Реологија и компатибилност наHPMC/ХПСКомплексен
: хидроксипропил метилцелулоза; хидроксипропил скроб; реолошки својства; компатибилност; хемиска модификација.
Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC) е полисахарид полимер кој најчесто се користи во подготовката на филмови за јадење. Широко се користи во областа на храната и медицината. Филмот има добра транспарентност, механички својства и својства на бариера за масло. Сепак, HPMC е термички индуциран гел, што доведува до негови слаби перформанси при обработка на ниски температури и висока производна потрошувачка на енергија; дополнително, неговата скапа цена на суровината ја ограничува нејзината широка примена вклучувајќи го и фармацевтското поле. Хидроксипропил скроб (HPS) е јадлив материјал кој широко се користи во областа на храната и медицината. Има широк спектар на извори и ниска цена. Тоа е идеален материјал за намалување на цената на HPMC. Покрај тоа, својствата на ладен гел на HPS можат да го балансираат вискозноста и другите реолошки својства на HPMC. , за да ги подобри неговите перформанси при обработка на ниски температури. Покрај тоа, HPS јастивиот филм има одлични својства на бариера на кислород, така што може значително да ги подобри својствата на бариерата на кислородот на филмот за јадење HPMC.
ХПС беше додаден во HPMC за мешање, и беше конструиран системот за смеса со гел со обратна фаза на ладна и топла HPMC/HPS. Беше разговарано за законот за својства на влијание, механизмот на интеракција помеѓу HPS и HPMC во растворот, компатибилноста и фазната транзиција на сложениот систем и беше воспоставена врската помеѓу реолошките својства и структурата на сложениот систем. Резултатите покажуваат дека сложениот систем има критична концентрација (8%), под критичката концентрација, HPMC и HPS постојат во независни молекуларни ланци и фази на региони; над критичната концентрација, HPS фазата се формира во растворот како центар на гел. Структурата на микрогелот, која е поврзана со испреплетување на HPMC молекуларните синџири, покажува однесување слично на она на полимерното топење. Реолошките својства на сложениот систем и односот на соединението се во согласност со правилото за логаритамска сума и покажуваат одреден степен на позитивно и негативно отстапување, што покажува дека двете компоненти имаат добра компатибилност. Комбинираниот систем е континуирана фазна дисперзирана структура „море-остров“ при ниска температура, а континуираната фазна транзиција се јавува на 4:6 со намалувањето на односот на соединението HPMC/HPS.
Како важна компонента на прехранбените производи, пакувањето на храната може да спречи храната да биде оштетена и загадена од надворешни фактори во процесот на циркулација и складирање, со што се продолжува рокот на траење и периодот на складирање на храната. Како нов вид материјал за пакување храна кој е безбеден и може да се јаде, па дури и има одредена хранлива вредност, јадливиот филм има широки можности за примена во пакувањето и конзервирањето храна, брзата храна и фармацевтските капсули и стана жариште за истражување во тековната храна полиња поврзани со пакување.
HPMC/HPS композитната мембрана беше подготвена со метод на лиење. Компатибилноста и фазното одвојување на композитниот систем беа дополнително истражени со скенирачка електронска микроскопија, динамичка термомеханичка анализа на својствата и термогравиметриска анализа, а беа проучувани и механичките својства на композитната мембрана. и кислородна пропустливост и други својства на мембраната. Резултатите покажуваат дека не е пронајден очигледен двофазен интерфејс во SEM сликите на сите композитни филмови, има само една стаклена преодна точка во резултатите од DMA на повеќето композитни филмови и само еден врв на термичка деградација се појавува во кривите DTG од повеќето композитни филмови. HPMC има одредена компатибилност со HPS. Додавањето на HPS во HPMC значително ги подобрува својствата на бариерата на кислородот на композитната мембрана. Механичките својства на композитната мембрана се разликуваат во голема мерка со односот на комбинирање и релативната влажност на околината и да презентираат точка на кросовер, што може да обезбеди референца за оптимизација на производот за различни барања за апликација.
Микроскопската морфологија, фазната дистрибуција, фазната транзиција и другите микроструктури на системот на соединенија HPMC/HPS беа проучувани со едноставна анализа на оптички микроскоп за боење со јод, а проѕирноста и механичките својства на системот на соединение беа проучувани со ултравиолетови спектрофотометар и механички тестер на својства. Беше воспоставена врската помеѓу микроскопската морфолошка структура и макроскопската сеопфатна изведба на системот со соединенија HPMC/HPS. Резултатите покажуваат дека голем број мезофази се присутни во сложениот систем, кој има добра компатибилност. Во системот на соединение постои преодна точка на фаза, а оваа точка на транзиција на фаза има одреден сооднос на соединението и зависност од концентрацијата на растворот. Најниската точка на транспарентност на сложениот систем е конзистентна со точката на транзиција на фаза на HPMC од континуирана фаза во дисперзирана фаза и минималната точка на модулот на затегнување. Модулот на Јанг и издолжувањето при прекин се намалија со зголемувањето на концентрацијата на растворот, што имаше причинско-последична врска со преминот на HPMC од континуираната фаза во дисперзирана фаза.
Беше употребен реометар за да се проучи ефектот на хемиската модификација на HPS врз реолошките својства и својствата на гелот на системот HPMC/HPS со ладна и топла реверзна фаза гел соединение. Капацитетите и фазните транзиции беа проучувани и беше воспоставена врската помеѓу микроструктурата и реолошките и својствата на гелот. Резултатите од истражувањето покажуваат дека хидроксипропилацијата на HPS може да ја намали вискозноста на системот на соединение при ниска температура, да ја подобри флуидноста на растворот на соединението и да го намали феноменот на разредување со смолкнување; хидроксипропилацијата на HPS може да го стесни линеарниот вискозитет на сложениот систем. Во еластичниот регион, температурата на транзиција на фаза на системот со соединенија HPMC/HPS е намалена, а однесувањето на сложениот систем на ниска температура и флуидноста на висока температура се подобрува слично на цврстото однесување. HPMC и HPS формираат континуирани фази при ниски и високи температури, соодветно, и како дисперзирани фази ги одредуваат реолошките својства и својствата на гелот на композитниот систем на високи и ниски температури. И наглото менување на кривата на вискозност на сложениот систем и врвниот тен делта во кривата на факторот на загуба се појавуваат на 45 °C, што го повторува феноменот на ко-континуирана фаза забележан во микрографиите обоени со јод на 45 °C.
Ефектот на хемиската модификација на HPS врз кристалната структура и микро-дивизионалната структура на композитниот филм беше проучен со технологија на расејување на рендген со мал агол на синхротронско зрачење, а механичките својства, својствата на бариерата на кислородот и термичката стабилност на композитниот филм беа систематски го проучувал влијанието на промените во хемиската структура на компонентите на соединението врз микроструктурата и макроскопските својства на соединените системи. Резултатите од синхротронното зрачење покажаа дека хидроксипропилацијата на HPS и подобрувањето на компатибилноста на двете компоненти може значително да ја инхибираат рекристализацијата на скробот во мембраната и да го промовираат формирањето на полабава самослична структура во композитната мембрана. Макроскопските својства како што се механичките својства, термичката стабилност и пропустливоста на кислородот на композитната мембрана HPMC/HPS се тесно поврзани со нејзината внатрешна кристална структура и структурата на аморфниот регион. Комбинираниот ефект на двата ефекти.
Прва глава Вовед
Како важна компонента на прехранбените производи, материјалите за пакување на храната можат да ја заштитат храната од физички, хемиски и биолошки оштетувања и загадувања за време на циркулацијата и складирањето, да го одржуваат квалитетот на самата храна, да ја олеснат потрошувачката на храна и да обезбедат храна. Долгорочно складирање и конзервирање и дава изглед на храната за да привлече потрошувачка и да добие вредност над материјалните трошоци [1-4]. Како нов вид материјал за пакување храна кој е безбеден и може да се јаде, па дури и има одредена хранлива вредност, јадливиот филм има широки можности за примена во пакувањето и конзервирањето храна, брзата храна и фармацевтските капсули и стана жариште за истражување во тековната храна полиња поврзани со пакување.
Филмовите за јадење се филмови со порозна мрежна структура, обично добиени со обработка на природни јастиви полимери. Многу природни полимери кои постојат во природата имаат својства на гел, а нивните водени раствори можат да формираат хидрогели под одредени услови, како што се некои природни полисахариди, протеини, липиди итн. Природните структурни полисахариди како што се скроб и целулоза, поради нивната посебна молекуларна структура на спирала со долг ланец и стабилни хемиски својства, можат да бидат погодни за долгорочни и различни средини за складирање и се широко проучувани како материјали за формирање филм за јадење. Јадливите филмови направени од еден полисахарид често имаат одредени ограничувања во перформансите. Затоа, со цел да се елиминираат ограничувањата на единечните полисахаридни јастиви филмови, да се добијат посебни својства или да се развијат нови функции, да се намалат цените на производите и да се прошират нивните апликации, обично се користат два вида полисахариди. Или горенаведените природни полисахариди се соединуваат за да се постигне ефект на комплементарни својства. Меѓутоа, поради разликата во молекуларната структура помеѓу различни полимери, постои одредена конформациска ентропија, а повеќето полимерни комплекси се делумно компатибилни или некомпатибилни. Фазната морфологија и компатибилноста на полимерниот комплекс ќе ги одредат својствата на композитниот материјал. Историјата на деформација и проток за време на обработката имаат значително влијание врз структурата. Затоа, се проучуваат макроскопските својства како што се реолошките својства на полимерниот комплексен систем. Меѓусебната поврзаност помеѓу микроскопските морфолошки структури како што се фазната морфологија и компатибилноста е важна за регулирање на перформансите, анализата и модификацијата на композитните материјали, технологијата на преработка, водечкиот дизајн на формулата и дизајнот на машините за обработка и евалуација на производството. Преработувачките перформанси на производот и развојот и примената на нови полимерни материјали се од големо значење.
Во ова поглавје, детално се разгледуваат статусот на истражувањето и напредокот на примената на материјалите за јастиви филмови; истражувачката ситуација на природните хидрогели; целта и начинот на соединувањето на полимерот и напредокот на истражувањето на мешањето на полисахаридите; методот на реолошки истражувања на системот за мешање; Анализирани и дискутирани се реолошките својства и моделската конструкција на ладниот и топол реверзен гел систем, како и значењето на истражувањето, истражувачката цел и истражувањето на содржината на овој труд.
1.1 Филм за јадење
Јадливиот филм се однесува на додавање на пластификатори и средства за вкрстено поврзување врз основа на природни јастиви материи (како што се структурни полисахариди, липиди, протеини), преку различни интермолекуларни интеракции, преку мешање, загревање, обложување, сушење итн. Филмот со порозна мрежа структура формирана со третман . Може да обезбеди различни функции како што се избирачки бариерни својства за гас, влага, содржина и надворешни штетни материи, за да се подобри сетилниот квалитет и внатрешната структура на храната и да се продолжи периодот на складирање или рокот на траење на прехранбените производи.
1.1.1 Историја на развој на филмови за јадење
Развојот на јадливиот филм може да се проследи наназад во 12 и 13 век. Во тоа време, Кинезите користеле едноставен метод на депилација за премачкување на цитруси и лимони, со што ефикасно се намалува загубата на вода во овошјето и зеленчукот, така што овошјето и зеленчукот го задржале својот оригинален сјај, а со тоа го продолжуваат рокот на траење на овошјето и зеленчук, но прекумерно го инхибира аеробното дишење на овошјето и зеленчукот, што резултира со влошување на ферментацијата на овошјето. Во 15 век, Азијците веќе почнале да прават јадење филм од млеко соја и го користеле за да ја заштитат храната и да го зголемат изгледот на храната [20]. Во 16 век, Британците користеле маснотии за премачкување на површините на храната за да ја намалат загубата на влага во храната. Во 19 век, сахарозата за прв пат се користеше како јадење облога на ореви, бадеми и лешници за да се спречи оксидација и лудост за време на складирањето. Во 1830-тите, се појавија комерцијални парафински филмови со топло топење за овошје како јаболка и круши. На крајот на 19 век, желатинските фолии се прскаат на површината на месни производи и друга храна за зачувување на храната. Во раните 1950-ти, восокот од карнауба, итн., бил направен во емулзии масло во вода за премачкување и зачувување на свежо овошје и зеленчук. Во доцните 1950-ти, почнаа да се развиваат истражувања за јастиви фолии кои се применуваат на месни производи, а најобемниот и најуспешен пример се производите за клизма преработени од животински тенко црево во обвивки.
Од 1950-тите, може да се каже дека концептот на филм за јадење само навистина е предложен. Оттогаш, многу истражувачи развија силен интерес за филмови за јадење. Во 1991 година, Nisperes примени карбоксиметил целулоза (CMC) за обложување и зачувување на бананите и другите овошја, дишењето на овошјето беше намалено, а загубата на хлорофил беше одложена. Парк и сор. во 1994 година ги објави ефективните бариерни својства на зеин протеинскиот филм за O2 и CO2, што го подобри губењето на вода, венењето и обезбојувањето на доматите. Во 1995 година, Лурдин користел разреден алкален раствор за третирање на скроб, и додавал глицерин во премачкувањето на јагодите за свежина, што ја намалило стапката на загуба на вода кај јагодите и го одложило расипувањето. Baberjee ги подобри својствата на филмот за јадење во 1996 година со микро-втечнување и ултразвучна обработка на течноста што формира филм, така што големината на честичките на течноста што формира филм беше значително намалена и хомогената стабилност на емулзијата беше подобрена. Во 1998 година, Padegett et al. додал лизозим или низин на јадливиот филм од соја протеин и го користел за обвивка на храната и открил дека растот на бактериите на млечна киселина во храната бил ефикасно инхибиран [30]. Во 1999 година, Јин Кингхонг и сор. користел пчелин восок за да направи средство за обложување со филм за зачувување и складирање на јаболка и други плодови, што може да го инхибира дишењето, да спречи намалување и губење на тежината и да ја инхибира микробната инвазија.
За многу години, чаши за печење пченка за пакување сладолед, леплива оризова хартија за пакување бонбони и тофу кожи за јадења со месо се типични јастиви пакувања. Но, комерцијалните апликации на филмови за јадење практично не постоеја во 1967 година, па дури и зачувувањето на овошјето обложено со восок имаше многу ограничена комерцијална употреба. До 1986 година, неколку компании почнаа да обезбедуваат производи за јастиви филмови, а до 1996 година, бројот на компании за јастиви филмови порасна на повеќе од 600. Во моментов, примената на филмот за јадење во зачувување на пакувањето на храната се зголемува, и има постигнато годишен приход од повеќе од 100 милиони американски долари .
1.1.2 Карактеристики и видови на филмови за јадење
Според релевантните истражувања, јастивиот филм ги има следните извонредни предности: јастивиот филм може да го спречи падот и влошувањето на квалитетот на храната предизвикано од меѓусебната миграција на различни прехранбени супстанции; некои компоненти на фолија за јадење имаат посебна хранлива вредност и функција за здравствена заштита; јастивиот филм има опционални бариерни својства за CO2, O2 и други гасови; јастивиот филм може да се користи за микробранова печка, печење, пржена храна и медицински филм и премачкување; јастивиот филм може да се користи како антиоксиданси и конзерванси и други носачи, со што се продолжува рокот на траење на храната; јастивиот филм може да се користи како носител за бои и зајакнувачи на хранливи материи, итн., за подобрување на квалитетот на храната и подобрување на сензорните својства на храната; јастивиот филм е безбеден и може да се јаде и може да се конзумира заедно со храна; Филмовите за пакување за јадење може да се користат за пакување на мали количини или единици храна и да формираат повеќеслојно композитно пакување со традиционалните материјали за пакување, што ја подобрува севкупната бариера на материјалите за пакување.
Причината зошто филмовите за пакување за јадење ги имаат горенаведените функционални својства главно се заснова на формирање на одредена тродимензионална мрежна структура во нив, со што се прикажуваат одредени цврсти и бариерни својства. На функционалните својства на филмот за пакување за јадење значително влијаат својствата на неговите компоненти, а степенот на внатрешно полимерно вкрстено поврзување, униформноста и густината на структурата на мрежата се исто така под влијание на различни процеси на формирање филм. Има очигледни разлики во перформансите [15, 35]. Филмовите за јадење имаат и некои други својства како што се растворливост, боја, проѕирност итн. Соодветните материјали за пакување филмови за јадење може да се изберат според различните опкружувања за употреба и разликите во предметите на производот што треба да се пакуваат.
