēnu struktūra

6.2.2.1. Sinhrotrona starojuma maza leņķa rentgenstaru izkliedes mikrostruktūras analīzes princips

Neliels eņģeļu rentgena izkliede (SAXS) attiecas uz izkliedes parādību, ko izraisa rentgena stars, kas apstaro paraugu, kas tiek pārbaudīts nelielā leņķī, kas atrodas tuvu rentgena staram. Pamatojoties uz nanomēroga elektronu blīvuma atšķirību starp izkliedētāju un apkārtējo vidi, maza leņķa rentgenstaru izkliedi parasti izmanto cieto, koloidālo un šķidro polimēru materiālu izpētē nanomēroga diapazonā. Salīdzinot ar platleņķa rentgenstaru difrakcijas tehnoloģiju, SAXS var iegūt strukturālu informāciju plašākā mērogā, ko var izmantot, lai analizētu polimēru molekulāro ķēžu konformāciju, ilgtermiņa struktūras, kā arī polimēru komplekso sistēmu fāzes struktūru un fāzu sadalījumu. . Sinhrotrona rentgenstaru gaismas avots ir jauna veida augstas veiktspējas gaismas avots, kam ir augsta tīrības pakāpe, augsta polarizācija, šaurs impulss, augsts spilgtums un augsta kolimācija, tāpēc tas var ātrāk iegūt materiālu nanomēroga strukturālo informāciju. un precīzi. Analizējot izmērītās vielas SAXS spektru, var kvalitatīvi iegūt elektronu mākoņu blīvuma viendabīgumu, vienfāzes elektronu mākoņu blīvuma viendabīgumu (pozitīva novirze no Poroda vai Debija teorēmas) un divfāžu saskarnes skaidrību (negatīva novirze no Porodas). vai Debija teorēma). ), kvantitatīvi var iegūt arī izkliedētāja pašlīdzību (vai tai ir fraktāļu pazīmes), izkliedētāja dispersiju (monodispersitāti vai polidispersitāti, ko nosaka Ginjē) un citu informāciju, kā arī kvantitatīvi var iegūt izkliedētāja fraktāļu dimensiju, girācijas rādiusu un vidējo atkārtoto vienību slāni. Thickness, average size, scatterer volume fraction, specific surface area and other parameters.

6.2.2.2. Testa metode

Austrālijas sinhrotronu radiācijas centrā (Clayton, Viktorija, Austrālija) tika izmantots pasaules uzlabotais trešās paaudzes sinhrotrona starojuma avots (Flux 1013 fotoni/s, viļņa garums 1,47 Å), lai noteiktu mikrodomēna struktūru un citu saistīto informāciju par kompozīta informāciju filma. Testa parauga divdimensiju izkliedes modeli savāca Pilatus 1M detektors (169 × 172 μm laukums, 172 × 172 μm pikseļa lielums), un izmērītais paraugs bija diapazonā no 0,015 <q <0,15 Å−1 (1 ( q ir izkliedes vektors) Iekšējo viendimensiju maza leņķa rentgenstaru izkliedes līkni iegūst no divdimensiju izkliedes modeļa ar ScatterBrain programmatūru, un izkliedes vektoru q un izkliedes leņķi 2 pārvērš ar formulu i / , kur ir rentgena viļņa garums. Pirms datu analīzes visi dati tika iepriekš normalizēti.

6.2.3. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu termogravimetriskā analīze ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

Tas pats, kas 3.2.5.1

6.2.3.2. Testa metode

Skatīt 3.2.5.2

6.2.4. HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm

6.2.4.1. Stiepes īpašuma analīzes princips

Tas pats, kas 3.2.6.1

6.2.4.2. Testa metode

Skatīt 3.2.6.2

Izmantojot ISO37 standartu, tas tiek sagriezts hanteles formas šķembās ar kopējo garumu 35 mm, attālumu starp 12 mm marķēšanas līnijām un 2 mm platumu. Visi testa paraugi tika līdzsvaroti 75% mitrumā vairāk nekā 3 dienas.

6.2.5. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu skābekļa caurlaidība ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

6.2.5.1. Skābekļa caurlaidības analīzes princips

Tas pats, kas 3.2.7.1

6.2.5.2. Testa metode

Skatīt 3.2.7.2

6.3.1. HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju kristāla struktūras analīze ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

Attēlā 6-1 parādīti maza leņķa rentgenstaru izkliedes spektri HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvēm ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm. No attēla redzams, ka salīdzinoši liela mēroga diapazonā q > 0,3 Å (2θ > 40) visos membrānas paraugos parādās acīmredzami raksturīgi maksimumi. No tīrās komponentu plēves rentgenstaru izkliedes modeļa (6.-1.a att.) tīram HPMC ir spēcīga rentgenstaru izkliedes raksturīgā virsotne pie 0,569 Å, kas norāda, ka HPMC ir rentgenstaru izkliedes maksimums platleņķī. reģions 7,70 (2θ > 50). Kristālu raksturīgās virsotnes, kas norāda, ka HPMC šeit ir noteikta kristāliskā struktūra. Gan tīrās A939, gan A1081 cietes plēves paraugos uzrādīja atšķirīgu rentgenstaru izkliedes maksimumu pie 0, 397 Å, kas norāda, ka HPS ir kristālisks raksturīgs maksimums platleņķa reģionā 5, 30, kas atbilst B tipa kristāliskajam cietes maksimumam. No attēla var skaidri redzēt, ka A939 ar zemu hidroksipropilaizvietojumu ir lielāks pīķa laukums nekā A1081 ar augstu aizvietošanu. Tas ir galvenokārt tāpēc, ka hidroksipropilgrupas ievadīšana cietes molekulārajā ķēdē izjauc cietes molekulu sākotnējo sakārtoto struktūru, palielina cietes molekulāro ķēžu pārkārtošanās un šķērssavienojuma grūtības un samazina cietes pārkristalizācijas pakāpi. Palielinoties hidroksipropilgrupas aizvietošanas pakāpei, hidroksipropilgrupas inhibējošā iedarbība uz cietes pārkristalizāciju ir acīmredzamāka.

