Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC) ir nejonu celulozes ēteris, ko plaši izmanto medicīnā, pārtikā, celtniecībā un citās jomās, jo īpaši zāļu ilgstošās darbības tabletēs un būvmateriālos. HPMC termiskās noārdīšanās izpēte ir ne tikai būtiska, lai izprastu veiktspējas izmaiņas, kas var rasties apstrādes laikā, bet arī liela nozīme jaunu materiālu izstrādē un produktu kalpošanas un drošības uzlabošanā.
HPMC termiskās noārdīšanās raksturlielumi
Hidroksipropilmetilcelulozes termisko noārdīšanos galvenokārt ietekmē tās molekulārā struktūra, sildīšanas temperatūra un vides apstākļi (piemēram, atmosfēra, mitrums utt.). Tās molekulārā struktūra satur lielu skaitu hidroksilgrupu un ētera saišu, tāpēc tā ir pakļauta ķīmiskām reakcijām, piemēram, oksidēšanai un sadalīšanai augstās temperatūrās.
HPMC termiskās noārdīšanās process parasti ir sadalīts vairākos posmos. Pirmkārt, pie zemākas temperatūras (apmēram 50-150°C) HPMC var piedzīvot masas zudumu brīvā ūdens un adsorbētā ūdens zuduma dēļ, taču šis process neietver ķīmisko saišu pārraušanu, tikai fiziskas izmaiņas. Temperatūrai paaugstinoties tālāk (virs 150°C), sāk plīst ētera saites un hidroksilgrupas HPMC struktūrā, kā rezultātā notiek molekulārās ķēdes pārrāvums un struktūras izmaiņas. Konkrēti, kad HPMC tiek uzkarsēts līdz aptuveni 200-300°C, tas sāk termiski sadalīties, un šajā laikā molekulā esošās hidroksilgrupas un sānu ķēdes, piemēram, metoksi vai hidroksipropils, pakāpeniski sadalās, veidojot mazus molekulārus produktus, piemēram, metanolu, skudrskābi. skābe un neliels daudzums ogļūdeņražu.
Termiskās degradācijas mehānisms
HPMC termiskās noārdīšanās mehānisms ir salīdzinoši sarežģīts un ietver vairākus posmus. Tās degradācijas mehānismu var vienkārši apkopot šādi: temperatūrai paaugstinoties, HPMC ētera saites pakāpeniski pārtrūkst, veidojot mazākus molekulārus fragmentus, kas pēc tam tālāk sadalās, izdalot gāzveida produktus, piemēram, ūdeni, oglekļa dioksīdu un oglekļa monoksīdu. Tās galvenie termiskās noārdīšanās ceļi ietver šādas darbības:
Dehidratācijas process: HPMC zaudē fiziski adsorbētu ūdeni un nelielu daudzumu saistītā ūdens zemākā temperatūrā, un šis process neiznīcina tā ķīmisko struktūru.
Hidroksilgrupu noārdīšanās: temperatūras diapazonā aptuveni 200-300°C HPMC molekulārās ķēdes hidroksilgrupas sāk pirolizēties, radot ūdens un hidroksilgrupas. Šajā laikā arī metoksi- un hidroksipropilsānu ķēdes pakāpeniski sadalās, veidojot mazas molekulas, piemēram, metanolu, skudrskābi utt.
Galvenās ķēdes pārrāvums: kad temperatūra tiek vēl vairāk paaugstināta līdz 300–400°C, celulozes galvenās ķēdes β-1,4-glikozīdiskās saites tiks pakļautas pirolīzei, veidojot nelielus gaistošus produktus un oglekļa atlikumus.
Turpmāka plaisāšana: kad temperatūra paaugstinās virs 400°C, atlikušie ogļūdeņraži un daži nepilnīgi noārdīti celulozes fragmenti tiks tālāk plaisāt, veidojot CO2, CO un dažas citas mazmolekulāras organiskās vielas.