Според начинот на формирање на јастивиот филм, тој може да се подели на филмови и облоги: (1) Претходно подготвените независни филмови обично се нарекуваат филмови. (2) Тенкиот слој што се формира на површината на храната со премачкување, потопување и прскање се нарекува премачкување. Филмовите главно се користат за храна со различни состојки кои треба да се пакуваат поединечно (како што се пакувања за зачини и пакувања со масло во погодна храна), храна со иста состојка, но треба да се пакува посебно (како мали пакувања кафе, млеко во прав, итн.), и лекови или производи за здравствена заштита. Материјал за капсула; облогата главно се користи за зачувување на свежа храна како што се овошје и зеленчук, месни производи, премачкување на лекови и склопување на микрокапсули со контролирано ослободување.
Според филмот за формирање филмови на филм за пакување со јадење, може да се подели на: филм за јадење полисахарид, филм за јадење со протеини, филм за јадење со липиди, филм за јадење со микроби и композитен филм за јадење.
1.1.3 Примена на филм за јадење
Како нов вид материјал за пакување храна кој е безбеден и може да се јаде, па дури и има одредена хранлива вредност, јастивиот филм е широко користен во индустријата за пакување храна, фармацевтската област, складирањето и зачувувањето на овошјето и зеленчукот, преработката и конзервирањето. на месо и водни производи, производство на брза храна и производство на масло. Има широки можности за примена во зачувувањето на храната како што се пржените печени бонбони.
1.1.3.1 Примена во пакување храна
Растворот што формира филм се покрива на храната што треба да се пакува со прскање, четкање, потопување итн., за да се спречи навлегувањето на влага, кислород и ароматични материи, што може ефикасно да го намали губењето на пакувањето и да го намали бројот на слоеви на пакувањето. ; значително намалување на надворешниот слој на храната Комплексноста на компонентите на пластичната амбалажа го олеснува нејзиното рециклирање и преработка и го намалува загадувањето на животната средина; Се применува на одделното пакување на некои компоненти на мулти-компонента комплексна храна за да се намали меѓусебната миграција помеѓу различни компоненти, а со тоа да се намали загадувањето на околината. Намалете го расипувањето на храната или падот на квалитетот на храната. Филмот за јадење е директно обработен во хартија за пакување или кеси за пакување за пакување храна, што не само што постигнува безбедност, чистота и погодност, туку го намалува и притисокот на загадувањето на белото врз животната средина.
Користејќи пченка, соја и пченица како главни суровини, житни филмови слични на хартија може да се подготват и да се користат за пакување на колбаси и друга храна. По употребата, дури и ако се фрлени во природна средина, тие се биоразградливи и може да се претворат во ѓубрива за почва за подобрување на почвата. . Користејќи скроб, хитозан и талог од грав како главни материјали, може да се подготви хартија за завиткување за јадење за пакување брза храна како тестенини за брза храна и помфрит, што е погодно, безбедно и многу популарно; се користи за зачини пакети, цврсти супи Пакувањето на погодна храна, како суровини, кои може директно да се зготват во тенџере кога се користат, може да спречи контаминација на храната, да ја зголеми исхраната на храната и да го олесни чистењето. Сушеното авокадо, компирот и скршениот ориз се ферментираат и се претвораат во полисахариди, кои можат да се користат за подготовка на нови јастиви внатрешни материјали за пакување кои се безбојни и транспарентни, имаат добри својства на бариера на кислород и механички својства и се користат за пакување на млеко во прав. , масло за салата и други производи [19]. За воена храна, по употребата на производот, традиционалниот пластичен материјал за пакување се фрла во околината и станува маркер за следење на непријателот, што е лесно да се открие каде се наоѓа. Во мултикомпонентната специјална храна како пица, пециво, кечап, сладолед, јогурт, колачи и десерти, пластичните материјали за пакување не можат директно да се додадат за употреба, а фолијата за пакување за јадење ги покажува своите уникатни предности, што може да го намали бројот на групи. миграцијата на ароматичните супстанции го подобрува квалитетот и естетиката на производот [21]. Филмот за пакување за јадење може да се користи во микробрановата обработка на храна на системот за тесто. Месните производи, зеленчукот, сирењето и овошјето се претходно пакувани со прскање, потопување или четкање, итн., замрзнати и складирани и потребно е само да се пече во микробранова за конзумирање.
Иако се достапни неколку комерцијални хартии и кеси за пакување за јадење, многу патенти се регистрирани за формулација и примена на потенцијални материјали за пакување за јадење. Француските регулаторни власти за храна ја одобрија индустријализираната јадлива кеса за пакување наречена „СОЛУПАН“, која се состои од хидроксипропил метилцелулоза, скроб и натриум сорбат и е комерцијално достапна.
1.1.3.2 Примена во медицината
Gelелатин, деривати на целулоза, скроб и јадлива гума за џвакање може да се користи за да се подготват меки и тврди капсули школки на лекови и здравствени производи, кои можат ефикасно да обезбедат ефикасност на лекови и здравствени производи, и се безбедни и јадење; некои лекови имаат својствен горчлив вкус, што е тешко да го користат пациентите. Прифатените, јастиви филмови може да се користат како облоги за маскирање на вкусот за такви лекови; некои ентерични полимерни полимери не се раствораат во околината на желудникот (pH 1,2), но се растворливи во интестиналната (pH 6,8) средина и може да се користат во цревната обвивка на лекот со одржливо ослободување; може да се користи и како носител за насочени лекови.
Бланко-Фернандез и сор. подготви композитен филм со хитосан ацетилиран моноглицерид и го искористи за одржливо ослободување на антиоксидантната активност на витаминот Е, а ефектот беше извонреден. Долгорочни антиоксидантни материјали за пакување. Џанг и сор. измешан скроб со желатин, додаде пластификатор на полиетилен гликол и се користи традиционално. Шупливите тврди капсули беа приготвени со процесот на потопување на композитниот филм, а беа проучени проѕирноста, механичките својства, хидрофилните својства и фазната морфологија на композитниот филм. добар материјал за капсулата [52]. Лал и сор. го направи кафиринот во облога за јадење за ентерична обвивка на капсулите со парацетамол и ги проучуваше механичките својства, топлинските својства, својствата на бариерата и својствата на ослободување на лекот на јадливиот филм. Резултатите покажале дека облогата на сорго Разни тврди капсули од глиадинска фолија не била скршена во желудникот, туку лекот го ослободувал во цревата на pH 6,8. Паик и сор. подготви HPMC фталат честички обложени со индометацин, и ја испрска течноста за формирање филм за јадење на HPMC на површината на честичките на лекот и ја проучуваше стапката на заробување на лекот, просечната големина на честичките на честичките на лекот, јастивиот филм, резултатите покажаа дека HPMCN-обложената Индометацин оралниот лек може да ја постигне целта да го прикрие горчливиот вкус на лекот и да ја насочи испораката на лекот. Олаџадабасабади и др. измешан модифициран саго скроб со карагенан за да се подготви композитен филм за јадење како замена за традиционалните желатински капсули и ги проучуваше неговите кинетика на сушење, термомеханички својства, физичко-хемиски својства и бариерни својства. Резултатите покажуваат дека композитниот јадлив филм има слични својства на желатин и може да се користи во производството на фармацевтски капсули.
1.1.3.3 Примена во конзервирање на овошје и зеленчук
Во свежото овошје и зеленчук по берењето, биохемиските реакции и дишењето сè уште се одвиваат енергично, што ќе го забрза оштетувањето на ткивото на овошјето и зеленчукот, а лесно е да се предизвика губење на влагата во овошјето и зеленчукот на собна температура, што резултира со квалитетот на внатрешните ткива и сетилните својства на овошјето и зеленчукот. опаѓање. Затоа, зачувувањето стана најважното прашање во складирањето и транспортот на овошјето и зеленчукот; традиционалните методи на зачувување имаат слаб ефект на зачувување и висока цена. Зачувувањето со облоги на овошје и зеленчук во моментов е најефективниот метод за зачувување на собна температура. Јадливата течност што формира филм е обложена на површината на овошјето и зеленчукот, што може ефикасно да ја спречи инвазијата на микроорганизми, да го намали дишењето, загубата на вода и губењето на хранливи материи на ткивата на овошјето и зеленчукот, да го одложи физиолошкото стареење на ткивата на овошјето и зеленчукот. и одржувајте ги ткивата од овошје и зеленчук Оригиналниот дебели и мазни. Сјаен изглед, за да се постигне целта за одржување свежина и продолжување на периодот на складирање. Американците користат ацетил моноглицерид и сирење извлечено од растително масло како главни суровини за подготовка на јастиви фолии и ги користат за сечење овошје и зеленчук за да останат свежи, да спречат дехидрација, кафеава боја и инвазија на микроорганизми, за да може да се одржува долго време. долго време. Свежа состојба. Јапонија користи отпадна свила како суровина за подготовка на филм за свежо чување на компирот, кој може да постигне ефект на свежо чување споредлив со оној на ладилното складирање. Американците користат растително масло и овошје како главни суровини за да направат течност за обложување и го одржуваат исеченото овошје свежо и открија дека ефектот на зачувување е добар.
Маркез и сор. користел протеин од сурутка и пектин како суровини и додаде глутаминаза за вкрстено поврзување за да се подготви композитен јадлив филм, кој се користел за обложување на свежо исечени јаболка, домати и моркови, што може значително да ја намали стапката на губење на тежината. , го инхибираат растот на микроорганизмите на површината на свежо исеченото овошје и зеленчук и го продолжуваат рокот на траење со премисата за одржување на вкусот и вкусот на свежо исеченото овошје и зеленчук. Ши Леи и сор. обложено грозје од црвен глобус со хитозан за јадење, што може да го намали губењето на тежината и стапката на гниење на грозјето, да ја задржи бојата и осветленоста на грозјето и да го одложи разградувањето на растворливите цврсти материи. Користејќи хитозан, натриум алгинат, натриум карбоксиметилцелулоза и полиакрилат како суровини, Лиу и сор. подготвија јастиви филмови со повеќеслојна обвивка за свежо чување на овошјето и зеленчукот и ја проучуваа нивната морфологија, растворливост во вода итн. Резултатите покажаа дека композитниот филм со натриум карбоксиметил целулоза-хитосан-глицерол има најдобар ефект на зачувување. Сун Кингшен и сор. го проучувал композитниот филм на изолат од протеин од соја, кој се користи за зачувување на јагоди, што може значително да ја намали транспирацијата на јагодите, да го инхибира нивното дишење и да ја намали стапката на расипано овошје. Фереира и сор. користел прав од остатоци од овошје и зеленчук и прав од кора од компир за да подготви композитен јадлив филм, ја проучувал растворливоста во вода и механичките својства на композитниот филм и користел метод на обложување за зачувување на глог. Резултатите покажаа дека рокот на траење на глогот е продолжен. 50%, стапката на губење на тежината се намали за 30-57%, а органската киселина и влагата не се променија значително. Фу Ксијаовеи и сор. го проучувал зачувувањето на свежите пиперки со хитозански јадлив филм, а резултатите покажале дека може значително да го намали интензитетот на дишење на свежите пиперки за време на складирањето и да го одложи стареењето на пиперките. Наваро-Таразага и сор. користеше јадлив филм HPMC модифициран со пчелин восок за зачувување на сливите. Резултатите покажаа дека пчелин восок може да ги подобри својствата на бариерата на кислород и влага и механичките својства на HPMC филмовите. Стапката на губење на тежината на сливите беше значително намалена, омекнувањето и крварењето на овошјето за време на складирањето беа подобри, а периодот на складирање на сливите беше продолжен. Танг Лијинг и сор. користел алкален раствор на шелак при модификација на скроб, подготвил филм за пакување за јадење и ги проучувал неговите својства на филмот; во исто време, користењето на неговата течност што формира филм за обложување на манго за свежина, може ефикасно да го намали дишењето. Може да го спречи феноменот на кафеава боја за време на складирањето, да ја намали стапката на губење на тежината и да го продолжи периодот на складирање.
1.1.3.4 Примена во преработка и конзервирање на месни производи
Месните производи со богати хранливи материи и активност со висока вода лесно се напаѓаат од микроорганизми во процесот на преработка, транспорт, складирање и конзумирање, што резултира со потемнување на бојата и оксидација на мастите и друго расипување. За да се продолжи периодот на складирање и рокот на траење на месните производи, неопходно е да се обиде да ја инхибира активноста на ензимите во месните производи и инвазијата на микроорганизми на површината и да спречи влошување на бојата и мирисот предизвикани од оксидација на мастите. Во моментов, зачувувањето на јастиви фолии е еден од вообичаените методи кои широко се користат во зачувувањето на месото дома и во странство. Споредувајќи го со традиционалниот метод, откриено е дека инвазијата на надворешни микроорганизми, оксидативната граничност на мастите и губењето на сокот се значително подобрени кај месните производи спакувани во фолија за јадење, а квалитетот на месните производи е значително подобрен. Рокот на траење е продолжен.
Истражувањето на јастивиот филм од месни производи започна во доцните 1950-ти, а најуспешна примена беше колагенската фолија за јадење, која беше широко користена во производството и преработката на колбаси. Емироглу и сор. додало масло од сусам во јадливиот филм со протеин од соја за да се направи антибактериски филм и го проучувал неговиот антибактериски ефект врз замрзнато говедско месо. Резултатите покажаа дека антибактерискиот филм може значително да ја инхибира репродукцијата и растот на Staphylococcus aureus. Вук и сор. подготви проантоцијанидин јастиви фолија и го искористи за премачкување на свинско во фрижидер за свежина. Проучени се бојата, pH вредноста, вредноста на TVB-N, тиобарбитурната киселина и бројот на микроорганизми на свинските котлети по складирање 14 дена. Резултатите покажаа дека јастивиот филм на проантоцијанидини може ефикасно да го намали формирањето на тиобарбитурна киселина, да спречи расипување на масни киселини, да ја намали инвазијата и репродукцијата на микроорганизми на површината на месните производи, да го подобри квалитетот на месните производи и да го продолжи периодот на складирање и рок на траење . Џијанг Шаотонг и сор. додаде полифеноли од чај и алицин во мембранскиот композитен раствор од скроб-натриум алгинат и ги користеше за да ја зачува свежината на разладеното свинско месо, кое може да се чува на 0-4 °C повеќе од 19 дена. Картагена и сор. го објави антибактерискиот ефект на колагенската фолија за јадење додадена со антимикробниот агенс низин врз зачувувањето на парчиња свинско месо, што укажува дека колагенскиот јадлив филм може да ја намали миграцијата на влагата на парчиња свинско месо во фрижидер, да го одложи рацидноста на месните производи и да додаде 2 Колагенскиот филм со % Низинот имал најдобар ефект на конзервација. Ванг Руи и сор. ги проучувал промените на натриум алгинат, хитозан и карбоксиметил влакна со компаративна анализа на pH, испарливиот основен азот, црвенилото и вкупниот број на колонии на говедско месо во рок од 16 дена од складирањето. За да се зачува свежината на разладеното говедско месо, се користеа три вида на јастиви фолии на натриумовиот витамин. Резултатите покажаа дека јастивиот филм од натриум алгинат има идеален ефект за зачувување на свежината. Каприоли и сор. завиткани варени мисиркини гради со натриум казеинат за јадење фолија и потоа се ставаат во фрижидер на 4 °C. Истражувањата покажаа дека натриум казеинатот за јадење може да го забави мисиркиното месо за време на ладење. на ранцидност .
1.1.3.5 Примена во зачувување на водни производи
Падот на квалитетот на водните производи главно се манифестира во намалување на слободната влага, влошување на вкусот и влошување на текстурата на водените производи. Распаѓањето на водните производи, оксидацијата, денатурацијата и сувата потрошувачка предизвикана од микробна инвазија се сите важни фактори кои влијаат на рокот на траење на водните производи. Замрзнатото складирање е вообичаен метод за зачувување на водните производи, но исто така ќе има одреден степен на деградација на квалитетот во процесот, што е особено сериозно за риба од слатководни.