No salikto paraugu maza leņķa rentgenstaru izkliedes spektriem (6.-1.b att.) var redzēt, ka visām HPMC-HPS kompozītmateriālu plēvēm bija acīmredzami raksturīgie maksimumi pie 0,569 Å un 0,397 Å, kas atbilst 7,70 HPMC kristālam. raksturīgās virsotnes, attiecīgi. HPMC/A939 kompozītmateriāla plēves HPS kristalizācijas pīķa laukums ir ievērojami lielāks nekā HPMC/A1081 kompozītmateriāla plēvei. Pārkārtošanās tiek nomākta, kas atbilst HPS kristalizācijas pīķa laukuma izmaiņām ar hidroksipropila aizstāšanas pakāpi tīru komponentu plēvēs. Kristāliskā pīķa laukums, kas atbilst HPMC pie 7, 70 kompozītmateriālu membrānām ar dažādu HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpi, daudz nemainījās. Salīdzinot ar tīro komponentu paraugu spektru (5.-1.a att.), salikto paraugu HPMC kristalizācijas pīķu un HPS kristalizācijas pīķu laukumi samazinājās, kas liecināja, ka, apvienojot abus, gan HPMC, gan HPS varētu būt efektīvas otra grupa. Plēves atdalīšanas materiāla pārkristalizācijas fenomenam ir zināma inhibējoša loma.

6-1. att. HPMC/HPS maisījuma plēvju SAXS spektri ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

Visbeidzot, HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpes palielināšanās un abu komponentu savienošana zināmā mērā var kavēt HPMC / HPS kompozītmateriālu membrānas pārkristalizācijas fenomenu. HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpes palielināšanās galvenokārt kavēja HPS pārkristalizāciju kompozītmateriālu membrānā, savukārt divkomponentu savienojumam bija noteikta inhibējoša loma HPS un HPMC pārkristalizācijā kompozītmateriālu membrānā.

6.3.2. Pašlīdzīgas fraktāļu struktūras analīze HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānām ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm

Polisaharīdu molekulu, piemēram, cietes molekulu un celulozes molekulu, vidējais ķēdes garums (R) ir diapazonā no 1000 līdz 1500 nm, un q ir diapazonā no 0,01 līdz 0,1 Å-1 ar qR >> 1. Porod formula, var redzēt polisaharīdu plēves paraugus. Attiecība starp maza leņķa rentgenstaru izkliedes intensitāti un izkliedes leņķi ir:

Tostarp I(q) ir maza leņķa rentgenstaru izkliedes intensitāte;

α ir Porodas nogāze.

Porodas slīpums α ir saistīts ar fraktāļu struktūru. Ja α < 3, tas norāda, ka materiāla struktūra ir samērā irdena, izkliedētāja virsma ir gluda, un tas ir masas fraktālis, un tā fraktāļu izmērs D = α; ja 3 < α <4, tas norāda, ka materiāla struktūra ir blīva un izkliedētāja virsma ir raupja, kas ir virsmas fraktālis, un tā fraktāļu izmērs D = 6 – α.

Attēlā 6-2 parādīti HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu lnI(q)-lnq diagrammi ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm. No attēla var redzēt, ka visiem paraugiem noteiktā diapazonā ir sev līdzīga fraktāļu struktūra, un Porodas slīpums α ir mazāks par 3, kas norāda, ka kompozītmateriāla plēvē ir masas fraktāls, un kompozītmateriāla plēves virsma ir relatīvi. gluda. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu masas fraktāļu izmēri ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm ir parādīti 6-1. tabulā.

Tabula 6-1 parāda HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu fraktāļu izmērus ar dažādu HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpi. No tabulas var redzēt, ka tīriem HPS paraugiem A939, kas aizvietots ar zemu hidroksipropila saturu, fraktāļu izmērs ir daudz augstāks nekā A1081, kas aizvietots ar augstu hidroksipropila saturu, kas norāda, ka, palielinoties hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, membrānā. Pašlīdzīgās struktūras blīvums ir ievērojami samazināts. Tas ir tāpēc, ka hidroksipropilgrupu ievadīšana cietes molekulārajā ķēdē būtiski kavē HPS segmentu savstarpējo saiti, kā rezultātā plēvē samazinās sev līdzīgās struktūras blīvums. Hidrofilās hidroksipropilgrupas var veidot starpmolekulāras ūdeņraža saites ar ūdens molekulām, samazinot mijiedarbību starp molekulārajiem segmentiem; lielākas hidroksipropilgrupas ierobežo rekombināciju un šķērssavienojumu starp cietes molekulārajiem segmentiem, tāpēc, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, HPS veido brīvāku sev līdzīgu struktūru.

HPMC/A939 savienojumu sistēmai HPS fraktāļu dimensija ir augstāka nekā HPMC, kas ir tāpēc, ka ciete pārkristalizējas un starp molekulārajām ķēdēm veidojas sakārtotāka struktūra, kas noved pie sev līdzīgas struktūras membrānā. . Augsts blīvums. Saliktā parauga fraktāļu dimensija ir zemāka nekā diviem tīrajiem komponentiem, jo, savienojot, tiek traucēta abu komponentu molekulāro segmentu savstarpējā saistīšanās, kā rezultātā samazinās sev līdzīgu struktūru blīvums. Turpretim HPMC/A1081 savienojumu sistēmā HPS fraktāļu dimensija ir daudz zemāka nekā HPMC. Tas notiek tāpēc, ka hidroksipropilgrupu ieviešana cietes molekulās ievērojami kavē cietes pārkristalizāciju. Pašlīdzīgā struktūra kokā ir brīvāka. Tajā pašā laikā HPMC/A1081 savienojuma parauga fraktāļu izmērs ir augstāks nekā tīram HPS, kas arī būtiski atšķiras no HPMC/A939 savienojumu sistēmas. Pašlīdzīgas struktūras ķēdei līdzīgās HPMC molekulas var iekļūt tās vaļīgās struktūras dobumā, tādējādi uzlabojot sev līdzīgās HPS struktūras blīvumu, kas arī norāda, ka HPS ar augstu hidroksipropilaizvietojumu var veidot viendabīgāku kompleksu pēc savienošanas. ar HPMC. sastāvdaļas. No reoloģisko īpašību datiem redzams, ka hidroksipropilēšana var samazināt cietes viskozitāti, tāpēc sajaukšanas procesā tiek samazināta viskozitātes atšķirība starp abiem komponentiem maisīšanas sistēmā, kas vairāk veicina viendabīgas vielas veidošanos. savienojums.