Termisko degradāciju ietekmējošie faktori
HPMC termisko noārdīšanos ietekmē daudzi faktori, galvenokārt, tostarp šādi aspekti:
Temperatūra: termiskās degradācijas ātrums un pakāpe ir cieši saistīti ar temperatūru. Parasti, jo augstāka temperatūra, jo ātrāk notiek sadalīšanās reakcija un augstāka noārdīšanās pakāpe. Praktiskajos lietojumos ir jāpievērš uzmanība tam, kā kontrolēt apstrādes temperatūru, lai izvairītos no pārmērīgas HPMC termiskās degradācijas.
Atmosfēra: HPMC termiskās noārdīšanās uzvedība dažādās atmosfērās arī ir atšķirīga. Gaisa vai skābekļa vidē HPMC ir viegli oksidējams, radot vairāk gāzveida produktu un oglekļa atlikumu, savukārt inertā atmosfērā (piemēram, slāpeklī) sadalīšanās process galvenokārt izpaužas kā pirolīze, radot nelielu daudzumu oglekļa atlikumu.
Molekulmasa: HPMC molekulmasa ietekmē arī tā termiskās noārdīšanās uzvedību. Jo lielāka ir molekulmasa, jo augstāka ir termiskās degradācijas sākuma temperatūra. Tas ir tāpēc, ka augstas molekulmasas HPMC ir garākas molekulārās ķēdes un stabilākas struktūras, un tam ir nepieciešama lielāka enerģija, lai pārrautu tās molekulārās saites.
Mitruma saturs: mitruma saturs HPMC ietekmē arī tā termisko noārdīšanos. Mitrums var pazemināt tā sadalīšanās temperatūru, ļaujot noārdīties zemākā temperatūrā.
Termiskās degradācijas pielietojuma ietekme
HPMC termiskās noārdīšanās raksturlielumi būtiski ietekmē tā praktisko pielietojumu. Piemēram, farmaceitiskajos preparātos HPMC bieži izmanto kā ilgstošas darbības materiālu, lai kontrolētu zāļu izdalīšanās ātrumu. Tomēr zāļu apstrādes laikā augsta temperatūra ietekmēs HPMC struktūru, tādējādi mainot zāļu izdalīšanās veiktspēju. Tāpēc tā termiskās noārdīšanās uzvedības izpētei ir liela nozīme, lai optimizētu zāļu apstrādi un nodrošinātu zāļu stabilitāti.
Būvmateriālos HPMC galvenokārt izmanto tādos būvizstrādājumos kā cements un ģipsis, lai tam būtu nozīme sabiezēšanā un ūdens aizturēšanā. Tā kā būvmateriālu izmantošanas laikā parasti ir jāiztur augstas temperatūras vide, HPMC termiskā stabilitāte arī ir svarīgs apsvērums materiālu izvēlē. Augstās temperatūrās HPMC termiskā noārdīšanās novedīs pie materiāla veiktspējas samazināšanās, tāpēc, izvēloties un izmantojot to, parasti tiek ņemta vērā tā veiktspēja dažādās temperatūrās.
Hidroksipropilmetilcelulozes (HPMC) termiskās noārdīšanās process ietver vairākus posmus, ko galvenokārt ietekmē temperatūra, atmosfēra, molekulmasa un mitruma saturs. Tās termiskās noārdīšanās mehānisms ietver dehidratāciju, hidroksilgrupu un sānu ķēžu sadalīšanos un galvenās ķēdes šķelšanos. HPMC termiskās noārdīšanās raksturlielumiem ir svarīga pielietojuma nozīme farmaceitisko preparātu, būvmateriālu uc jomā. Tāpēc dziļa izpratne par tā termiskās noārdīšanās uzvedību ir ļoti svarīga, lai optimizētu procesa plānošanu un uzlabotu produkta veiktspēju. Turpmākajos pētījumos HPMC termisko stabilitāti var uzlabot, modificējot, pievienojot stabilizatorus utt., tādējādi paplašinot tā pielietojuma jomu.
Izlikšanas laiks: 2024. gada 25. oktobris