Зачувувањето на водените производи за јадење почнало кон крајот на 1970-тите и сега е широко користено. Филмот за јадење може ефикасно да ги зачува замрзнатите водни производи, да ја намали загубата на вода, а исто така може да се комбинира со антиоксиданси за да се спречи оксидација на маснотии, а со тоа да се постигне целта за продолжување на рокот на траење и рокот на траење. Меначисундарам и сор. подготви композитен јадлив филм заснован на скроб користејќи скроб како матрица и додаде зачини како каранфилче и цимет и го користеше за зачувување на белите ракчиња. Резултатите покажаа дека филмот за јадење скроб може ефикасно да го инхибира растот на микроорганизмите, да ја забави оксидацијата на маснотиите, да го продолжи рокот на траење на бели ракчиња во фрижидер на 10 °C и 4 °C беше дури 14 и 12 дена, соодветно. Ченг Јуанјуан и другите го проучувале конзервансот на растворот на пулулан и ја извеле слатководната риба. Конзервирањето може ефикасно да го инхибира растот на микроорганизмите, да ја забави оксидацијата на рибините протеини и масти и да има одличен ефект на зачувување. Јунус и сор. обложена виножитна пастрмка со желатинска фолија за јадење на која беше додадено есенцијално масло од ловоров лист и го проучуваше ефектот на зачувување во фрижидер на 4 °C. Резултатите покажаа дека желатинската јадлива фолија била ефикасна за одржување на квалитетот на виножитната пастрмка до 22 дена. долго време. Ванг Сивеи и сор. користел натриум алгинат, хитозан и CMC како главни материјали, додавал стеаринска киселина за да подготви јадлива филмска течност и ја користел за обложување на Penaeus vannamei за свежина. Студијата покажа дека композитниот филм од CMC и хитозан Течноста има добар ефект на зачувување и може да го продолжи рокот на траење за околу 2 дена. Јанг Шенгпинг и други користеа јастиви фолија со полифенол хитозан-чај за ладење и зачувување на свежата опашка, која може ефикасно да ја инхибира репродукцијата на бактериите на површината на опашката, да го одложи формирањето на испарлива хлороводородна киселина и да го продолжи рокот на траење на опашката до околу 12 дена.
1.1.3.6 Примена во пржена храна
Длабоко пржената храна е широко популарна готова храна со голема количина. Заклучен е со филм за јадење полисахарид и протеини, кој може да ја спречи промената на бојата на храната за време на процесот на пржење и да ја намали потрошувачката на масло. Влегување на кислород и влага [80]. Премачкувањето на пржената храна со геланска гума може да ја намали потрошувачката на масло за 35%-63%, како на пример при пржење сашими, може да ја намали потрошувачката на масло за 63%; кога пржете чипс, може да ја намали потрошувачката на масло за 35%-63%. Намалена потрошувачка на гориво за 60%, итн. [81].
Сингтонг и сор. правеше јастиви филмови од полисахариди како натриум алгинат, карбоксиметил целулоза и пектин, кои се користеа за обложување на пржени ленти од банана и ја проучуваа стапката на апсорпција на маслото по пржењето. The results showed that pectin and carboxyl The fried banana strips coated with methylcellulose showed better sensory quality, among which the pectin edible film had the best effect on reducing oil absorption [82]. Холовнија и сор. обложени HPMC и MC филмови на површината на пржените пилешки филети за да се проучат промените во потрошувачката на масло, содржината на слободни масни киселини и вредноста на бојата во маслото за пржење. Предобложувањето може да ја намали апсорпцијата на маслото и да го подобри животниот век на маслото [83]. Шенг Меиксианг и сор. направија јастиви филмови од CMC, хитозан и изолат на протеин од соја, премачкаа чипс од компири и ги пржеа на висока температура за да ја проучат апсорпцијата на маслото, содржината на вода, бојата, содржината на акриламид и сетилниот квалитет на чипсот. , резултатите покажаа дека јадливиот филм од изолатниот протеин од соја има значително влијание врз намалувањето на потрошувачката на масло од пржениот чипс, а јадливиот филм со хитозан има подобар ефект врз намалувањето на содржината на акриламид [84]. Салвадор и сор. ја обложил површината на пржените прстени од лигњи со пченичен скроб, модифициран пченкарен скроб, декстрин и глутен, што би можело да ја подобри острината на прстените на лигњите и да ја намали стапката на апсорпција на масло [85].
1.1.3.7 Примена во печива
Филмот за јадење може да се користи како мазен слој за да се подобри изгледот на печива; може да се користи како бариера за влага, кислород, маснотии итн. за да се подобри рокот на траење на печива, на пример, хитозанската фолија за јадење се користи за премачкување на лебот. на пример, печените кикирики често се премачкуваат со лепила за премачкување на сол и зачини [87].
Христос и сор. направија јастиви филмови од натриум алгинат и протеин од сурутка и ги премачкаа на површината на пробиотскиот леб Lactobacillus rhamnosus. Студијата покажа дека стапката на преживување на пробиотиците е значително подобрена, но двата вида леб покажаа дека механизмите за варење се многу слични, така што облогата на јастивиот филм не ја менува текстурата, вкусот и термофизичките својства на лебот [88]. Пануват и сор. Додаден индиски екстракт од огрозд од огрозд во матрицата на метил целулоза за да подготви јадење композитен филм и го искористи за зачувување на свежината на печените кашули. Резултатите покажаа дека композитниот јадлив филм може ефикасно да ги инхибира печените индиски ореви за време на складирањето. Квалитетот се влоши и рокот на траење на печените индиски ореви беше продолжен до 90 дена [89]. Schou et al. направил проѕирен и флексибилен јадлив филм со натриум казеинат и глицерин и ги проучувал неговите механички својства, водопропустливоста и неговиот ефект на пакување на печените парчиња леб. Резултатите покажаа дека јастивиот филм од натриум казеинат завиткал печен леб. По печењето, неговата цврстина може да се намали во рок од 6 часа од складирањето на собна температура [90]. Ду и сор. користеше јадлив филм на база на јаболка и јадлив филм на база на домати додаден со растителни есенцијални масла за да се завитка печеното пилешко, што не само што го инхибираше растот на микроорганизмите пред да се пече пилешкото, туку и го подобри вкусот на пилешкото по печењето [91]. Јаванмард и сор. подготвија јадлива фолија од пченичен скроб и ја искористија за обвиткување на печените кернели од ф'стаци. Резултатите покажаа дека јастивиот скроб филм може да го спречи оксидативното расипување на јаткастите плодови, да го подобри квалитетот на јаткастите плодови и да го продолжи нивниот рок на траење [92]. Маџид и сор. користеше јадлив филм од протеин од сурутка за обложување на печени кикирики, што може да ја зголеми бариерата на кислородот, да го намали прливот на кикиритки, да ја подобри кршливоста на печените кикиритки и да го продолжи периодот на складирање [93].
1.1.3.8 Примена во кондиторски производи
Индустријата за бонбони има високи барања за дифузија на испарливи компоненти, така што за чоколадо и бонбони со полирани површини, неопходно е да се користат јастиви филмови растворливи во вода за да се замени течноста за обложување што содржи испарливи компоненти. Јадливиот филм за пакување може да формира мазна заштитна фолија на површината на бонбоната за да ја намали миграцијата на кислород и влага [19]. Примената на јастиви филмови од протеин од сурутка во кондиторски производи може значително да ја намали дифузијата на неговите испарливи компоненти. Кога чоколадото се користи за инкапсулирање на мрсна храна како колачиња и путер од кикирики, маслото ќе мигрира кон надворешниот слој на чоколадото, правејќи го чоколадото лепливо и предизвикувајќи феномен „обратен мраз“, но внатрешниот материјал ќе се исуши, што ќе резултира со промена на неговиот вкус. Додавањето слој од материјал за пакување филм за јадење со функција на бариера за маснотии може да го реши овој проблем [94].
Нелсон и сор. користел метилцелулозен јадлив филм за обложување на бонбони кои содржат повеќе липиди и покажал многу ниска липидна пропустливост, со што го инхибира феноменот на замрзнување во чоколадото [95]. Мејерс примени двослојна фолија за јадење од хидрогел-восок на гума за џвакање, што може да ја подобри нејзината адхезија, да ја намали испарливоста на водата и да го продолжи нејзиниот рок на траење [21]. Водата подготвена од Фадини и сор. Композитниот филм за јадење деколаген-какао путер беше проучен поради неговите механички својства и пропустливост на вода, и беше користен како облога за чоколадни производи со добри резултати [96].
Филмот за јадење базиран на целулоза е еден вид јадење филм направен од најзастапената целулоза и неговите деривати во природата како главни суровини. Јастивиот филм заснован на целулоза е без мирис и вкус и има добра механичка сила, својства на бариера на масло, транспарентност, флексибилност и добри својства на гасна бариера. Сепак, поради хидрофилната природа на целулозата, отпорноста на јадливиот филм базиран на целулоза е Водената работа е генерално релативно слаба [82, 97-99].
Јастивиот филм базиран на целулоза направен од отпадни материјали во производството на прехранбената индустрија може да добие јастиви филмови за пакување со одлични перформанси и може повторно да ги користи отпадните материјали за да ја зголеми додадената вредност на производите. Фереира и сор. измешан прав од остатоци од овошје и зеленчук со прашок од кора од компир за да се подготви композитен филм за јадење базиран на целулоза, и го нанесе на облогата на глог за да се зачува свежината и постигна добри резултати [62]. Тан Хуизи и сор. ги користел диеталните влакна извлечени од талогот од грав како основен материјал и додал одредено количество згуснувач за да подготви јадлив филм од влакна од соја, кој има добри механички својства и бариерни својства [100], што главно се користи за пакување зачини за тестенини за брза храна , погодно и хранливо е да се раствори пакетот материјал директно во топла вода.
Дериватите на целулоза растворливи во вода, како што се метил целулоза (MC), карбоксиметил целулоза (CMC) и хидроксипропил метил целулоза (HPMC), можат да формираат континуирана матрица и вообичаено се користат во развојот и истражувањето на филмови за јадење. Ксијао Наију и сор. користеше MC како главен супстрат за формирање филм, додаде полиетилен гликол и калциум хлорид и други помошни материјали, подготви MC за јадење филм со метод на лиење и го примени за зачувување на олекранон, што може да ја продолжи устата на олекранонот. Рок на траење на праската е 4,5 дена [101]. Есмаили и сор. подготви MC за јадење филм со кастинг и го нанесе на облогата на микрокапсули од растително есенцијално масло. Резултатите покажаа дека MC филмот има добар ефект на блокирање на маслото и може да се примени на пакувањето на храната за да се спречи расипување на масни киселини [102]. Тијан и сор. модифицирани MC јастиви филмови со стеаринска киселина и незаситени масни киселини, кои би можеле да ги подобрат својствата за блокирање вода на MC јадливите филмови [103]. Лаи Фенгинг и сор. го проучувал ефектот на типот на растворувач врз процесот на формирање филм на MC јадливиот филм и бариерните својства и механичките својства на јадливиот филм [104].
CMC мембраните имаат добри бариерни својства за O2, CO2 и маслата и се широко користени во областа на храната и медицината [99]. Бифани и сор. подготви CMC мембрани и го проучуваше ефектот на екстрактите од листовите врз својствата на водена бариера и својствата на гасна бариера на мембраните. Резултатите покажаа дека додавањето на екстракти од листовите може значително да ги подобри својствата на влагата и бариерата на кислородот на мембраните, но не и за CO2. Бариерните својства се поврзани со концентрацијата на екстрактот [105]. де Моура и сор. подготвени наночестички хитозан ги зајакнаа CMC филмовите и ја проучуваа термичката стабилност, механичките својства и растворливоста во вода на композитните филмови. Резултатите покажуваат дека наночестичките хитозан можат ефикасно да ги подобрат механичките својства и термичката стабилност на CMC филмовите. Сексот [98]. Ганбарзадех и сор. подготви CMC јастиви филмови и ги проучуваше ефектите на глицеролот и олеинската киселина врз физичко-хемиските својства на CMC филмовите. Резултатите покажаа дека бариерните својства на филмовите беа значително подобрени, но механичките својства и транспарентноста се намалија [99]. Ченг и сор. prepared a carboxymethyl cellulose-konjac glucomannan edible composite film, and studied the effect of palm oil on the physicochemical properties of the composite film. Резултатите покажаа дека помалите липидни микросфери можат значително да го зголемат композитниот филм. Хидрофобноста на површината и искривувањето на каналот за пробивање на молекулата на водата може да ги подобрат перформансите на бариерата за влага на мембраната [106].
HPMC има добри својства за формирање филм, а неговиот филм е флексибилен, транспарентен, безбоен и без мирис и има добри својства на бариера за масло, но неговите механички својства и својствата за блокирање на водата треба да се подобрат. Студијата на Zuniga et al. покажа дека почетната микроструктура и стабилност на растворот за формирање филм на HPMC може значително да влијае на површината и внатрешната структура на филмот, а начинот на кој капките масло влегуваат за време на формирањето на структурата на филмот може значително да влијае на пропустливоста на светлината и површинската активност на филм. Додавањето на средството може да ја подобри стабилноста на растворот што формира филм, што пак влијае на површинската структура и оптичките својства на филмот, но механичките својства и пропустливоста на воздухот не се намалуваат [107]. Клангмуанг и сор. користена органски модифицирана глина и пчелин восок за подобрување и модификација на HPMC јастивиот филм за подобрување на механичките својства и бариерните својства на HPMC филмот. Студијата покажа дека по модификацијата на пчелин восок и глина, механичките својства на HPMC јастивиот филм се споредливи со оние на јадливиот филм. Перформансите на компонентите за влага беа подобрени [108]. Доган и сор. подготви HPMC јадлив филм и користеше микрокристална целулоза за подобрување и модифицирање на филмот HPMC и ја проучуваше водопропустливоста и механичките својства на филмот. Резултатите покажаа дека својствата на бариерата на влага на модифицираниот филм не се променија значително. , но неговите механички својства се значително подобрени [109]. Чои и сор. Додадено е лист од оригано и есенцијално масло од бергамот во HPMC матрицата за да се подготви композитен филм за јадење, и го нанесе на зачувување на облогата на свежи сливи. Студијата покажа дека јадливиот композитен филм може ефикасно да го инхибира дишењето на сливите, да го намали производството на етилен, да ја намали стапката на губење на тежината и да го подобри квалитетот на сливите [110]. Естеглал и сор. измешани HPMC со желатин за подготовка на композитни филмови за јадење и проучуваа композитни филмови за јадење. Физичко-хемиските својства, механичките својства и компатибилноста на HPMC желатинот покажаа дека затегнувачките својства на HPMC желатинските композитни филмови не се променија значително, што може да се користи во подготовката на медицински капсули [111]. Вилакрес и сор. ги проучувал механичките својства, својствата на гасната бариера и антибактериските својства на композитните филмови за јадење HPMC-маниока. Резултатите покажаа дека композитните филмови имаат добри својства на бариера на кислород и антибактериски ефекти [112]. Бајун и сор. подготви композитни мембрани на шелак-HPMC и ги проучуваше ефектите на видовите емулгатори и концентрацијата на шелак врз композитните мембрани. Емулгаторот ги намали својствата за блокирање на водата на композитната мембрана, но неговите механички својства не се намалија значително; додавањето на шелак во голема мера ја подобри термичката стабилност на HPMC мембраната, а нејзиниот ефект се зголеми со зголемувањето на концентрацијата на шелакот [113].
Скробот е природен полимер за подготовка на филмови за јадење. Ги има предностите на широк извор, ниска цена, биокомпатибилност и хранлива вредност и е широко користен во прехранбената и фармацевтската индустрија [114-117]. Неодамна, едно по друго се појавија истражувања за јадливи филмови за чист скроб и композитни филмови за јадење базирани на скроб за складирање и зачувување на храната [118]. Високо амилозниот скроб и неговиот хидроксипропилиран модифициран скроб се главните материјали за подготовка на јастиви филмови базирани на скроб [119]. Ретроградацијата на скробот е главната причина за неговата способност да формира филм. Колку е поголема содржината на амилоза, толку е поцврсто меѓумолекуларното поврзување, толку е полесно да се произведе ретроградација и подобро е својството за формирање филм и конечната цврстина на затегнување на филмот. поголема. Амилозата може да направи филмови растворливи во вода со ниска кислородна пропустливост, а бариерните својства на филмовите со висока амилоза нема да се намалат во средини со висока температура, што може ефикасно да ја заштити пакуваната храна [120].
Филмот за јадење со скроб, безбоен и без мирис, има добра транспарентност, растворливост во вода и својства на бариера на гас, но покажува релативно силна хидрофилност и слаби својства на бариера на влага, па затоа главно се користи во пакување со бариера со кислород и нафта [121-123]. Покрај тоа, мембраните базирани на скроб се склони кон стареење и ретроградација, а нивните механички својства се релативно лоши [124]. Со цел да се надминат горенаведените недостатоци, скробот може да се модифицира со физички, хемиски, ензимски, генетски и адитивни методи за да се подобрат својствата на јадливите филмови базирани на скроб [114].