6-2. att. lnI(q)-lnq modeļi un to atbilstības līknes HPMC/HPS maisījuma plēvēm ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

6-1. tabula HPS/HPMC maisījuma plēvju fraktāļu struktūras parametri ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

Kompozītmateriālu membrānām ar vienādu savienojuma attiecību fraktāļu dimensija arī samazinās, palielinoties hidroksipropilgrupas aizvietošanas pakāpei. Hidroksipropila ievadīšana HPS molekulā var samazināt polimēru segmentu savstarpējo saistību savienojuma sistēmā, tādējādi samazinot kompozītmateriāla membrānas blīvumu; HPS ar augstu hidroksipropila aizstāšanu ir labāka savietojamība ar HPMC, vieglāk veidot viendabīgu un blīvu savienojumu. Tāpēc pašizlīdzīgās struktūras blīvums saliktajā membrānā samazinās, palielinoties HPS aizstāšanas pakāpes palielināšanai, kas ir HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpes kopējās ietekmes un divu komponentu saderības rezultāts kompozīcijā. sistēma.

6.3.3. HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju termiskās stabilitātes analīze ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm

Termogravimetriskais analizators tika izmantots, lai pārbaudītu HPMC/HPS ēdamo kompozītmateriālu plēvju termisko stabilitāti ar dažādu hidroksipropila aizstāšanas pakāpi. Attēlā 6-3 parādīta termogravimetriskā līkne (TGA) un tās svara zuduma ātruma līkne (DTG) kompozītmateriālu plēvēm ar dažādu hidroksipropila aizstāšanas HPS pakāpi. No TGA līknes 6-3(a) attēlā var redzēt, ka saliktie membrānas paraugi ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm. Ir divi acīmredzami termogravimetrisko izmaiņu posmi ar temperatūras paaugstināšanos. Pirmkārt, ir neliels svara zuduma posms 30–180 ° C temperatūrā, ko galvenokārt izraisa polisaharīda makromolekulas adsorbētā ūdens iztvaikošana. Ir liela svara zuduma fāze 300–450 ° C temperatūrā, kas ir reālā termiskās noārdīšanās fāze, ko galvenokārt izraisa HPMC un HPS termiskā noārdīšanās. No attēla var arī redzēt, ka HPS svara zuduma līknes ar dažādu hidroksipropila aizstāšanas pakāpi ir līdzīgas un ievērojami atšķiras no HPMC. Starp divu veidu svara zaudēšanas līknēm tīriem HPMC un tīriem HPS paraugiem.

No DTG līknēm 6-3(b) attēlā var redzēt, ka tīras HPS termiskās noārdīšanās temperatūras ar dažādām hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm ir ļoti tuvas, un A939 un A081 paraugu termiskās noārdīšanās maksimālās temperatūras ir 310 °C. un attiecīgi 305 °C. Tīra HPMC parauga termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra ir ievērojami augstāka nekā HPS, un tā maksimālā temperatūra ir 365 °C; HPMC/HPS kompozītmateriāla plēvei ir divi termiskās noārdīšanās maksimumi DTG līknē, kas atbilst attiecīgi HPS un HPMC termiskajai noārdīšanai. Characteristic peaks, which indicate that there is a certain degree of phase separation in the composite system with a composite ratio of 5:5, which is consistent with the thermal degradation results of the composite film with a composite ratio of 5:5 in Chapter 3 HPMC/A939 salikto plēvju paraugu termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra bija attiecīgi 302 °C un 363 °C. HPMC/A1081 kompozītmateriālu plēvju paraugu termiskās noārdīšanās maksimālās temperatūras bija attiecīgi 306 °C un 363 °C. Salikto plēvju paraugu maksimālās temperatūras tika novirzītas uz zemākām temperatūrām nekā tīro komponentu paraugiem, kas liecināja, ka kompozītmateriālu paraugu termiskā stabilitāte ir samazināta. Paraugiem ar vienādu savienojuma attiecību termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra samazinājās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, norādot, ka kompozītmateriāla plēves termiskā stabilitāte samazinājās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei. Tas ir tāpēc, ka hidroksipropilgrupu ievadīšana cietes molekulās samazina mijiedarbību starp molekulārajiem segmentiem un kavē molekulu sakārtotu pārkārtošanos. Tas atbilst rezultātiem, ka sev līdzīgu struktūru blīvums samazinās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei.

6-3. att. TGA līknes (a) un to atvasinājumu (DTG) līknes (b) HPMC/HPS maisījuma plēvēm ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

6.3.4. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm mehānisko īpašību analīze

6-5. att. HPMC/HPS plēvju stiepes īpašības ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju stiepes īpašības ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm tika pārbaudītas ar mehānisko īpašību analizatoru 25 °C un 75% relatīvajā mitrumā. Attēlos 6-5 parādīts kompozītmateriālu plēvju elastības modulis (a), pārrāvuma pagarinājums (b) un stiepes izturība (c) ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm. No attēla redzams, ka HPMC/A1081 savienojumu sistēmai, palielinoties HPS saturam, pakāpeniski samazinājās kompozītmateriālu plēves elastības modulis un stiepes izturība, un ievērojami palielinājās stiepes pagarinājums, kas atbilst 3.3. 5 vidējs un augsts mitrums. Kompozītmateriālu membrānu rezultāti ar dažādām savienojuma attiecībām bija konsekventi.