Џанг Женгмао и сор. користел ултра-фин јадлив филм за скроб за да ги премачка јагодите и открил дека може ефикасно да ја намали загубата на вода, да го одложи намалувањето на содржината на растворливиот шеќер и ефикасно да го продолжи периодот на складирање на јагодите [125]. Гарсија и сор. модифициран скроб со различни соодноси на синџири за да се добие модифицирана скробна течност што формира филм, која се користеше за зачувување на филмот со облога од свежа јагода. The rate and decay rate were better than those of the uncoated group [126]. Ганбарзадех и сор. модифициран скроб со вкрстено поврзување на лимонска киселина и добиен хемиски вкрстено поврзан модифициран скроб филм. Студиите покажаа дека по модификацијата на вкрстено поврзување, својствата на бариерата на влага и механичките својства на скробните филмови беа подобрени [127]. Гао Кунју и сор. спроведена е третман со ензимска хидролиза на скроб и добиен скроб за јадење филм, а неговите механички својства како што се цврстина на истегнување, издолжување и отпорност на преклопување се зголемија, а перформансите на бариерата за влага се зголемија со зголемувањето на времето на дејство на ензимот. значително подобрена [128]. Пара и сор. додаде вкрстено средство за поврзување на тапиока скроб за да се подготви за јадење филм со добри механички својства и ниска стапка на пренос на водена пареа [129]. Фонсека и сор. користел натриум хипохлорит за оксидација на компирниот скроб и подготвил јадлив филм од оксидиран скроб. Студијата покажа дека неговата стапка на пренос на водена пареа и растворливоста во вода се значително намалени, што може да се примени на пакувањето на храна со висока активност на вода [130].
Соединувањето на скроб со други јастиви полимери и пластификатори е важен метод за подобрување на својствата на јадливите филмови базирани на скроб. Во моментов, најчесто користените комплексни полимери се претежно хидрофилни колоиди, како што се пектин, целулоза, полисахарид од алги, хитозан, карагенан и ксантанска гума [131].
Марија Родригез и сор. Користените скроб од компири и пластификатори или сурфактанти како главни материјали за подготовка на филмови за јадење на скроб, кои покажуваат дека пластификаторите можат да ја зголемат флексибилноста на филмот и сурфактантите можат да ја намалат истегливоста на филмот [132]. Сантана и сор. користеле нановлакна за подобрување и модифицирање на јадливите филмови од скроб од маниока и добиле композитни филмови за јадење базирани на скроб со подобрени механички својства, бариерни својства и термичка стабилност [133]. Азеведо и сор. соединен протеин од сурутка со термопластичен скроб за да се подготви униформа филмски материјал, што покажува дека протеинот од сурутка и термопластичниот скроб имаат силна меѓуфасна адхезија, а протеинот од сурутка може значително да ја подобри достапноста на скробот. Водоблокирачки и механички својства на јастиви филмови [134]. Едиреј и сор. подготви јадлив филм заснован на скроб од тапиока и го проучуваше ефектот на пластификаторот врз физичката и хемиската структура, механичките својства и топлинските својства на филмот. Резултатите покажуваат дека видот и концентрацијата на пластификаторот може значително да влијае на филмот од тапиока скроб. Во споредба со другите пластификатори, како што се уреа и триетилен гликол, пектин има најдобар ефект на пластика, а филмот со пектин-пластичен скроб има добри својства за блокирање на вода [135]. Сабери и сор. користеше скроб од грашок, гуарска гума и глицерин за подготовка на композитни филмови за јадење. Резултатите покажаа дека скробот од грашок играл главна улога во дебелината на филмот, густината, кохезијата, водопропустливоста и цврстината на истегнување. Гуар гума Може да влијае на цврстината на истегнување и еластичниот модул на мембраната, а глицеролот може да ја подобри флексибилноста на мембраната [136]. Џи и сор. соединен хитозан и пченкарен скроб и додадени наночестички од калциум карбонат за да се подготви антибактериски филм базиран на скроб. Студијата покажа дека меѓу скробот и хитозанот се формирале меѓумолекуларни водородни врски, а механичките својства на филмот биле и антибактериските својства биле подобрени [137]. Меира и сор. зајакнат и модифициран јадлив антибактериски филм од пченкарен скроб со наночестички каолин, а механичките и термичките својства на композитниот филм беа подобрени, а антибактерискиот ефект не беше засегнат [138]. Ортега-Торо и сор. додаде HPMC на скроб и додаде лимонска киселина за да се подготви филм за јадење. Студијата покажа дека додавањето на HPMC и лимонска киселина може ефикасно да го инхибира стареењето на скроб и да ја намали водопропустливоста на јадливиот филм, но својствата на бариерата на кислородот опаѓаат [139].
1.2 Полимерни хидрогели
Хидрогелите се класа на хидрофилни полимери со тродимензионална мрежна структура кои се нерастворливи во вода, но можат да се набадат со вода. Макроскопски, хидрогелот има дефинитивен облик, не може да тече и е цврста супстанција. Микроскопски, молекулите растворливи во вода може да се распределат во различни форми и големини во хидрогелот и да се дифузираат со различни стапки на дифузија, така што хидрогелот ги покажува својствата на растворот. Внатрешната структура на хидрогелите има ограничена јачина и лесно се уништува. Тој е во состојба помеѓу цврста и течност. Има слична еластичност на цврсто тело и јасно се разликува од вистинската цврстина.
1.2.1 Преглед на полимерните хидрогели
1.2.1.1 Класификација на полимерните хидрогели
Полимерниот хидрогел е тродимензионална мрежна структура формирана со физичко или хемиско вкрстено поврзување помеѓу полимерните молекули [143-146]. Апсорбира големо количество вода во вода за да отече, а во исто време може да ја задржи својата тродимензионална структура и да биде нерастворлив во вода. вода.
Постојат многу начини да се класифицираат хидрогелите. Врз основа на разликата во својствата на вкрстено поврзување, тие можат да се поделат на физички гелови и хемиски гелови. Физичките гелови се формираат од релативно слаби водородни врски, јонски врски, хидрофобни интеракции, сили на ван дер Валс и физичко заплеткување помеѓу полимерните молекуларни синџири и другите физички сили и можат да се претворат во раствори во различни надворешни средини. Се нарекува реверзибилен гел; хемиски гел обично е постојана тродимензионална мрежна структура формирана со вкрстено поврзување на хемиски врски како што се ковалентни врски во присуство на топлина, светлина, иницијатор итн. Откако ќе се формира гелот, тој е неповратен и постојан, исто така познат како За вистинскиот кондензат [147-149]. Физичките гелови генерално не бараат хемиска модификација и имаат ниска токсичност, но нивните механички својства се релативно лоши и тешко е да се издржат голем надворешен стрес; хемиските гелови генерално имаат подобра стабилност и механички својства.
Врз основа на различни извори, хидрогелите можат да се поделат на синтетички полимерни хидрогели и природни полимерни хидрогели. Синтетички полимерни хидрогели се хидрогели формирани со хемиска полимеризација на синтетички полимери, главно вклучувајќи полиакрилна киселина, поливинил ацетат, полиакриламид, полиетилен оксид итн.; природни полимерни хидрогели се Полимерните хидрогели се формираат со вкрстено поврзување на природни полимери како што се полисахариди и протеини во природата, вклучувајќи целулоза, алгинат, скроб, агароза, хијалуронска киселина, желатин и колаген [6, 7, 150], 151]. Природните полимерни хидрогели обично имаат карактеристики на широк извор, ниска цена и ниска токсичност, а синтетичките полимерни хидрогели обично се лесни за обработка и имаат големи приноси.
Врз основа на различните одговори на надворешната средина, хидрогелите може да се поделат и на традиционални хидрогели и паметни хидрогели. Традиционалните хидрогели се релативно нечувствителни на промени во надворешната средина; паметните хидрогели можат да почувствуваат мали промени во надворешната средина и да произведат соодветни промени во физичката структура и хемиските својства [152-156]. За температурно осетливи хидрогели, волуменот се менува со температурата на околината. Обично, таквите полимерни хидрогели содржат хидрофилни групи како што се хидроксил, етер и амид или хидрофобни групи како што се метил, етил и пропил. Температурата на надворешното опкружување може да влијае на хидрофилната или хидрофобната интеракција помеѓу молекулите на гелот, водородното поврзување и интеракцијата помеѓу молекулите на водата и полимерните синџири, а со тоа влијае на рамнотежата на системот на гел. За pH-чувствителни хидрогели, системот обично содржи киселинско-базни модифицирачки групи како што се карбоксилни групи, групи на сулфонска киселина или амино групи. Во променлива pH средина, овие групи можат да апсорбираат или ослободат протони, менувајќи ја водородната врска во гелот и разликата помеѓу внатрешните и надворешните концентрации на јони, што резултира со промена на волуменот на гелот. За електричното поле, магнетното поле и хидрогелите чувствителни на светлина, тие содржат функционални групи како што се полиелектролити, метални оксиди и фотосензитивни групи, соодветно. Под различни надворешни дразби, температурата на системот или степенот на јонизација се менуваат, а потоа волуменот на гелот се менува според принципот сличен на температурен или хидрогел чувствителен на pH.
Врз основа на различните однесувања на гелот, хидрогелите може да се поделат на гелови предизвикани од ладно и гелови индуцирани од топлина [157]. Ладниот гел, накратко познат како ладен гел, е макромолекула која постои во форма на случајни намотки на висока температура. За време на процесот на ладење, поради дејството на меѓумолекуларните водородни врски, постепено се формираат спирални фрагменти, со што процесот се завршува од растворот. Транзицијата кон гел [158]; Термо-индуцираниот гел, познат како термички гел, е макромолекула во растворена состојба на ниска температура. За време на процесот на загревање, се формира тродимензионална мрежна структура преку хидрофобна интеракција итн., со што се комплетира транзицијата на гелацијата [159], 160].
Хидрогелите, исто така, може да се поделат на хомополимерни хидрогели, кополимеризирани хидрогели и мрежни хидрогели кои меѓусебно продираат врз основа на различни мрежни својства, микроскопски хидрогели и макроскопски хидрогели врз основа на различни големини на гел и биоразградливи својства. Различно поделени на разградливи хидрогели и неразградливи хидрогели.
1.2.1.2 Примена на природни полимерни хидрогели
Природните полимерни хидрогели имаат карактеристики на добра биокомпатибилност, висока флексибилност, изобилство извори, чувствителност на животната средина, големо задржување на вода и ниска токсичност, и широко се користат во биомедицината, преработката на храна, заштитата на животната средина, земјоделството и шумарството. се користи во индустријата и во други области [142, 161-165].
Примена на природни полимерни хидрогели во биомедицински сродни области. Природните полимерни хидрогели имаат добра биокомпатибилност, биоразградливост и немаат токсични несакани ефекти, така што можат да се користат како преврски за рани и директно да контактираат со човечките ткива, што може ефикасно да ја намали инвазијата на микроорганизми ин витро, да спречи губење на телесните течности и да овозможи кислород. да помине низ. Промовира заздравување на раните; може да се користи за подготовка на контактни леќи, со предностите на удобно носење, добра пропустливост на кислород и помошен третман на очни болести [166, 167]. Природните полимери се слични на структурата на живите ткива и можат да учествуваат во нормалниот метаболизам на човечкото тело, така што таквите хидрогели може да се користат како материјали за скеле за инженерство на ткиво, поправка на 'рскавицата во инженерството на ткиво, итн. скелиња во облик и вбризгување. Претходно обликуваните стентови користат вода. апсорпција од човечкото тело [168]. Стентови, обликувани со инјектирање, го користат однесувањето на фазната транзиција на хидрогелите за брзо формирање на гелови откако ќе бидат инјектирани во состојба на течен раствор, што може да ја минимизира болката на пациентите [169]. Некои природни полимерни хидрогели се еколошки чувствителни, така што тие се широко користени како материјали за ослободување контролирано од лекови, така што лековите во нив може да се испуштаат во потребните делови од човечкото тело на временски и квантитативен начин, намалувајќи ги токсичните и страничните ефектите на лековите врз човечкото тело [170].
Примена на природни полимерни хидрогели во области поврзани со храна. Природните полимерни хидрогели се важен дел од трите оброци на луѓето на ден, како што се некои десерти, бонбони, замени за месо, јогурт и сладолед. Често се користи како додаток на храна во прехранбените производи, што може да ги подобри неговите физички својства и да му даде мазен вкус. На пример, се користи како згуснувач во супи и сосови, како емулгатор во сок и како средство за суспендирање. Во млечните пијалоци, како средство за желатинирање во пудинзи и аспики, како средство за расчистување и стабилизатор на пена во пивото, како инхибитор на синерезата во сирењето, како врзивно средство во колбасите, како ретроградација на скроб Инхибиторите се користат во лебот и путерот [171-174 ]. Од прирачникот за адитиви за храна, може да се види дека голем број природни полимерни хидрогели се одобрени како адитиви за храна за преработка на храна [175]. Природните полимерни хидрогели се користат како нутритивни зајакнувачи во развојот на здравствени производи и функционална храна, како што се диетални влакна, кои се користат во производи за слабеење и производи против запек [176, 177]; како пребиотици, тие се користат во производи за здравствена заштита на дебелото црево и производи за спречување на рак на дебелото црево [178]; природните полимерни хидрогели може да се направат за јадење или разградливи премази или филмови, кои можат да се користат во областа на материјалите за пакување храна, како што е зачувување на овошје и зеленчук, со нивно премачкување на овошје и зеленчук На површината, може да го продолжи рокот на траење на овошје и зеленчук и одржувајте го овошјето и зеленчукот свежи и нежни; може да се користи и како материјали за пакување за погодна храна како што се колбаси и зачини за да се олесни чистењето [179, 180].
Примени на природни полимерни хидрогели во други области. Во однос на секојдневните потреби, може да се додаде во кремаста нега на кожа или козметика, што не само што може да спречи сушење на производот во складирање, туку и трајно навлажнување и навлажнување на кожата; може да се користи за стилизирање, навлажнување и бавно ослободување на мириси во шминката за убавина; Може да се користи во дневни потреби, како што се хартиени крпи и пелени [181]. Во земјоделството, може да се користи за да се спротивстави на сушата и да се заштити садници и да се намали интензитетот на трудот; as a coating agent for plant seeds, it can significantly increase the germination rate of seeds; when used in seedling transplanting, it can increase the survival rate of seedlings; пестициди, подобрување на искористеноста и намалување на загадувањето [182, 183]. Во однос на животната средина, се користи како флокулант и адсорбент за третман на отпадни води што често содржи јони на тешки метали, ароматични соединенија и бои за заштита на водните ресурси и подобрување на животната средина [184]. Во индустријата, се користи како средство за дехидрација, лубрикант за дупчење, материјал за обвивка на кабли, материјал за запечатување и средство за складирање на ладно, итн. [185].
Целулозата е природно макромолекуларно соединение кое е најрано проучувано, има најблиска врска со луѓето и е најзастапено во природата. Широко е присутен кај повисоките растенија, алгите и микроорганизмите [186, 187]. Целулозата постепено привлекува широко внимание поради нејзиниот широк извор, ниската цена, обновлива, биоразградлива, безбедна, нетоксична и добра биокомпатибилност [188].
Целулозата е линеарен полимер со долг ланец формиран со поврзување на структурните единици на Д-анхидроглукоза преку β-1,4 гликозидни врски [189-191]. Нерастворливи. Освен една крајна група на секој крај на молекуларниот синџир, постојат три поларни хидроксилни групи во секоја единица на гликоза, кои можат да формираат голем број на интрамолекуларни и меѓумолекуларни водородни врски под одредени услови; а целулозата е полициклична структура, а молекуларниот синџир е полуцврст. Ланец, висока кристалинност и многу правилна структура, така што има карактеристики на висок степен на полимеризација, добра молекуларна ориентација и хемиска стабилност [83, 187]. Бидејќи синџирот на целулоза содржи голем број хидроксилни групи, може хемиски да се модифицира со различни методи како што се естерификација, оксидација и етерификација за да се добијат деривати на целулоза со одлични апликативни својства [192, 193].