Tīrām HPS membrānām gan elastības modulis, gan stiepes izturība palielinājās, samazinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, kas liecina, ka hidroksipropilēšana samazina kompozītmateriālu membrānas stingrību un uzlabo tās elastību. Tas ir galvenokārt tāpēc, ka, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, palielinās HPS hidrofilitāte un membrānas struktūra kļūst vaļīgāka, kas atbilst rezultātam, ka fraktāļu dimensija samazinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei mazā leņķī X- staru izkliedes tests. Tomēr pārtraukuma pagarinājums samazinās, samazinoties HPS hidroksipropilgrupas aizvietošanas pakāpei, kas galvenokārt ir tāpēc, ka hidroksipropilgrupas ievadīšana cietes molekulā var kavēt cietes pārkristalizāciju. Rezultāti atbilst pieaugumam un samazinājumam.

HPMC/HPS kompozītmateriāla membrānai ar vienādu savienojumu attiecību, membrānas materiāla elastības modulis palielinās, samazinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, un stiepes izturība un stiepes stiepes pārrāvuma pakāpe samazinās, samazinoties aizvietošanas pakāpei. Ir vērts atzīmēt, ka kompozītmateriālu membrānu mehāniskās īpašības pilnībā mainās atkarībā no savienojošās koeficienta ar dažādām HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpēm. Tas ir galvenokārt tāpēc, ka kompozītmateriālu membrānas mehāniskās īpašības ietekmē ne tikai HPS aizstāšanas pakāpe membrānas struktūrā, bet arī savienojamības sistēmas komponentu savietojamība. HPS viskozitāte samazinās, palielinoties hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, ir labvēlīgāka veidot vienotu savienojumu, apvienojot.

6.3.5. Skābekļa caurlaidības analīze HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānām ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm

Skābekļa izraisītā oksidēšanās ir sākuma stadija daudzos veidos, kas izraisa pārtikas bojāšanos, tāpēc ēdamās kompozītmateriālu plēves ar noteiktām skābekļa barjeras īpašībām var uzlabot pārtikas kvalitāti un pagarināt pārtikas glabāšanas laiku [108, 364]. Tāpēc tika izmērīti skābekļa caurlaidības ātrumi HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānām ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm, un rezultāti parādīti 5-6. attēlā. No attēla var redzēt, ka visu tīro HPS membrānu skābekļa caurlaidība ir daudz zemāka nekā tīrām HPMC membrānām, kas norāda, ka HPS membrānām ir labākas skābekļa barjeras īpašības nekā HPMC membrānām, kas atbilst iepriekšējiem rezultātiem. Tīrām HPS membrānām ar dažādu hidroksipropila aizstāšanas pakāpi skābekļa caurlaidības ātrums palielinās, palielinoties aizvietošanas pakāpei, kas norāda, ka palielinās skābekļa caurlaidības zona membrānas materiālā. Tas atbilst maza leņķa rentgenstaru izkliedes mikrostruktūras analīzei, ka membrānas struktūra kļūst vaļīgāka, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, tāpēc skābekļa caurlaidības kanāls membrānā kļūst lielāks un skābeklis membrānā. caurstrāvo Palielinoties laukumam, pakāpeniski palielinās arī skābekļa pārvades ātrums.

6-6. att. HPS/HPMC plēvju skābekļa caurlaidība ar dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpi

Kompozītmateriālu membrānām ar dažādām HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpēm skābekļa caurlaidības ātrums samazinās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei. Tas ir galvenokārt tāpēc, ka 5:5 maisīšanas sistēmā HPS pastāv izkliedētas fāzes veidā zemas viskozitātes HPMC nepārtrauktā fāzē, un HPS viskozitāte samazinās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei. Jo mazāka ir viskozitātes atšķirība, jo labvēlīgāks ir viendabīga savienojuma veidošanās, jo līkumotāks ir skābekļa caurlaidības kanāls membrānas materiālā un mazāks skābekļa caurlaidības ātrums.

6.4 Nodaļas kopsavilkums

Šajā nodaļā tika sagatavotas HPMC/HPS ēdamās kompozītmateriālu plēves, izlejot HPS un HPMC ar dažādu hidroksipropila aizstāšanas pakāpi un kā plastifikatoru pievienojot polietilēnglikolu. Dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpju ietekme uz kompozīta membrānas kristāla struktūru un mikrodomēnu struktūru tika pētīta ar sinhrotronu starojuma maza leņķa rentgenstaru izkliedes tehnoloģiju. Dažādu HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpju ietekme uz kompozītmateriālu membrānu termisko stabilitāti, mehāniskajām īpašībām un skābekļa caurlaidību un to likumiem tika pētīta ar termogravimetrisko analizatoru, mehānisko īpašību testeri un skābekļa caurlaidības testeri. Galvenie atklājumi ir šādi:

1. HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānai ar tādu pašu savienojuma attiecību, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, kristalizācijas pīķa laukums, kas atbilst HPS pie 5,30, samazinās, savukārt kristalizācijas pīķa laukums, kas atbilst HPMC pie 7,70, daudz nemainās, norādot, ka cietes hidroksipropilēšana var kavēt cietes pārkristalizāciju saliktajā plēvē.
2. Salīdzinot ar HPMC un HPS tīro komponentu membrānām, kompozītmateriālu membrānu HPS (5,30) un HPMC (7,70) kristalizācijas pīķu laukumi ir samazināti, kas norāda, ka, apvienojot abus, gan HPMC, gan HPS var būt efektīvi. saliktās membrānas. Citas sastāvdaļas pārkristalizācijai ir zināma inhibējoša loma.
3. Visām HPMC / HPS kompozītmateriālu membrānām bija līdzīga masas fraktāļu struktūra. Kompozītmateriālu membrānām ar vienādu savienojumu attiecību membrānas materiāla blīvums ievērojami samazinājās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei; zema HPS hidroksipropila aizstāšana Kompozītmateriāla membrānas materiāla blīvums ir ievērojami zemāks nekā divu tīru komponentu materiāla blīvums, savukārt kompozītmateriāla membrānas materiāla blīvums ar augstu HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpi ir augstāks nekā tīras HPS membrānas blīvums, kas ir galvenokārt tāpēc, ka vienlaikus tiek ietekmēts kompozītmateriāla membrānas materiāla blīvums. HPS hidroksipropilēšanas ietekme uz polimēra segmentu saistīšanās samazināšanos un savienojuma sistēmas divu komponentu savietojamību.
4. HPS hidroksipropilēšana var samazināt HPMC / HPS kompozītmateriālu plēvju termisko stabilitāti, un kompozītmateriālu plēvju termiskās noārdīšanās maksimālā temperatūra pāriet uz zemas temperatūras reģionu, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, kas ir tāpēc, ka cietes molekulās ir hidroksipropilgrupa. Ievads samazina mijiedarbību starp molekulārajiem segmentiem un kavē molekulu sakārtotu pārkārtošanos.
5. Tīras HPS membrānas elastības modulis un stiepes izturība samazinājās, palielinoties HPS hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, kamēr pagarinājums pārtraukumā palielinājās. Tas notiek galvenokārt tāpēc, ka hidroksipropilācija kavē cietes pārkristalizāciju un padara salikto plēvi veido brīvāku struktūru.
6. HPMC/HPS kompozītmateriāla plēves elastības modulis samazinājās līdz ar HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpes pieaugumu, bet palielinājās stiepes izturība un pagarinājums pārrāvuma brīdī, jo kompozītmateriāla plēves mehāniskās īpašības neietekmēja HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpe. Papildus to ietekmei to ietekmē arī divu savienojuma sistēmas komponentu savietojamība.
7. Tīras HPS skābekļa caurlaidība palielinās, palielinoties hidroksipropila aizvietošanas pakāpei, jo hidroksipropilēšana samazina HPS amorfā apgabala blīvumu un palielina skābekļa caurlaidības laukumu membrānā; HPMC/HPS kompozīta membrāna Skābekļa caurlaidība samazinās, palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, kas galvenokārt ir tāpēc, ka hiperhidroksipropilētajai HPS ir labāka savietojamība ar HPMC, kā rezultātā palielinās skābekļa caurlaidības kanāla līkumainība kompozītmateriālu membrānā. Samazināta skābekļa caurlaidība.

Iepriekš minētie eksperimentālie rezultāti parāda, ka HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānu makroskopiskās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, termiskā stabilitāte un skābekļa caurlaidība ir cieši saistītas ar to iekšējo kristālisko struktūru un amorfā reģiona struktūru, ko ietekmē ne tikai HPS hidroksipropila aizstāšana, bet arī ar kompleksu. Ligandu sistēmu divkomponentu saderības ietekme.

Secinājums un perspektīva

1. Secinājums

Šajā rakstā termogēla HPMC un aukstā gēla HPS ir apvienoti, un ir izveidota HPMC/HPS aukstā un karstā reversā gēla savienojumu sistēma. Šķīduma koncentrācija, maisījuma attiecība un bīdes ietekme uz savienojumu sistēmu tiek sistemātiski pētīta reoloģisko īpašību, piemēram, viskozitātes, plūsmas indeksa un tiksotropijas, ietekme kopā ar mehāniskajām īpašībām, dinamiskajām termomehāniskajām īpašībām, skābekļa caurlaidību, gaismas caurlaidības īpašībām un termisko stabilitāti. kompozītmateriālu plēves, kas sagatavotas ar liešanas metodi. Ar optisko mikroskopiju tika pētītas kompleksās īpašības un joda vīna krāsošana kompozītsistēmas savietojamība, fāzu pāreja un fāzu morfoloģija, kā arī tika noteikta sakarība starp HPMC/HPS mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām. Lai kontrolētu kompozītmateriālu īpašības, kontrolējot HPMC/HPS kompozītsistēmas fāzu struktūru un savietojamību atbilstoši sakarībai starp makroskopiskajām īpašībām un HPMC/HPS kompozītsistēmas mikromorfoloģisko struktūru. Pētot dažādu pakāpju ķīmiski modificētu HPS ietekmi uz membrānu reoloģiskajām īpašībām, gēla īpašībām, mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām, tālāk tika pētīta sakarība starp HPMC/HPS aukstā un karstā apgrieztā gēla sistēmas mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām. Tika izveidota saistība starp abiem un fizisku modeli, lai noskaidrotu želejas mehānismu un tā ietekmējošos faktorus un aukstā un karstā gēla likumus savienojumu sistēmā. Attiecīgajos pētījumos ir izdarīti šādi secinājumi.

1. HPMC/HPS savienojumu sistēmas maisījuma attiecības maiņa var ievērojami uzlabot HPMC reoloģiskās īpašības, piemēram, viskozitāti, plūstamību un tiksotropiju zemā temperatūrā. Tālāk tika pētīta saistība starp reoloģiskajām īpašībām un savienojumu sistēmas mikrostruktūru. Konkrētie rezultāti ir šādi:

(1) Zemā temperatūrā savienojumu sistēma ir nepārtrauktas fāzes izkliedēta fāzes “jūras sala” struktūra, un nepārtraukta fāzes pāreja notiek 4:6, samazinoties HPMC/HPS savienojuma attiecībai. Ja maisījuma attiecība ir augsta (vairāk HPMC satura), HPMC ar zemu viskozitāti ir nepārtrauktā fāze, un HPS ir izkliedētā fāze. HPMC/HPS savienojumu sistēmai, kad zemas viskozitātes komponents ir nepārtrauktā fāze un augstas viskozitātes komponents ir nepārtrauktā fāze, nepārtrauktās fāzes viskozitātes ieguldījums savienojumu sistēmas viskozitātē ir ievērojami atšķirīgs. Ja zemas viskozitātes HPMC ir nepārtrauktā fāze, savienojumu sistēmas viskozitāte galvenokārt atspoguļo nepārtrauktās fāzes viskozitātes ieguldījumu; ja augstas viskozitātes HPS ir nepārtrauktā fāze, HPMC kā izkliedētā fāze samazinās augstas viskozitātes HPS viskozitāti. efekts. Palielinoties HPS saturam un šķīduma koncentrācijai savienojumu sistēmā, pakāpeniski palielinājās savienojumu sistēmas viskozitātes un bīdes retināšanas parādība, samazinājās plūstamība un tika uzlabota savienojumu sistēmas cietviela. HPMC viskozitāti un tiksotropiju līdzsvaro sastāvs ar HPS.