Дериватите на целулоза се еден од најраните истражени и произведени производи во областа на полимерната хемија. Тие се полимерни фини хемиски материјали со широк опсег на намени, кои се хемиски модифицирани од природна полимерна целулоза. Меѓу нив, целулозните етери се широко користени. Таа е една од најважните хемиски суровини во индустриските апликации [194].
Постојат многу варијанти на целулозни етери, од кои сите генерално имаат свои уникатни и одлични својства и се широко користени во многу области како што се храната и медицината [195]. MC е наједноставниот вид на целулоза етер со метил група. Со зголемување на степенот на супституција, може да се раствори во разреден алкален раствор, вода, алкохол и ароматичен растворувач на јаглеводороди за возврат, покажувајќи уникатни својства на термички гел. [196]. CMC е анјонски целулозен етер добиен од природна целулоза со алкализација и закиселување.
Тоа е најшироко користен и најкористен целулозен етер, кој е растворлив во вода [197]. HPC, хидроксиалкилцелулозен етер добиен со алкализација и етерификација на целулоза, има добра термопластичност и исто така покажува својства на термички гел, а неговата температура на гелот е значително под влијание на степенот на супституција на хидроксипропил [198]. HPMC, важен мешан етер, исто така има својства на термички гел, а неговите својства на гел се поврзани со двата супституенти и нивните соодноси [199].
Хидроксипропил метил целулоза (HPMC), молекуларната структура е прикажана на Слика 1-3, е типичен нејонски мешан целулоза растворлив во вода. Реакцијата на етерификација на метил хлорид и пропилен оксид се изведува за да се добие [200,201], а равенката на хемиската реакција е прикажана на слика 1-4.
На структурната единица на HPMC во исто време има хидрокси пропокси (-[OCH2CH(CH3)] n OH), метокси (-OCH3) и нереагирани хидроксилни групи, а неговата изведба е одраз на заедничкото дејство на различни групи. [202]. Односот помеѓу двата супституенти се определува со односот на масата на двата етерифицирачки агенси, концентрацијата и масата на натриум хидроксид и масениот однос на етерифицирачките агенси по единица маса на целулоза [203]. Хидрокси пропокси е активна група, која може дополнително да се алкилира и хидрокси алкилира; оваа група е хидрофилна група со долг разгранет ланец, која игра одредена улога во пластифицирањето во внатрешноста на ланецот. Метоксиот е група со крајно покривање, што доведува до инактивирање на ова место на реакција по реакцијата; оваа група е хидрофобна група и има релативно кратка структура [204, 205]. Нереагираните и новововедените хидроксилни групи може да продолжат да се супституираат, што резултира со прилично сложена финална хемиска структура, а својствата на HPMC варираат во одреден опсег. За HPMC, мала количина на замена може да ги направи неговите физичко-хемиски својства сосема различни [206], на пример, физичко-хемиските својства на HPMC со висока содржина на метокси и низок хидроксипропил се блиску до MC; Перформансите на HPMC се блиски до оние на HPC.
1.2.2.3 Својства на хидроксипропил метилцелулоза
(1) Термогелабилност на HPMC
Ланецот HPMC има уникатни карактеристики на хидратација-дехидратација поради воведувањето на хидрофобно-метил и хидрофилно-хидроксипропил групи. Постепено се подложува на конверзија на гелација кога се загрева и се враќа во растворена состојба по ладењето. Односно, има термички индуцирани својства на гел, а феноменот на гелација е реверзибилен, но не идентичен процес.
Што се однесува до механизмот за гелационирање на HPMC, широко е прифатено дека при пониски температури (под температурата на желацијата), HPMC во раствор и молекулите на поларната вода се врзуваат заедно со водородни врски за да формираат таканаречена супрамолекуларна структура слична на „птичји кафез“. Постојат некои едноставни заплеткувања помеѓу молекуларните синџири на хидрираната HPMC, освен тоа, постојат неколку други интеракции. Кога температурата се зголемува, HPMC прво апсорбира енергија за да ги раскине меѓумолекуларните водородни врски помеѓу молекулите на водата и HPMC молекулите, уништувајќи ја молекуларната структура слична на кафез, постепено ја губи врзаната вода на молекуларниот ланец и изложувајќи ги хидроксипропилните и метокси групите. Како што температурата продолжува да се зголемува (за да се достигне температурата на гелот), молекулите на HPMC постепено формираат тродимензионална мрежна структура преку хидрофобна асоцијација, HPMC геловите на крајот се формираат [160, 207, 208].
Додавањето на неоргански соли има одреден ефект врз температурата на гелот на HPMC, некои ја намалуваат температурата на гелот поради феноменот на солење, а други ја зголемуваат температурата на гелот поради феноменот на растворање на сол [209]. Со додавање на соли како NaCl, се јавува феноменот на солење и температурата на гелот на HPMC се намалува [210, 211]. Откако ќе се додадат соли во HPMC, молекулите на водата се повеќе склони да се комбинираат со јоните на сол, така што водородната врска помеѓу молекулите на водата и HPMC е уништена, водниот слој околу HPMC молекулите се троши и молекулите на HPMC може брзо да се ослободат за хидрофобност. Здружението, температурата на формирање на гел постепено се намалува. Напротив, кога се додаваат соли како NaSCN, се јавува феноменот на растворање на сол и температурата на гелот на HPMC се зголемува [212]. Редоследот на намалувањето на ефектот на анјоните врз температурата на гелот е: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN−, редоследот на катјоните на Зголемувањето на температурата на гелот е: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].
Кога се додаваат некои органски мали молекули како што се монохидричните алкохоли кои содржат хидроксилни групи, температурата на гелот се зголемува со зголемувањето на количината на додавање, покажува максимална вредност и потоа се намалува додека не дојде до раздвојување на фази [214, 215]. Ова главно се должи на неговата мала молекуларна тежина, што е споредливо со онаа на молекулите на водата по редослед на големината и може да постигне здружение на молекуларно ниво по комбинирањето.
(2) Растворливост на HPMC
HPMC има својства нерастворливи во топла вода и растворливи во ладна вода слични на MC, но може да се подели на тип на ладна дисперзија и тип на топла дисперзија според различна растворливост во вода [203]. Ладно дисперзиран HPMC може брзо да се распрсне во вода во ладна вода, а неговата вискозност се зголемува по одреден временски период и навистина се раствора во вода; термички дисперзиран HPMC, напротив, покажува агломерација при додавање вода на пониска температура, но потешко е да се додаде. Во вода со висока температура, HPMC може брзо да се дисперзира, а вискозноста се зголемува по намалувањето на температурата, станувајќи вистински воден раствор на HPMC. Растворливоста на HPMC во вода е поврзана со содржината на метокси групи, кои се нерастворливи во топла вода над 85 °C, 65 °C и 60 °C од високи до ниски. Општо земено, HPMC е нерастворлив во органски растворувачи како што се ацетон и хлороформ, но растворлив во воден раствор на етанол и мешани органски раствори.
(3) Толеранција на сол на HPMC
Нејонската природа на HPMC го прави неспособен да се јонизира во вода, така што нема да реагира со метални јони за да се таложи. Сепак, додавањето сол ќе влијае на температурата на која се формира HPMC гелот. Кога концентрацијата на сол се зголемува, температурата на гелот на HPMC се намалува; кога концентрацијата на сол е помала од точката на флокулација, вискозноста на растворот на HPMC може да се зголеми, така што при примена, целта на згуснување може да се постигне со додавање соодветна количина сол [210, 216].
(4) Отпорност на киселина и алкали на HPMC
Општо земено, HPMC има силна киселинско-базна стабилност и не е под влијание на pH вредноста на pH 2-12. HPMC покажува отпорност на одреден степен на разредена киселина, но покажува тенденција за намалување на вискозноста за концентрирана киселина; алкалите имаат мал ефект врз него, но можат малку да го зголемат, а потоа полека да ја намалат вискозноста на растворот [217, 218].
(5) Фактор на влијание на вискозноста на HPMC
HPMC е псевдопластичен, неговиот раствор е стабилен на собна температура, а неговата вискозност е под влијание на молекуларната тежина, концентрацијата и температурата. При иста концентрација, колку е поголема молекуларната тежина на HPMC, толку е поголема вискозноста; за ист производ со молекуларна тежина, колку е поголема концентрацијата на HPMC, толку е поголема вискозноста; the viscosity of the HPMC product decreases with the increase of temperature, and reaches the gel formation temperature, with a sudden increase in viscosity due to gelation [9, 219, 220].
(6) Други својства на HPMC
HPMC има силна отпорност на ензими, а неговата отпорност на ензими се зголемува со степенот на замена. Затоа, производот има постабилен квалитет за време на складирањето од другите шеќерни производи [189, 212]. HPMC има одредени емулгирачки својства. Хидрофобните метокси групи може да се адсорбираат на површината на маслената фаза во емулзијата за да формираат дебел слој за адсорпција, кој може да дејствува како заштитен слој; хидроксилните групи растворливи во вода може да се комбинираат со вода за да се подобри континуираната фаза. Вискозноста, го инхибира спојувањето на дисперзираната фаза, го намалува површинскиот напон и ја стабилизира емулзијата [221]. HPMC може да се меша со полимери растворливи во вода како што се желатин, метилцелулоза, гума од скакулец, карагенан и арапска гума за да се формира еднообразен и транспарентен раствор, а исто така може да се меша со пластификатори како што се глицерин и полиетилен гликол. [200, 201, 214].
1.2.2.4 Проблеми кои постојат во примената на хидроксипропил метилцелулоза
Прво, високата цена ја ограничува широката примена на HPMC. Иако HPMC филмот има добра транспарентност, својства на бариера за маснотии и механички својства. Сепак, неговата висока цена (околу 100.000/тон) ја ограничува нејзината широка примена, дури и во фармацевтски апликации со повисока вредност, како што се капсулите. Причината зошто HPMC е толку скап е прво затоа што суровината целулоза што се користи за подготовка на HPMC е релативно скапа. Дополнително, две супституентни групи, хидроксипропил група и метокси група, се накалемени на HPMC во исто време, што го отежнува процесот на неговата подготовка. Complex, so HPMC products are more expensive.
Второ, својствата на нискиот вискозитет и ниската јачина на гелот на HPMC при ниски температури ја намалуваат неговата обработливост во различни апликации. HPMC е термички гел, кој постои во растворена состојба со многу низок вискозитет при ниска температура, и може да формира вискозен гел сличен на цврста температура на висока температура, така што процесите на обработка како обложување, прскање и потопување мора да се изведуваат на висока температура . Во спротивно, растворот лесно ќе тече надолу, што ќе резултира со формирање на нерамномерен филмски материјал, што ќе влијае на квалитетот и перформансите на производот. Таквата работа со висока температура го зголемува коефициентот на тежина на работа, што резултира со висока производна потрошувачка на енергија и висока производна цена.
1.2.3 Ладен гел со хидроксипропил скроб
Скробот е природно полимерно соединение синтетизирано со фотосинтеза на растенијата во природна средина. Неговите составни полисахариди обично се складираат во семињата и клубените на растенијата во форма на гранули заедно со протеини, влакна, масла, шеќери и минерали. или во коренот [222]. Скробот не е само главен извор на внес на енергија за луѓето, туку и важна индустриска суровина. Поради широкиот извор, ниската цена, зелената, природна и обновлива, таа е широко користена во храната и медицината, ферментацијата, производството на хартија, текстилната и нафтената индустрија [223].
1.2.3.1 скроб и неговите деривати
Скробот е природен високополимер чија структурна единица е единица α-D-анхидроглукоза. Различни единици се поврзани со гликозидни врски, а нејзината молекуларна формула е (C6H10O5) n. Дел од молекуларниот синџир во скробните гранули е поврзан со α-1,4 гликозидни врски, што е линеарна амилоза; друг дел од молекуларниот синџир е поврзан со α-1,6 гликозидни врски на оваа основа, што е разгранет амилопектин [224]. Во гранулите од скроб, постојат кристални области во кои молекулите се распоредени во уреден распоред и аморфни области во кои молекулите се распоредени нередовно. дел состав. Не постои јасна граница помеѓу кристалниот регион и аморфниот регион, а молекулите на амилопектин можат да поминат низ повеќе кристални региони и аморфни региони. Врз основа на природната природа на синтезата на скроб, структурата на полисахаридот во скробот варира во зависност од растителните видови и изворните локации [225].
Иако скроб стана една од важните суровини за индустриско производство заради неговите широки извори и обновливи својства, домашниот скроб генерално има недостатоци како што се лошата растворливост на вода и својствата за формирање на филмови, ниски емулгирачки и геловични способности и недоволна стабилност. За да се прошири опсегот на примена, скробот обично се физичко-хемиски модифициран за да се прилагоди на различни барања за примена [38, 114]. Постојат три слободни хидроксилни групи на секоја структурна единица на гликоза во молекулите на скроб. Овие хидроксилни групи се високо активни и му даваат на скробот со својства слични на полиолите, кои даваат можност за реакција на денатурација на скроб.
По модификацијата, некои својства на природниот скроб се во голема мера подобрени, надминувајќи ги дефектите на употребата на природниот скроб, така што модифицираниот скроб игра клучна улога во сегашната индустрија [226]. Оксидираниот скроб е еден од најкористените модифицирани скробови со релативно зрела технологија. Во споредба со природниот скроб, оксидираниот скроб полесно се желатинизира. Предности на висока адхезија. Естерифициран скроб е дериват на скроб формиран со естерификација на хидроксилни групи во молекулите на скроб. Многу низок степен на замена може значително да ги промени својствата на природниот скроб. Транспарентноста и својствата на формирање филм на скробната паста очигледно се подобрени. Етерифицираниот скроб е реакција на етерификација на хидроксилните групи во молекулите на скроб за да се генерира полискроб етер, а неговата ретроградација е ослабена. Под силни алкални услови кога оксидираниот скроб и естерифицираниот скроб не можат да се користат, етерската врска исто така може да остане релативно стабилна. склони кон хидролиза. Скроб модифициран со киселина, скробот се третира со киселина за да се зголеми содржината на амилоза, што резултира со зголемена ретроградација и скробна паста. Тој е релативно транспарентен и формира цврст гел при ладењето [114].
1.2.3.2 Структура на хидроксипропил скроб
Хидроксипропил скроб (HPS), чија молекуларна структура е прикажана на сликите 1-4, е нејонски скроб етер, кој се подготвува со реакција на етерификација на пропилен оксид со скроб под алкални услови [223, 227, 228], и равенката на хемиската реакција е прикажана на слика 1-6.
За време на синтезата на HPS, покрај тоа што реагира со скроб за да генерира хидроксипропил скроб, пропилен оксидот може да реагира и со генерираниот хидроксипропил скроб за да генерира полиоксипропил странични синџири. степен на замена. Степенот на супституција (DS) се однесува на просечниот број на супституирани хидроксилни групи по гликозилна група. Повеќето од глукозилните групи на скроб содржат 3 хидроксилни групи кои можат да се заменат, така што максималниот ДС е 3. Моларниот степен на супституција (MS) се однесува на просечната маса на супституенти по мол од глукозилната група [223, 229]. Условите на процесот на реакцијата на хидроксипропилација, морфологијата на скробната гранула и односот на амилозата и амилопектинот во природниот скроб, сите влијаат на големината на MS.
1.2.3.3 Својства на хидроксипропил скроб
(1) Ладна гелација на HPS
За топлата HPS скробна паста, особено системот со висока содржина на амилоза, за време на процесот на ладење, молекуларните синџири на амилоза во скробната паста се заплеткуваат едни со други за да формираат тродимензионална мрежна структура и покажуваат очигледно однесување слично на цврсто. Тој станува еластомер, формира гел и може да се врати во состојба на раствор по повторното загревање, односно има својства на ладен гел, а овој феномен на гел има реверзибилни својства [228].
Желатинизираната амилоза континуирано се навива за да формира коаксијална единечна спирална структура. Надворешноста на овие единечни спирални структури е хидрофилна група, а внатрешноста е хидрофобна празнина. На висока температура, HPS постои во воден раствор како случајни калеми од кои се протегаат некои единечни спирални сегменти. Кога температурата е намалена, водородните врски помеѓу ХПС и водата се прекинуваат, структурната вода се губи и водородните врски помеѓу молекуларните синџири континуирано се формираат, на крајот формирајќи тродимензионална мрежна гел структура. Фазата на полнење во мрежата на гел од скроб се преостанатите скробни гранули или фрагменти по желатинизацијата, а испреплетувањето на некои амилопектин, исто така, придонесува за формирање на гел [230-232].
(2) хидрофилност на HPS
The introduction of hydrophilic hydroxypropyl groups weakens the strength of hydrogen bonds between starch molecules, promotes the movement of starch molecules or segments, and reduces the melting temperature of starch microcrystals; структурата на гранулите на скроб се менува, а површината на скробните гранули е груба Како што се зголемува температурата, се појавуваат некои пукнатини или дупки, така што молекулите на водата лесно можат да навлезат во внатрешноста на гранулите на скроб, што го прави скробот полесно да се набабрува и желатинира, па температурата на желатинизација на скробот се намалува. Како што се зголемува степенот на замена, температурата на желатизација на хидроксипропил скроб се намалува, и конечно може да отече во ладна вода. По хидроксипропилацијата, проток, стабилност на ниска температура, транспарентност, растворливост и својства за формирање на филмови на пастата од скроб беа подобри [233–235].
(3) Стабилност на HPS
HPS е нејонски скроб етер со висока стабилност. За време на хемиски реакции како што се хидролиза, оксидација и вкрстено поврзување, етерската врска нема да се прекине и супституентите нема да паднат. Затоа, својствата на ХПС се релативно помалку засегнати од електролитите и pH вредноста, осигурувајќи дека може да се користи во широк опсег на киселинско-базна pH [236-238].
1.2.3.4 Примена на ВС во областа на храната и медицината
HPS е нетоксичен и без вкус, со добри перформанси за варење и релативно низок вискозитет на хидролизатот. Тој е препознаен како безбеден модифициран скроб за јадење дома и во странство. Уште во 1950-тите, Соединетите Држави одобрија хидроксипропил скроб за директна употреба во храната [223, 229, 238]. HPS е модифициран скроб кој широко се користи во областа на храната, главно се користи како средство за згуснување, средство за суспендирање и стабилизатор.
Може да се користи во удобна храна и замрзната храна како што се пијалоци, сладолед и џемови; може делумно да ги замени гуми за јадење со висока цена, како што е желатин; може да се направи во јастиви филмови и да се користи како премази и пакување за храна [229, 236].
HPS најчесто се користи во областа на медицината како полнила, врзива за лековити култури, дезинтегранти за таблети, материјали за фармацевтски меки и тврди капсули, премази со лекови, средства против кондензирање за вештачки црвени крвни зрнца и згуснувачи на плазма, итн. [239] .
1.3 Полимерно соединување
Полимерните материјали се широко користени во сите аспекти на животот и се незаменливи и важни материјали. Постојаниот развој на науката и технологијата ги прави барањата на луѓето сè поразновидни, и генерално е тешко еднокомпонентните полимерни материјали да ги задоволат различните барања за примена на човечките суштества. Комбинирањето на два или повеќе полимери е најекономичен и најефикасен метод за добивање полимерни материјали со ниска цена, одлични перформанси, удобна обработка и широка примена, што го привлече вниманието на многу истражувачи и му се посветува се повеќе внимание [240-242] .
1.3.1 Цел и метод на соединување на полимер
Главната цел на полимерното соединување: (л) Да се оптимизираат сеопфатните својства на материјалите. Различни полимери се соединуваат, така што финалното соединение ги задржува одличните својства на една макромолекула, учи едни од силните страни и ги надополнува неговите слабости и ги оптимизира сеопфатните својства на полимерните материјали. (2) Намалете ги трошоците за материјали. Некои полимерни материјали имаат одлични својства, но тие се скапи. Затоа, тие можат да се комбинираат со други евтини полимери за да се намалат трошоците без да се влијае на употребата. (3) Подобрете ги својствата за обработка на материјалот. Некои материјали имаат одлични својства, но тешко се обработуваат, а може да се додадат соодветни други полимери за да се подобрат нивните преработувачки својства. (4) Да се зајакне одредено својство на материјалот. Со цел да се подобрат перформансите на материјалот во одреден аспект, се користи друг полимер за негова модификација. (5) Развивање на нови функции на материјалите.
Вообичаени методи на полимерно соединување: (л) Соединување со топење. Под дејството на стрижење на комбинираната опрема, различни полимери се загреваат до над температурата на вискозниот проток за комбинирање, а потоа се ладат и гранулираат по комбинирањето. (2) Реконституција на решение. Двете компоненти се мешаат и се мешаат со користење на заеднички растворувач, или растворените различни полимерни раствори се мешаат рамномерно, а потоа растворувачот се отстранува за да се добие полимерно соединение. (3) Соединување со емулзија. По мешање и мешање на различни полимерни емулзии од ист тип на емулгатор, се додава коагулант за да се ко-таложи полимерот за да се добие полимерно соединение. (4) Кополимеризација и соединување. Вклучувајќи ја кополимеризацијата на графтот, блок кополимеризацијата и реактивна кополимеризација, процесот на соединување е придружен со хемиска реакција. (5) Мрежа што меѓусебно продира [10].
1.3.2 Соединување на природни полисахариди
Природните полисахариди се вообичаена класа на полимерни материјали во природата, кои обично се хемиски модифицирани и покажуваат различни одлични својства. Меѓутоа, единечните полисахаридни материјали често имаат одредени ограничувања на перформансите, така што различни полисахариди често се соединуваат за да се постигне целта да се надополнат предностите во изведбата на секоја компонента и да се прошири опсегот на примена. Уште во 1980-тите, истражувањата за мешање на различни природни полисахариди значително се зголемија [243]. Истражувањето за системот на природни полисахаридни соединенија дома и во странство најмногу се фокусира на сложениот систем на курдлан и не-курдлан и на сложениот систем на два вида неурдести полисахариди.
1.3.2.1 Класификација на природни полисахаридни хидрогели
Природните полисахариди може да се поделат на curdlan и non-curdlan според нивната способност да формираат гелови. Some polysaccharides can form gels by themselves, so they are called curdlan, such as carrageenan, etc.; други сами по себе немаат својства на желатинирање и се нарекуваат неурдни полисахариди, како што е ксантанската гума.
Хидрогелите може да се добијат со растворање на природен курдлан во воден раствор. Врз основа на термоверзибилноста на добиениот гел и температурната зависност на неговиот модул, тој може да се подели на следните четири различни типа [244]:
(1) Криогел, полисахариден раствор може да добие гел само на ниска температура, како што е карагенан.
(2) Термички индуцираниот гел, раствор од полисахариди може да добие гел само на висока температура, како што е глукоманан.
(3) Растворот на полисахарид не само што може да добие гел на пониска температура, туку и да добие гел на повисока температура, но да претставува состојба на раствор на средна температура.
(4) Растворот може да добие гел само на одредена температура во средината. Различниот природен курдлан има своја критична (минимална) концентрација, над која може да се добие гел. Критичната концентрација на гелот е поврзана со континуираната должина на молекуларниот синџир на полисахаридот; јачината на гелот е во голема мера под влијание на концентрацијата и молекуларната тежина на растворот, и генерално, јачината на гелот се зголемува како што се зголемува концентрацијата [245].
1.3.2.2 Составен систем на курдлан и некурдлан
Соединувањето на не-курдлан со курдлан генерално ја подобрува јачината на гелот на полисахаридите [246]. Соединувањето на конјак гума за џвакање и карагенан ја подобрува стабилноста и еластичноста на гелот на структурата на композитната гел-мрежна структура и значително ја подобрува нејзината јачина на гелот. Веи Ју и сор. соедини карагенан и конјачка гума, и разговараше за структурата на гелот по мешањето. Студијата покажа дека по соединувањето на карагенан и конјак гума, се создал синергистички ефект, и била формирана мрежна структура во која доминира карагенан, во неа е дисперзирана гума за џвакање, а нејзината гел мрежа е погуста од онаа на чистиот карагенан [247]. Којама и сор. го проучувал сложениот систем на карагенан/коњак гума, а резултатите покажале дека со континуираното зголемување на молекуларната тежина на конјачката гума, стресот на руптура на композитниот гел продолжил да се зголемува; konjac гума со различна молекуларна тежина покажа слично формирање на гел. температура. Во овој соединен систем, формирањето на мрежата на гел е преземено од карагенан, а интеракцијата помеѓу двете молекули на curdlan резултира со формирање на слаби вкрстено поврзани региони [248]. Нишинари и сор. го проучувал системот на соединенија гелан гума/конјак гума, а резултатите покажале дека ефектот на едновалентни катјони врз сложениот гел бил поизразен. Може да го зголеми системскиот модул и температурата на формирање на гел. Дивалентни катјони може да го промовираат формирањето на композитни гелови до одреден степен, но прекумерните количини ќе предизвикаат одвојување на фази и ќе го намалат модулот на системот [246]. Бренер и сор. го проучувале соединувањето на карагенан, гума од скакулец и гума за џвакање, и откриле дека карагенан, гума од скакулец и гума за џвакање конјак може да произведат синергетски ефекти, а оптималниот сооднос е гума од скакулец/карагенан 1:5,5, гума за скакулци/караген 17: , и кога трите се соединуваат заедно, синергетскиот ефект е ист како оној на гума за џвакање карагенан/коњак, што покажува дека нема посебно соединување на трите. интеракција [249].
1.3.2.2 Два не-курдлански сложени системи
Два природни полисахариди кои немаат својства на гел можат да покажат својства на гел преку мешање, што резултира со гел производи [250]. Комбинирањето на гума за џвакање од скакулец со ксантанска гума произведува синергистички ефект што поттикнува формирање на нови гелови [251]. Нов гел производ може да се добие и со додавање на ксантанска гума во конјак глукоманан за соединување [252]. Веи Јанксија и сор. ги проучувал реолошките својства на комплексот гума од скакулец и ксантанска гума. Резултатите покажуваат дека соединението од гума од скакулец и ксантанска гума произведува синергетски ефект. Кога односот на волуменот на соединението е 4:6, најсилниот синергистички ефект [253]. Фицсимонс и сор. соединен конјак глукоманан со ксантанска гума на собна температура и под загревање. Резултатите покажаа дека сите соединенија покажаа својства на гел, што го одразува синергетскиот ефект помеѓу двете. Температурата на соединувањето и структурната состојба на ксантанската гума не влијаеле на интеракцијата помеѓу двете [254]. Гуо Шуџун и други ја проучувале оригиналната мешавина на свински измет, гума за џвакање со грав и ксантанска гума, а резултатите покажале дека гума за џвакање од свински измет и ксантанска гума имаат силен синергетски ефект. Оптималниот сооднос на соединување на гума за џвакање од грав од измет од свињи и лепило со соединение од ксантанска гума е 6/4 (w/w). Тој е 102 пати поголем од единечниот раствор на гума од соја, а гелот се формира кога концентрацијата на соединението гума за џвакање ќе достигне 0,4%. Соединението лепило има висок вискозитет, добра стабилност и реолошки својства и е одлична храна за џвакање [255].
1.3.3 Компатибилност на полимерните композити
Компатибилноста, од термодинамичка гледна точка, се однесува на постигнување компатибилност на молекуларно ниво, познато и како меѓусебна растворливост. Според теоријата на моделот Флори-Хагинс, промената на слободната енергија на системот на полимерното соединение за време на процесот на мешање е во согласност со формулата за слободна енергија на Гибс:
△���=△���-T△ (1-1)
Меѓу нив, △������е сложената топлина, е сложената ентропија; е апсолутна температура; комплексниот систем е компатибилен систем само кога се менува слободната енергија △���за време на сложениот процес [256].
Концептот за мешање произлегува од фактот дека многу малку системи можат да постигнат термодинамичка компатибилност. Мешаливоста се однесува на способноста на различни компоненти да формираат хомогени комплекси, а најчесто користениот критериум е комплексите да покажуваат една стаклена преодна точка.
Различно од термодинамичката компатибилност, генерализираната компатибилност се однесува на способноста на секоја компонента во сложениот систем да се приспособат едни на други, што е предложено од практична гледна точка [257].
Врз основа на генерализирана компатибилност, системите со полимерни соединенија можат да се поделат на целосно компатибилни, делумно компатибилни и целосно некомпатибилни системи. Целосно компатибилен систем значи дека соединението е термодинамички мешавина на молекуларно ниво; делумно компатибилен систем значи дека соединението е компатибилно во одреден опсег на температура или состав; целосно некомпатибилен систем значи дека соединението е мешање на молекуларно ниво не може да се постигне на која било температура или состав.
Поради одредени структурни разлики и конформациска ентропија помеѓу различни полимери, повеќето полимерни комплексни системи се делумно компатибилни или некомпатибилни [11, 12]. Во зависност од фазното одвојување на системот на соединение и нивото на мешање, компатибилноста на делумно компатибилниот систем исто така ќе се разликува многу [11]. Макроскопските својства на полимерните композити се тесно поврзани со нивната внатрешна микроскопска морфологија и физичките и хемиските својства на секоја компонента. 240], па затоа е од големо значење да се проучува микроскопската морфологија и компатибилноста на сложениот систем.
Методи за истражување и карактеризирање за компатибилност на бинарни соединенија:
(1) Температура на транзиција на стакло Т���метод на споредба. Споредувајќи го Т���на соединението со Т���од неговите компоненти, ако само еден Т���се појавува во соединението, сложениот систем е компатибилен систем; ако има два Т���, и двајцата Т���позициите на соединението се во двете групи Средината на точките Т���покажува дека сложениот систем е делумно компатибилен систем; ако има два Т���, и тие се наоѓаат на позициите на двете компоненти Т���, тоа покажува дека сложениот систем е некомпатибилен систем.
T���Тест инструменти кои често се користат во методот на споредба се динамички термомеханички анализатор (DMA) и калориметар за диференцијално скенирање (DSC). Овој метод може брзо да суди за компатибилноста на сложениот систем, но ако Т���од двете компоненти е сличен, еден Т���ќе се појави и по соединувањето, така што овој метод има одредени недостатоци [10].
(2) Морфолошки метод на набљудување. Прво, набљудувајте ја макроскопската морфологија на соединението. Ако соединението има очигледно раздвојување на фази, може прелиминарно да се процени дека сложениот систем е некомпатибилен систем. Второ, микроскопската морфологија и фазната структура на соединението се набљудуваат со микроскоп. Двете компоненти кои се целосно компатибилни ќе формираат хомогена состојба. Затоа, соединението со добра компатибилност може да набљудува униформа фазна дистрибуција и мала дисперзирана фазна големина на честички. и заматен интерфејс.
Инструментите за тестирање кои често се користат во методот на набљудување на топографијата се оптички микроскоп и скенирачки електронски микроскоп (SEM). Методот на топографија на набљудување може да се користи како помошен метод во комбинација со други методи на карактеризација.
(3) Метод на транспарентност. Во делумно компатибилен систем на соединенија, двете компоненти можат да бидат компатибилни во одреден опсег на температура и состав, а раздвојувањето на фазите ќе се случи надвор од овој опсег. Во процесот на трансформација на сложениот систем од хомоген систем во двофазен систем, неговата пропустливост на светлината ќе се промени, така што неговата компатибилност може да се проучува со проучување на транспарентноста на соединението.
Овој метод може да се користи само како помошен метод, бидејќи кога индексите на рефракција на двата полимери се исти, соединението добиено со соединување на двата некомпатибилни полимери е исто така транспарентно.
(4) Реолошки метод. In this method, the sudden change of the viscoelastic parameters of the compound is used as the sign of phase separation, for example, the sudden change of the viscosity-temperature curve is used to mark the phase separation, and the sudden change of the apparent Како знак за одвојување на фазите се користи кривата на напрегање-температура на смолкнување. Системот за мешање без раздвојување на фази по соединувањето има добра компатибилност, а оние со раздвојување на фаза се некомпатибилен или делумно компатибилен систем [258].
(5) Метод на Ханова крива. Кривата на Хан е lg���'(���) lg G“, ако Хановата крива на сложениот систем нема температурна зависност, а Хановата крива на различни температури формира главна крива, сложениот систем е компатибилен; ако сложениот систем е компатибилен Хановата крива зависи од температурата. Ако Хановата крива е одвоена една од друга на различни температури и не може да формира главна крива, сложениот систем е некомпатибилен или делумно компатибилен. Затоа, компатибилноста на сложениот систем може да се процени според одвојувањето на Хановата крива.
(6) Метод на вискозност на растворот. Овој метод ја користи промената на вискозноста на растворот за да ја карактеризира компатибилноста на сложениот систем. Под различни концентрации на растворот, вискозноста на соединението се црта наспроти составот. Ако е линеарна врска, тоа значи дека сложениот систем е целосно компатибилен; ако е нелинеарна врска, тоа значи дека сложениот систем е делумно компатибилен; ако е крива во форма на S, тогаш покажува дека сложениот систем е целосно некомпатибилен [10].