(2) 5:5 maisīšanas sistēmai HPMC un HPS var veidot nepārtrauktas fāzes attiecīgi zemā un augstā temperatūrā. Šī fāzes struktūras maiņa var būtiski ietekmēt kompleksā gēla komplekso viskozitāti, viskoelastīgās īpašības, frekvences atkarību un gēla īpašības. Kā izkliedētas fāzes HPMC un HPS var noteikt HPMC/HPS savienojumu sistēmu reoloģiskās īpašības un gēla īpašības attiecīgi augstā un zemā temperatūrā. HPMC/HPS salikto paraugu viskoelastīgās līknes saskanēja ar HPS zemā temperatūrā un HPMC augstā temperatūrā.

(3) Tika noteikta sakarība starp HPMC/HPS kompozītsistēmas mikrostruktūru, reoloģiskajām īpašībām un gēla īpašībām. Gan pēkšņas izmaiņas saliktās sistēmas viskozitātes līknē, gan iedeguma delta maksimums zudumu faktora līknē parādās 45 ° C temperatūrā, kas atbilst nepārtrauktas fāzes parādībai, kas novērota mikrogrāfijā (pie 45 ° C).

1. Pētot dažādās sajaukšanas attiecībās un šķīduma koncentrācijās sagatavoto kompozītmateriālu membrānu mikrostruktūru un mehāniskās īpašības, dinamiskās termomehāniskās īpašības, gaismas caurlaidību, skābekļa caurlaidību un termisko stabilitāti, kombinējot ar joda krāsošanas optiskās mikroskopijas tehnoloģiju, pētīt fāzu morfoloģiju, fāzu pāreju un savietojamību. tika pētīti kompleksi, un tika noteikta saistība starp mikrostruktūru un kompleksu makroskopiskajām īpašībām. Konkrētie rezultāti ir šādi:

(1) Salikto plēvju SEM attēlos ar dažādām sajaukšanas attiecībām nav acīmredzamas divfāžu saskarnes. Lielākajai daļai kompozītmateriālu plēvju DMA rezultātos ir tikai viens stikla pārejas punkts, un lielākajai daļai kompozītmateriālu DTG līknē ir tikai viens termiskās noārdīšanās maksimums. Tie kopā norāda, ka HPMC ir noteikta savietojamība ar HPS.

(2) Relatīvajam mitrumam ir būtiska ietekme uz HPMC/HPS kompozītmateriālu plēvju mehāniskajām īpašībām, un tā iedarbības pakāpe palielinās, palielinoties HPS saturam. Pie zemāka relatīvā mitruma gan kompozītmateriālu plēvju elastības modulis, gan stiepes izturība palielinājās, palielinoties HPS saturam, un kompozītmateriālu plēvju pārrāvuma pagarinājums bija ievērojami mazāks nekā tīro komponentu plēvēm. Palielinoties relatīvajam mitrumam, kompozītmateriāla plēves elastības modulis un stiepes izturība samazinājās, ievērojami palielinājās pagarinājums pārrāvuma brīdī, un saikne starp kompozītmateriālu plēves mehāniskajām īpašībām un savienojuma attiecību uzrādīja pilnīgi pretēju izmaiņu modeli dažādos apstākļos. relatīvais mitrums. Kompozītmateriālu membrānu mehāniskās īpašības ar dažādām maisījuma attiecībām uzrāda krustojumu dažādos relatīvā mitruma apstākļos, kas nodrošina iespēju optimizēt izstrādājuma veiktspēju atbilstoši dažādām pielietojuma prasībām.

(3) Tika noteikta sakarība starp HPMC/HPS kompozītsistēmas mikrostruktūru, fāzes pāreju, caurspīdīgumu un mehāniskajām īpašībām. a. Savienojumu sistēmas zemākais caurspīdīguma punkts atbilst HPMC fāzes pārejas punktam no nepārtrauktās fāzes uz izkliedēto fāzi un stiepes moduļa samazināšanās minimālo punktu. b. Janga modulis un pārtraukuma pagarinājums samazinās, palielinoties šķīduma koncentrācijai, kas ir cēloņsakarība ar HPMC morfoloģisko izmaiņu no nepārtrauktas fāzes uz disperso fāzi savienojumu sistēmā.

(4) HPS pievienošana palielina skābekļa caurlaidības kanāla līkumus saliktajā membrānā, ievērojami samazina membrānas skābekļa caurlaidību un uzlabo HPMC membrānas skābekļa barjeras veiktspēju.

1. Tika pētīta HPS ķīmiskās modifikācijas ietekme uz kompozītmateriāla sistēmas reoloģiskajām īpašībām un kompozītmateriāla membrānas visaptverošās īpašības, kā kristāla struktūra, amorfā reģiona struktūra, mehāniskās īpašības, skābekļa caurlaidība un termiskā stabilitāte. Konkrētie rezultāti ir šādi:

(1) HPS hidroksipropilēšana var samazināt savienojuma sistēmas viskozitāti zemā temperatūrā, uzlabot savienojuma šķīduma plūstamību un samazināt bīdes retināšanas parādību; HPS hidroksipropilēšana var sašaurināt savienojumu sistēmas lineāro viskoelastīgo reģionu, samazināt HPMC/HPS savienojumu sistēmas fāzes pārejas temperatūru un uzlabot savienojumu sistēmas cieto izturēšanos zemā temperatūrā un plūstamību augstā temperatūrā.

(2) HPS hidroksipropilēšana un abu komponentu savietojamības uzlabošana var ievērojami kavēt cietes pārkristalizāciju membrānā un veicināt brīvākas, sev līdzīgas struktūras veidošanos kompozītmateriālu membrānā. Lielgabarīta hidroksipropilgrupu ieviešana cietes molekulārajā ķēdē ierobežo HPS molekulāro segmentu savstarpējo saistīšanos un sakārtotu pārkārtošanos, kā rezultātā veidojas brīvāka, sev līdzīga HPS struktūra. Kompleksajai sistēmai hidroksipropilaizvietošanas pakāpes palielināšana ļauj ķēdēm līdzīgām HPMC molekulām iekļūt HPS brīvajā dobuma reģionā, kas uzlabo kompleksās sistēmas savietojamību un uzlabo HPS sev līdzīgās struktūras blīvumu. Savienojumu sistēmas savietojamība palielinās, palielinoties hidroksipropilgrupas aizvietošanas pakāpei, kas atbilst reoloģisko īpašību rezultātiem.

(3) HPMC/HPS kompozītmateriālu membrānas makroskopiskās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, termiskā stabilitāte un skābekļa caurlaidība, ir cieši saistītas ar tās iekšējo kristālisko struktūru un amorfā reģiona struktūru. Abu komponentu saderības divu efektu kopējā ietekme.

1. Pētot šķīduma koncentrācijas, temperatūras un HPS ķīmiskās modifikācijas ietekmi uz savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām, tika apspriests HPMC/HPS aukstā-karstuma apgrieztās gēla savienojumu sistēmas želejas mehānisms. Konkrētie rezultāti ir šādi:

(1) Savienojumu sistēmā ir kritiskā koncentrācija (8%), zem kritiskās koncentrācijas, HPMC un HPS pastāv neatkarīgās molekulārās ķēdēs un fāzes apgabalos; sasniedzot kritisko koncentrāciju, šķīdumā kā kondensāts veidojas HPS fāze. Gēla centrs ir mikrogēla struktūra, ko savieno HPMC molekulāro ķēžu savijums; virs kritiskās koncentrācijas, savijums ir sarežģītāks un mijiedarbība ir spēcīgāka, un šķīdums uzrāda līdzīgu izturēšanos kā polimēra kausējumam.

(2) Kompleksajai sistēmai ir nepārtrauktas fāzes pārejas punkts ar temperatūras maiņu, kas ir saistīts ar HPMC un HPS gēla uzvedību kompleksajā sistēmā. Zemās temperatūrās HPMC viskozitāte ir ievērojami zemāka nekā HPS, tāpēc HPMC veido nepārtrauktu fāzi, kas ieskauj augstas viskozitātes HPS gēla fāzi. Abu fāžu malās HPMC ķēdes hidroksilgrupas zaudē daļu no saistošā ūdens un veido starpmolekulāras ūdeņraža saites ar HPS molekulāro ķēdi. Sildīšanas procesā HPS molekulārās ķēdes pārvietojās, jo absorbēja pietiekami daudz enerģijas un veidoja ūdeņraža saites ar ūdens molekulām, kā rezultātā plīsa gēla struktūra. Tajā pašā laikā HPMC ķēžu ūdens būra un ūdens apvalka struktūras tika iznīcinātas un pakāpeniski pārplīsušas, lai atklātu hidrofilās grupas un hidrofobās kopas. Augstā temperatūrā HPMC veido gēla tīkla struktūru starpmolekulāro ūdeņraža saišu un hidrofobās asociācijas dēļ un tādējādi kļūst par augstas viskozitātes izkliedētu fāzi, kas izkliedēta nejaušu spoļu HPS nepārtrauktajā fāzē.

(3) Palielinoties HPS hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, uzlabojas HPMC/HPS savienojumu sistēmas savietojamība, un fāzes pārejas temperatūra savienojuma sistēmā pāriet uz zemu temperatūru. Palielinoties hidroksipropila aizstāšanas pakāpei, HPS šķīdumā ir vairāk izstieptu spirālveida fragmentu, kas var veidot vairāk starpmolekulāro ūdeņraža saišu ar HPMC molekulāro ķēdi uz divu fāžu robežas, tādējādi veidojot viendabīgāku struktūru. Hidroksipropilēšana samazina cietes viskozitāti, tādējādi samazinot viskozitātes starpību starp HPMC un HPS savienojumā, kas veicina viendabīgāka savienojuma veidošanos, un minimālā viskozitātes starpības vērtība starp abiem komponentiem pāriet uz zemu. temperatūras reģions.

2. Inovācijas punkti

1. Izstrādāt un konstruēt HPMC/HPS aukstās un karstās apgrieztās fāzes gēla savienojumu sistēmu un sistemātiski izpētīt šīs sistēmas unikālās reoloģiskās īpašības, īpaši savienojuma šķīduma koncentrāciju, savienojumu attiecību, temperatūru un komponentu ķīmiskās modifikācijas. Tālāk tika pētīti savienojumu sistēmas reoloģisko īpašību, gēla īpašību un savietojamības ietekmes likumi, kā arī pētīta savienojumu sistēmas fāzes morfoloģija un fāzu pāreja apvienojumā ar joda krāsošanas optiskā mikroskopa novērošanu un mikromorfoloģisko. tika izveidota savienojumu sistēmas struktūra- Reoloģiskās īpašības-gēla īpašību attiecības. Pirmo reizi Arrhenius modelis tika izmantots, lai piemērotu aukstās un karstās apgrieztās fāzes kompozītmateriālu gēlu gēla veidošanās likumu dažādos temperatūras diapazonos.