(7) Инфрацрвена спектроскопија. Откако ќе се соединат двата полимери, ако компатибилноста е добра, ќе има интеракции како што се водородните врски, а позициите на бендовите на карактеристичните групи на инфрацрвениот спектар на секоја група на полимерниот синџир ќе се поместат. Поместувањето на карактеристичните групни ленти на комплексот и секоја компонента може да суди за компатибилноста на сложениот систем.
Покрај тоа, компатибилноста на комплексите може да се проучува и со термогравиметриски анализатори, дифракција на Х-зраци, расејување на рендгенско расејство на мал агол, расејување на светлина, расејување на електронски електрони, нуклеарна магнетна резонанца и ултразвучни техники [10].
1.3.4 Напредокот на истражувањето на соединувањето на хидроксипропил метилцелулоза/хидроксипропил скроб
1.3.4.1 Соединување на хидроксипропил метилцелулоза и други супстанции
Соединенијата на HPMC и други супстанции главно се користат во системи за ослободување контролирани од лекови и материјали за пакување со филм што може да се јаде или разградува. Во примената на ослободување контролирано со лекови, полимерите често комбинирани со HPMC вклучуваат синтетички полимери како поливинил алкохол (PVA), кополимер на млечна киселина-гликолна киселина (PLGA) и поликапролактон (PCL), како и протеини, природни полимери како што се полисахариди. Абдел-Захер и сор. го проучувале структурниот состав, термичката стабилност и нивната врска со перформансите на композитите HPMC/PVA, а резултатите покажале дека постои одредена мешаливост во присуство на двата полимери [259]. Забихи и сор. користеше комплекс HPMC/PLGA за подготовка на микрокапсули за контролирано и одржливо ослободување на инсулин, што може да постигне одржливо ослободување во желудникот и цревата [260]. Џавед и сор. соедини хидрофилна HPMC и хидрофобна PCL и користеше комплекси HPMC/PCL како микрокапсулни материјали за контролирано и одржливо ослободување на лекот, кои може да се ослободат во различни делови од човечкото тело со прилагодување на односот на соединување [261]. Динг и сор. ги проучувал реолошките својства како што се вискозноста, динамичката вискоеластичност, обновувањето на лази и тиксотропијата на комплексите HPMC/колаген што се користат во областа на контролирано ослободување на лекот, обезбедувајќи теоретски насоки за индустриски апликации [262]. Артанари, Каи и Раи и сор. [263-265] Комплексите на HPMC и полисахариди како што се хитозан, ксантанска гума и натриум алгинат беа применети во процесот на одржливо ослободување на вакцината и лекот, а резултатите покажаа контролиран ефект на ослободување на лекот [263-265].
Во развојот на јастиви или разградливи филмски материјали за пакување, полимерите често комбинирани со HPMC се главно природни полимери како што се липиди, протеини и полисахариди. Карача, Фагундес и Контрерас-Олива и др. подготви композитни мембрани за јадење со HPMC/липидни комплекси и ги користеше во зачувување на сливи, чери домати и цитрус, соодветно. Резултатите покажаа дека HPMC/липидниот комплекс мембрани имаат добар антибактериски ефект на свежо чување [266-268]. Шети, Рубилар и Динг и сор. ги проучуваше механичките својства, термичката стабилност, микроструктурата и интеракциите помеѓу компонентите на композитни филмови за јадење подготвени од HPMC, свилен протеин, изолатор на протеини од сурутка и колаген, соодветно [269-271]. Естеглал и сор. формулиран HPMC со желатин за подготовка на јастиви филмови за употреба во био-базирани материјали за пакување [111]. Прија, Кондавеети, Саката и Ортега-Торо и сор. подготви HPMC/хитозан HPMC/ксилоглукан, HPMC/етил целулоза и HPMC/скроб за јадење композитни филмови, соодветно, и ги проучуваше нивната термичка стабилност, механичките својства, микроструктурата и антибактериските својства [139, 272-274]. Соединението HPMC/PLA може да се користи и како материјал за пакување за прехранбени производи, обично со истиснување [275].
Во развојот на јастиви или разградливи филмски материјали за пакување, полимерите често комбинирани со HPMC се главно природни полимери како што се липиди, протеини и полисахариди. Карача, Фагундес и Контрерас-Олива и др. подготви композитни мембрани за јадење со HPMC/липидни комплекси и ги користеше во зачувување на сливи, чери домати и цитрус, соодветно. Резултатите покажаа дека HPMC/липидниот комплекс мембрани имаат добар антибактериски ефект на свежо чување [266-268]. Шети, Рубилар и Динг и сор. ги проучуваше механичките својства, термичката стабилност, микроструктурата и интеракциите помеѓу компонентите на композитни филмови за јадење подготвени од HPMC, свилен протеин, изолатор на протеини од сурутка и колаген, соодветно [269-271]. Естеглал и сор. формулиран HPMC со желатин за подготовка на јастиви филмови за употреба во био-базирани материјали за пакување [111]. Прија, Кондавеети, Саката и Ортега-Торо и сор. подготви HPMC/хитозан HPMC/ксилоглукан, HPMC/етил целулоза и HPMC/скроб за јадење композитни филмови, соодветно, и ги проучуваше нивната термичка стабилност, механичките својства, микроструктурата и антибактериските својства [139, 272-274]. Соединението HPMC/PLA може да се користи и како материјал за пакување за прехранбени производи, обично со истиснување [275].
1.3.4.2 Соединување на скроб и други супстанции
Истражувањето за соединувањето на скроб и други супстанции првично се фокусираше на различни хидрофобни алифатични полиестерски супстанции, вклучувајќи полилактична киселина (PLA), поликапролактон (PCL), полибутен килибарна киселина (PBSA), итн. 276]. Мулер и сор. ги проучувал структурата и својствата на композитите од скроб/PLA и интеракцијата помеѓу двете, а резултатите покажале дека интеракцијата помеѓу двете е слаба, а механичките својства на композитите биле лоши [277]. Кореа, Комур и Дијаз-Гомез и сор. ги проучувал механичките својства, реолошките својства, својствата на гелот и компатибилноста на двете компоненти на комплексите скроб/PCL, кои биле применети за развој на биоразградливи материјали, биомедицински материјали и материјали за скеле за инженерство на ткиво [278-280]. Ohkika et al. откриле дека мешавината од пченкарен скроб и PBSA е многу ветувачка. Кога содржината на скроб е 5-30%, зголемувањето на содржината на скробните гранули може да го зголеми модулот и да го намали стресот на истегнување и издолжувањето при прекин [281,282]. Хидрофобниот алифатичен полиестер е термодинамички некомпатибилен со хидрофилниот скроб и вообичаено се додаваат разни компатибилизатори и адитиви за да се подобри фазниот интерфејс помеѓу скроб и полиестер. Szadkowska, Ferri и Li et al. ги проучувал ефектите на пластификаторите базирани на силинол, ленено масло од малеински анхидрид и деривати на функционализирани растителни масла врз структурата и својствата на комплексите скроб/PLA, соодветно [283-285]. Ортега-Торо, Ју и сор. користеле лимонска киселина и дифенилметан диизоцијанат за да се компатибилни соединението скроб/PCL и соединението скроб/PBSA, соодветно, за да се подобрат својствата и стабилноста на материјалот [286, 287].
Во последниве години, се повеќе и повеќе се истражуваат соединувањето на скробот со природни полимери како што се протеини, полисахариди и липиди. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen и Zhang et al ги проучувале физичко-хемиските својства на скроб/зеин, скроб/протеин од сурутка и скроб/желатин комплекси, соодветно, и сите резултати постигнале добри резултати, кои можат да се применат на прехранбените биоматеријали и капсули [52, 288, 289]. Лозано-Наваро, Талон и Рен и сор. ги проучуваше пропустливоста на светлината, механичките својства, антибактериските својства и концентрацијата на хитозан на композитните филмови од скроб/хитозан, соодветно, и додаде природни екстракти, полифеноли од чај и други природни антибактериски агенси за подобрување на антибактерискиот ефект на композитниот филм. Резултатите од истражувањето покажуваат дека композитниот филм од скроб/хитозан има голем потенцијал во активното пакување на храна и лекови [290-292]. Каушик, Ганбарзадех, Арванитојанис и Џанг и сор. ги проучувал својствата на нанокристалите од скроб/целулоза, скроб/карбоксиметилцелулоза, скроб/метилцелулоза и скроб/хидроксипропилметилцелулозни композитни филмови, соодветно, и главните апликации во јастиви/биоразградливи материјали за пакување [293-295]. Дафе, Џумаидин и Ласкомбс и сор. ги проучувал соединенијата на скроб/гума за храна, како што се скроб/пектин, скроб/агар и скроб/карагенан, главно користени во полето на храна и пакување храна [296-298]. Физичко-хемиските својства на скроб од тапиока/пченкарно масло, скроб/липидни комплекси беа проучувани од Перез, Де и сор., главно за да го водат процесот на производство на екструдирана храна [299, 300].
1.3.4.3 Соединување на хидроксипропил метилцелулоза и скроб
Во моментов, нема многу студии за сложениот систем на HPMC и скроб дома и во странство, а повеќето од нив додаваат мала количина на HPMC во матрицата на скроб за да го подобрат феноменот на стареење на скробот. Хименез и сор. користеше HPMC за да го намали стареењето на природниот скроб за да ја подобри пропустливоста на скробните мембрани. Резултатите покажаа дека додавањето на HPMC го намалува стареењето на скробот и ја зголемува флексибилноста на композитната мембрана. Пропустливоста на кислородот на композитната мембрана беше значително зголемена, но водоотпорните перформанси не. Колку се промени [301]. Вилакрес, Баш и сор. соедини HPMC и тапиока скроб за подготовка на материјали за пакување со композитен филм од HPMC/скроб, и го проучуваше пластифицирачкиот ефект на глицеринот на композитниот филм и ефектите на калиум сорбат и низин врз антибактериските својства на композитниот филм. Резултатите што покажуваат дека со зголемувањето на содржината на HPMC, се зголемуваат еластичниот модул и јачината на затегнување на композитниот филм, издолжувањето на паузата е намалена, а пропустливоста на водената пареа има мал ефект; калиум сорбат и низин можат да го подобрат композитниот филм. Антибактерискиот ефект на два антибактериски агенси е подобар кога се користат заедно [112, 302]. Ортега-Торо и сор. ги проучувал својствата на композитните мембрани со топла цедена HPMC/скроб и го проучувал ефектот на лимонската киселина врз својствата на композитните мембрани. Резултатите покажаа дека HPMC беше дисперзиран во скробната континуирана фаза, и лимонската киселина и HPMC имаа ефект врз стареењето на скробот. до одреден степен на инхибиција [139]. Ајоринде и сор. користеше HPMC/скроб композитен филм за обложување на орален амлодипин, а резултатите покажаа дека времето на распаѓање и стапката на ослободување на композитниот филм беа многу добри [303].
Жао Минг и сор. го проучувале ефектот на скробот врз стапката на задржување на водата на HPMC филмовите, а резултатите покажале дека скробот и HPMC имале одреден синергетски ефект, што резултирало со севкупно зголемување на стапката на задржување на водата [304]. Џанг и сор. ги проучувал филмските својства на соединението HPMC/HPS и реолошките својства на растворот. Резултатите покажуваат дека системот на соединенија HPMC/HPS има одредена компатибилност, перформансите на сложената мембрана се добри, а реолошките својства на HPS кон HPMC имаат добар ефект на балансирање [305, 306]. There are few studies on the HPMC/starch compound system with high HPMC content, and most of them are in the shallow performance research, and the theoretical research on the compound system is relatively lacking, especially the gel of HPMC/HPS cold-heat reversed -фазен композитен гел. Mechanistic studies are still in a blank state.
1.4 Реологија на полимерните комплекси
Во процесот на обработка на полимерните материјали, неизбежно ќе дојде до проток и деформација, а реологијата е наука која ги проучува законите за проток и деформација на материјалите [307]. Протокот е својство на течните материјали, додека деформацијата е својство на цврстите (кристални) материјали. Општа споредба на протокот на течност и цврстата деформација е како што следува:
Во практичната индустриска примена на полимерните материјали, нивната вискозност и вискоеластичност ги одредуваат нивните перформанси на обработка. Во процесот на обработка и обликување, со промена на брзината на смолкнување, вискозноста на полимерните материјали може да има голема големина од неколку реда на големина. Промена [308]. Реолошките својства како што се вискозноста и разредувањето со смолкнување директно влијаат на контролата на пумпањето, перфузијата, дисперзијата и прскањето при обработката на полимерните материјали и се најважните својства на полимерните материјали.
1.4.1 Вискоеластичност на полимерите
Под надворешна сила, полимерната течност не само што може да тече, туку и да покаже деформација, покажувајќи еден вид перформанси на „вискоеластичност“, а неговата суштина е коегзистенција на „двофазно цврсто-течно“ [309]. Сепак, оваа вискоеластичност не е линеарна вискоеластичност при мали деформации, туку нелинеарна вискоеластичност каде што материјалот покажува големи деформации и продолжен стрес [310].
Природниот воден раствор на полисахарид се нарекува и хидросол. Во разредениот раствор, полисахаридните макромолекули се во форма на намотки одделени една од друга. Кога концентрацијата се зголемува до одредена вредност, макромолекуларните намотки меѓусебно продираат и се преклопуваат една со друга. Вредноста се нарекува критична концентрација [311]. Под критичката концентрација, вискозноста на растворот е релативно ниска, и не е засегната од стапката на смолкнување, покажувајќи го однесувањето на течноста на tonутн; кога ќе се достигне критичната концентрација, макромолекулите кои првично се движат изолирано почнуваат да се заплеткуваат едни со други, а вискозноста на растворот значително се зголемува. зголемување [312]; додека кога концентрацијата ја надминува критичната концентрација, се забележува разредување со смолкнување и растворот покажува однесување на не-Њутнова течност [245].
Некои хидросоли можат да формираат гелови под одредени услови, а нивните вискоеластични својства обично се карактеризираат со модул на складирање G', модул на загуба G“ и нивната зависност од фреквенцијата. Модулот за складирање одговара на еластичноста на системот, додека Модулот на загуба одговара на вискозноста на системот [311]. Во разредените раствори, нема заплеткување помеѓу молекулите, така што на широк опсег на фреквенции, G′ е многу помал од G″ и покажа силна зависност од фреквенцијата. Бидејќи G′ и G″ се пропорционални на фреквенцијата ω и нејзината квадратна, соодветно, кога фреквенцијата е поголема, G′ > G″. Кога концентрацијата е повисока од критичната концентрација, G′ и G″ сè уште имаат зависност од фреквенција. Кога фреквенцијата е помала, G′ < G″, и фреквенцијата постепено се зголемува, двете ќе се вкрстат и ќе се вратат на G′> во регионот со висока фреквенција G“.
Критичната точка во која природниот полисахарид хидросол се трансформира во гел се нарекува гел точка. Постојат многу дефиниции за гел точка, а најчесто користена е дефиницијата за динамичка вискоеластичност во реологијата. Кога модулот за складирање G′ на системот е еднаков на модулот на загуба G″, тоа е точката на гел, и G′ > G″ формирање на гел [312, 313].
Некои природни молекули на полисахариди формираат слаби асоцијации, а нивната гел структура лесно се уништува, а G' е малку поголем од G“, покажувајќи зависност од помала фреквенција; додека некои природни молекули на полисахариди можат да формираат стабилни региони со вкрстено поврзување, кои гелската структура е посилна, G′ е многу поголем од G″ и нема зависност од фреквенција [311].
1.4.2 Реолошко однесување на полимерните комплекси
За целосно компатибилен систем на полимерно соединение, соединението е хомоген систем, а неговата вискоеластичност е генерално збир на својствата на еден полимер, а неговата вискоеластичност може да се опише со едноставни емпириски правила [314]. Практиката докажа дека хомогениот систем не придонесува за подобрување на неговите механички својства. Напротив, некои сложени системи со фазно одвоени структури имаат одлични перформанси [315].
На компатибилноста на делумно компатибилен систем на соединенија ќе влијаат фактори како што се односот на соединението на системот, стапката на смолкнување, температурата и структурата на компонентите, покажувајќи компатибилност или фазно одвојување, а преминот од компатибилност кон раздвојување на фази е неизбежен. што доведува до значителни промени во вискоеластичноста на системот [316, 317]. Во последниве години, имаше бројни студии за вискоеластичното однесување на делумно компатибилните полимерни комплексни системи. Истражувањето покажува дека реолошкото однесување на сложениот систем во зоната на компатибилност ги претставува карактеристиките на хомогениот систем. Во зоната на раздвојување на фази, реолошкото однесување е сосема различно од хомогената зона и исклучително сложено.