2. HPMC/HPS kompozītmateriālu sistēmas fāzu sadalījums, fāzu pāreja un savietojamība tika novērota ar joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzes tehnoloģiju, un caurspīdīguma-mehāniskās īpašības tika noteiktas, apvienojot kompozītplēvju optiskās īpašības un mehāniskās īpašības. Saistība starp mikrostruktūru un makroskopiskām īpašībām, piemēram, īpašības-fāzes morfoloģija un koncentrācija-mehāniskās īpašības-fāzes morfoloģija. Pirmo reizi tieši novērot šīs savienojumu sistēmas fāzu morfoloģijas izmaiņu likumu ar savienojuma attiecību, temperatūru un koncentrāciju, īpaši fāzu pārejas apstākļus un fāzu pārejas ietekmi uz savienojumu sistēmas īpašībām.

3. Kompozītmateriālu membrānu ar dažādām HPS hidroksipropilaizvietošanas pakāpēm kristāliskā struktūra un amorfā struktūra tika pētīta SAXS, un tika apspriests kompozītmateriālu gēlu želejas mehānisms un ietekme kombinācijā ar reoloģiskiem rezultātiem un makroskopiskām īpašībām, piemēram, kompozītmateriālu membrānu skābekļa caurlaidību. Faktori un likumi, pirmo reizi tika konstatēts, ka kompozītmateriālu sistēmas viskozitāte ir saistīta ar sev līdzīgās struktūras blīvumu kompozītmateriālu membrānā un tieši nosaka makroskopiskās īpašības, piemēram, skābekļa caurlaidību un kompozīta mehāniskās īpašības. Membrāna un izveido reoloģiskās īpašības-mikrostruktūras un membrānas attiecības starp materiāla īpašībām.

3. Outlook

In recent years, the development of safe and edible food packaging materials using renewable natural polymers as raw materials has become a research hotspot in the field of food packaging. Šajā rakstā kā galvenā izejviela tiek izmantots dabīgais polisaharīds. Salīdzinot HPMC un HPS, tiek samazinātas izejvielu izmaksas, tiek uzlabota HPMC apstrādes veiktspēja zemā temperatūrā un uzlabota kompozītmateriāla membrānas skābekļa barjeras veiktspēja. Apvienojot reoloģisko analīzi, joda krāsošanas optiskā mikroskopa analīzi un kompozītmateriālu plēves mikrostruktūru un visaptverošu veiktspējas analīzi, tika pētīta fāzes morfoloģija, fāzes pāreja, fāžu atdalīšana un aukstā-karstā apgrieztās fāzes gēla kompozītmateriālu sistēmas savietojamība. Tika noteikta saistība starp kompozītsistēmas mikrostruktūru un makroskopiskajām īpašībām. Saskaņā ar sakarību starp makroskopiskajām īpašībām un HPMC/HPS kompozītmateriāla sistēmas mikromorfoloģisko struktūru, kompozītmateriāla kontroli var kontrolēt fāzes struktūru un saderību. Šajā rakstā veiktajam pētījumam ir svarīga vadošā nozīme faktiskajā ražošanas procesā; Tiek apspriests veidošanās mehānisms, ietekmējošie faktori un likumi par aukstu un karstu apgriezto kompozītmateriālu gēlu, kas ir līdzīga saliktā sistēma ar aukstu un karstu apgriezto želeju. Šī darba izpēte sniedz teorētisku modeli, lai sniegtu teorētiskus norādījumus par īpašu temperatūras kontrolētu viedo materiālu izstrādi un izmantošanu. Šī darba pētījumu rezultātiem ir laba teorētiskā vērtība. Šī darba izpēte ietver pārtikas, materiāla, želejas un salikšanas un citu disciplīnu krustošanos. Laika un pētījumu metožu ierobežojuma dēļ šīs tēmas izpētei joprojām ir daudz nepabeigtu punktu, ko var padziļināt un uzlabot no šādiem aspektiem. paplašināt:

Teorētiskie aspekti:

1. Izpētīt dažādu HPS ķēdes atzaru attiecību, molekulmasu un šķirņu ietekmi uz savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām, membrānas īpašībām, fāzes morfoloģiju un savietojamību, kā arī izpētīt tās ietekmes likumu uz savienojuma gēla veidošanās mehānismu. sistēma.
2. Izpētīt HPMC hidroksipropilaizvietošanas pakāpes, metoksila aizvietošanas pakāpes, molekulmasas un avota ietekmi uz savienojumu sistēmas reoloģiskajām īpašībām, gēla īpašībām, membrānas īpašībām un sistēmu savietojamību, kā arī analizēt HPMC ķīmiskās modifikācijas ietekmi uz savienojuma kondensāciju. Ietekmēt gēla veidošanās mehānisma noteikumu.

Pielietojums:

1. Optimizējiet garšvielu paciņu, dārzeņu paciņu un cieto zupu iepakošanas formulu un izpētiet garšvielu, dārzeņu un zupu saglabāšanas efektu uzglabāšanas laikā, materiālu mehāniskās īpašības un produkta veiktspējas izmaiņas, ja tās tiek pakļautas ārējiem spēkiem. , un materiāla šķīdība ūdenī un higiēniskais indekss. To var lietot arī uz granulētiem pārtikas produktiem, piemēram, kafiju un piena tēju, kā arī uz ēdamo kūku, sieru, desertu un citu pārtikas produktu iepakojumu.
2. Optimizējiet formulas dizainu botānisko ārstniecības augu kapsulu lietošanai, turpiniet pētīt apstrādes apstākļus un optimālu palīgvielu izvēli un sagatavot dobu kapsulu produktus. Tika pārbaudīti fizikālie un ķīmiskie rādītāji, piemēram, irdenums, sadalīšanās laiks, smago metālu saturs un mikrobu saturs.
3. Augļu un dārzeņu, gaļas produktu utt. Svaigas lietošanas lietošanai saskaņā ar dažādām apstrādes metodēm izsmidzināšanai, iegremdēšanai un krāsošanai, atlasiet atbilstošo formulu un izpētiet sapuvušu augļu ātrumu, mitruma zudumu, barības vielu patēriņu, cietību of vegetables after packaging during the storage period, gloss and flavor and other indicators; gaļas produktu krāsa, pH, TVB-N vērtība, tiobarbitūrskābe un mikroorganismu skaits pēc iepakošanas.