Разбирањето на реолошките својства на системот за мешање при различни концентрации, соодноси на мешање, стапки на смолкнување, температури итн. е од големо значење за правилен избор на технологијата на обработка, рационален дизајн на формули, строга контрола на квалитетот на производот и соодветно намалување на производството. потрошувачката на енергија. [309]. На пример, за материјали чувствителни на температура, вискозноста на материјалот може да се промени со прилагодување на температурата. И подобрување на перформансите на обработка; разберете ја зоната на разредување на материјалот, изберете ја соодветната стапка на смолкнување за да ги контролирате перформансите на обработка на материјалот и да ја подобрите ефикасноста на производството.
1.4.3 Фактори кои влијаат на реолошките својства на соединението
Физичките и хемиските својства и внатрешната структура на сложениот систем се сеопфатен одраз на комбинираните придонеси на својствата на секоја компонента и интеракцијата помеѓу компонентите. Затоа, физичките и хемиските својства на секоја состојка имаат одлучувачка улога во системот на соединенија. Степенот на компатибилност помеѓу различни полимери варира во голема мера, некои се многу компатибилни, а некои се речиси целосно некомпатибилни.
1.4.3.2 Односот на сложениот систем
Вискоеластичноста и механичките својства на системот на полимерното соединение значително ќе се променат со промената на односот на соединението. This is because the compound ratio determines the contribution of each component to the compound system, and also affects each component. интеракција и фазна дистрибуција. Ксие Јаџие и сор. проучувале хитозан/хидроксипропил целулоза и откриле дека вискозноста на соединението значително се зголемува со зголемувањето на содржината на хидроксипропил целулоза [318]. Џанг Јајуан и сор. го проучувале комплексот на ксантанска гума и пченкарен скроб и откриле дека кога односот на ксантанската гума е 10%, коефициентот на конзистентност, стресот на приносот и индексот на течност на комплексниот систем значително се зголемиле. Очигледно [319].
Повеќето полимерни течности се псевдопластични течности, кои не се во согласност со Њутновиот закон за проток. Главната карактеристика е дека вискозноста е во основа непроменета при ниско смолкнување, а вискозноста нагло се намалува со зголемувањето на стапката на смолкнување [308, 320]. Кривата на проток на полимерната течност може грубо да се подели на три региони: Њутнов регион со низок смолкнување, регион на разредување со смолкнување и регион со висока стабилност на смолкнување. Кога стапката на смолкнување има тенденција на нула, стресот и вирусот стануваат линеарни, а однесувањето на протокот на течноста е слично на онаа на tonутновата течност. Во тоа време, вискозноста се стреми кон одредена вредност, која се нарекува вискозност на нулта смолкнување η0. η0 го одразува максималното време на релаксација на материјалот и е важен параметар на полимерните материјали, кој е поврзан со просечната молекуларна тежина на полимерот и енергијата на активирање на вискозниот проток. Во зоната за слабеење на смолкнување, вискозноста постепено се намалува со зголемувањето на стапката на смолкнување и се јавува феноменот на „опаѓање на смолкнување“. Оваа зона е типична зона на проток во обработката на полимерните материјали. Во регионот со висока стабилност на смолкнување, како што стапката на смолкнување продолжува да се зголемува, вискозноста има друга константа, бесконечна вискозност на смолкнување η∞, но овој регион обично е тешко да се постигне.
1.4.3.4 Температура
Температурата директно влијае на интензитетот на случајното термичко движење на молекулите, што може значително да влијае на интермолекуларните интеракции како што се дифузија, ориентација на молекуларниот синџир и заплеткување. Во принцип, за време на протокот на полимерни материјали, движењето на молекуларните синџири се врши во сегменти; како што се зголемува температурата, слободниот волумен се зголемува, а отпорот на проток на сегментите се намалува, па вискозноста се намалува. Меѓутоа, за некои полимери, како што се зголемува температурата, се јавува хидрофобна поврзаност помеѓу синџирите, па наместо тоа вискозноста се зголемува.
Различни полимери имаат различни степени на чувствителност на температура, а истиот висок полимер има различни ефекти врз работата на неговиот механизам во различни температурни опсези.
1.5 Значењето на истражувањето, целта на истражувањето и содржината на истражувањето на оваа тема
1.5.1 Значење на истражувањето
Иако HPMC е безбеден и јадлив материјал кој широко се користи во областа на храната и медицината, тој има добри својства за формирање филм, дисперзија, згуснување и стабилизирање. HPMC филмот, исто така, има добра транспарентност, својства на бариера за масло и механички својства. Сепак, неговата висока цена (околу 100.000/тон) ја ограничува нејзината широка примена, дури и во фармацевтски апликации со повисока вредност, како што се капсулите. In addition, HPMC is a thermally induced gel, which exists in a solution state with low viscosity at low temperature, and can form a viscous solid-like gel at high temperature, so processing processes such as coating, spraying and dipping must It is carried надвор на висока температура, што резултира со висока производна потрошувачка на енергија и висока производна цена. Својствата како што се помалиот вискозитет и јачината на гелот на HPMC при ниски температури ја намалуваат обработливоста на HPMC во многу апликации.
Спротивно на тоа, HPS е евтин (околу 20.000/тон) јадлив материјал кој исто така е широко користен во областа на храната и медицината. Причината зошто HPMC е толку скапа е тоа што суровината целулоза што се користи за подготовка на HPMC е поскапа од скробниот скроб што се користи за подготовка на HPS. Дополнително, HPMC е накалемен со два супституенти, хидроксипропил и метокси. Како резултат на тоа, процесот на подготовка е многу комплициран, така што цената на HPMC е многу повисока од онаа на HPS. Овој проект се надева дека ќе замени некои од скапите HPMC со HPS со ниски цени и ќе ја намали цената на производот врз основа на одржување слични функции.
Покрај тоа, HPS е ладен гел, кој постои во состојба на вискоеластичен гел на ниска температура и формира течен раствор на висока температура. Затоа, додавањето HPS во HPMC може да ја намали температурата на гелот на HPMC и да ја зголеми неговата вискозност при ниска температура. и јачина на гелот, со што се подобрува неговата обработливост при ниски температури. Покрај тоа, HPS јастивиот филм има добри својства на бариера на кислород, така што додавањето на HPS во HPMC може да ги подобри својствата на кислородната бариера на филмот за јадење.
Накратко, комбинацијата на HPMC и HPS: Прво, таа има важно теоретско значење. HPMC е топол гел, а HPS е ладен гел. Со комбинирање на двете, теоретски постои преодна точка помеѓу топли и ладни гелови. Воспоставувањето на системот HPMC/HPS со соединенија со ладни и топли гелови и неговото истражување на механизмот може да обезбеди нов начин за истражување на овој вид на ладен и топол систем со соединенија со гел со обратна фаза, воспоставено теоретско водство. Второ, може да ги намали трошоците за производство и да го подобри профитот на производот. Преку комбинацијата на HPS и HPMC, трошоците за производство може да се намалат во однос на суровини и потрошувачка на енергија во производството, а профитот на производот може значително да се подобри. Трето, може да ги подобри перформансите на обработка и да ја прошири апликацијата. Додавањето HPS може да ја зголеми концентрацијата и јачината на гелот на HPMC при ниска температура и да ги подобри неговите перформанси при обработка на ниска температура. Покрај тоа, перформансите на производот може да се подобрат. Со додавање на HPS за подготовка на композитниот филм за јадење на HPMC/HPS, својствата на кислородната бариера на филмот за јадење може да се подобрат.
Компатибилноста на системот на полимерното соединение може директно да ја одреди микроскопската морфологија и сеопфатните својства на соединението, особено механичките својства. Затоа, многу е важно да се проучи компатибилноста на системот за соединенија HPMC/HPS. И HPMC и HPS се хидрофилни полисахариди со иста структурна единица-гликоза и модифицирани од истата функционална група хидроксипропил, што во голема мера ја подобрува компатибилноста на системот со соединенија HPMC/HPS. Сепак, HPMC е ладен гел, а HPS е топол гел, а обратното однесување на гелот на двата води до феноменот на раздвојување на фази на системот со соединенија HPMC/HPS. Накратко, фазната морфологија и фазната транзиција на композитниот систем HPMC/HPS ладно-топол гел се доста сложени, така што компатибилноста и фазното одвојување на овој систем ќе бидат многу интересни.
Морфолошката структура и реолошкото однесување на полимерните комплексни системи се меѓусебно поврзани. Од една страна, реолошкото однесување при обработката ќе има големо влијание врз морфолошката структура на системот; од друга страна, реолошкото однесување на системот може точно да ги одрази промените во морфолошката структура на системот. Затоа, од големо значење е да се проучат реолошките својства на HPMC/HPS соединениот систем за водење на производството, преработката и контролата на квалитетот.
Макроскопските својства како што се морфолошката структура, компатибилноста и реологијата на системот за ладни и топли гелови HPMC/HPS се динамични и се под влијание на низа фактори како што се концентрацијата на растворот, односот на соединување, брзината на смолкнување и температурата. Односот помеѓу микроскопската морфолошка структура и макроскопските својства на композитниот систем може да се регулира со контролирање на морфолошката структура и компатибилноста на композитниот систем.
1.5.2 Цел на истражувањето
Беше конструиран HPMC/HPS системот на соединенија со гел со реверзна фаза со ладна и жешка обратна фаза, беа проучени неговите реолошки својства и беа истражени ефектите од физичката и хемиската структура на компонентите, односот на соединувањето и условите за обработка врз реолошките својства на системот. Подготвен е јадење композитен филм на HPMC/HPS, а се изучуваа макроскопските својства како што се механички својства, пропустливост на воздухот и оптички својства на филмот и беа истражени факторите и законите. Систематски проучете го фазата на транзиција, компатибилноста и фазата на раздвојување на HPMC/HPS ладно и топло обратно-фаза на гел комплекс, ги истражуваат неговите фактори и механизми на влијание и воспоставете ја врската помеѓу микроскопската морфолошка структура и макроскопските својства. Морфолошката структура и компатибилноста на композитниот систем се користат за контрола на својствата на композитните материјали.
1.5.3 Истражувачка содржина
Со цел да се постигне очекуваната истражувачка цел, овој труд ќе го направи следново истражување:
(1) Конструирајте го HPMC/HPS ладен и топол систем со гел со реверзна фаза и користете реометар за да ги проучите реолошките својства на растворот на соединението, особено ефектите на концентрацијата, односот на мешање и брзината на смолкнување врз вискозноста и индексот на проток на сложениот систем. Беа испитани влијанието и законот на реолошките својства како што се тиксотропија и тиксотропија, а механизмот на формирање на ладен и топол композитен гел беше прелиминарно истражен.
(2) Беше подготвен композитен филм за јадење HPMC/HPS и беше користен скенирачки електронски микроскоп за проучување на влијанието на вродените својства на секоја компонента и односот на составот врз микроскопската морфологија на композитниот филм; тестерот за механички својства беше користен за проучување на вродените својства на секоја компонента, составот на композитниот филм Влијанието на односот и релативната влажност на околината врз механичките својства на композитниот филм; употребата на тестер за брзина на пренос на кислород и спектрофотометар UV-Vis за проучување на ефектите на инхерентните својства на компонентите и односот на соединението врз својствата за пренос на кислород и светлина на композитниот филм. топла инверзна гел композитен систем беа проучувани со скенирање електронска микроскопија, термогравиметриска анализа и динамичка термомеханичка анализа.
(3) Воспоставена е врската помеѓу микроскопската морфологија и механичките својства на HPMC/HPS ладно-жешкиот инверзен гел композитен систем. Беше подготвен композитниот филм за јадење на HPMC/HPS, а влијанието на концентрацијата на соединението и односот на соединението врз фазната дистрибуција и фазната транзиција на примерокот беше проучено со оптички микроскоп и метод на боење со јод; Воспоставено е правило за влијанието на концентрацијата на соединението и односот на соединението врз механичките својства и својствата на преносот на светлина на примероците. Беше испитуван односот помеѓу микроструктурата и механичките својства на композитниот систем на инверзен гел HPMC/HPS ладно-топол.
(4) Ефектите на степенот на замена на HPS врз реолошките својства и својствата на гелот на композитниот систем на гел HPMC/HPS ладно-топол обратна фаза. Ефектите на степенот на замена на HPS, брзината на смолкнување и температурата врз вискозноста и другите реолошки својства на системот на соединението, како и точката на транзиција на гелот, зависноста од фреквенцијата на модулот и другите својства на гелот и нивните закони беа проучувани со користење на реометар. Фазната дистрибуција и фазната транзиција на примероците зависна од температурата беа проучени со боење со јод и беше опишан механизмот за гелација на комплексниот систем на гел со обратна фаза на HPMC/HPS ладно-топол.
(5) Ефектите од модификацијата на хемиската структура на HPS врз макроскопските својства и компатибилноста на HPMC/HPS ладно-топол композитен гел со обратна фаза. Јадливиот композитен филм на HPMC/HPS беше подготвен, а ефектот на степенот на супституција на хидроксипропилот на HPS врз кристалната структура и структурата на микро-доменот на композитниот филм беше проучен со технологија за расејување на рендгенски зраци со синхроното зрачење со мал агол. Законот за влијание на степенот на супституција на HPS хидроксипропил врз механичките својства на композитната мембрана беше проучен со механички тестер на својства; Законот за влијание на степенот на супституција на HPS врз кислородната пропустливост на композитната мембрана беше проучен од тестерот за пропустливост на кислород; the HPS hydroxypropyl Влијание на степенот на замена на групата врз термичката стабилност на HPMC/HPS композитните филмови.
Поглавје 2 Реолошка студија на HPMC/HPS соединен систем
Јадливите филмови базирани на природни полимери може да се подготват со релативно едноставен влажен метод [321]. Прво, полимерот се раствора или дисперзира во течната фаза за да се подготви течност за јадење што формира филм или суспензија што формира филм, а потоа се концентрира со отстранување на растворувачот. Овде операцијата обично се изведува со сушење на малку повисока температура. Овој процес обично се користи за производство на претходно пакувани јастиви филмови или за директно премачкување на производот со раствор кој формира филм со натопување, четкање или прскање. Дизајнот на обработка на јастиви филмови бара стекнување на точни реолошки податоци за течноста што формира филм, што е од големо значење за контролата на квалитетот на производите на филмовите и облогите за пакување за јадење [322].
HPMC е термичко лепило, кое формира гел на висока температура и е во растворена состојба на ниска температура. Ова својство на термички гел го прави неговиот вискозитет при ниска температура многу ниска, што не е погодно за специфичните производни процеси како што се потопување, четкање и потопување. работа, што резултира со слаба обработливост при ниски температури. Спротивно на тоа, HPS е ладен гел, вискозна состојба на гел на ниска температура и висока температура. Состојба на раствор со низок вискозитет. Затоа, преку комбинацијата на двете, реолошките својства на HPMC, како што е вискозноста на ниска температура, можат да бидат избалансирани до одреден степен.
Ова поглавје се фокусира на ефектите од концентрацијата на растворот, односот на соединувањето и температурата врз реолошките својства како што се вискозноста на нулта смолкнување, индексот на проток и тиксотропијата на системот за инверзна гел-соединение HPMC/HPS ладно-жешко. Правилото за додавање се користи за прелиминарно дискутирање за компатибилноста на сложениот систем.
2.2 Експериментален метод
2.2.1 Подготовка на раствор на соединение HPMC/HPS
Прво измерете HPMC и HPS сув прашок, и измешајте според 15% (w/w) концентрација и различни соодноси од 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10; потоа додадете 70 °C во C вода, брзо промешајте 30 мин со 120 вртежи/минута за целосно да се распрсне HPMC; потоа загрејте го растворот на температура над 95 °C, брзо промешајте 1 час со иста брзина за целосно желатинирање на HPS; желатинизацијата е завршена После тоа, температурата на растворот беше брзо намалена на 70 °C, а HPMC беше целосно растворен со мешање со бавна брзина од 80 вртежи во минута во тек на 40 мин. (Сите w/w во овој напис се: сува основна маса на примерокот/вкупна маса на растворот).
2.2.2 Реолошки својства на системот со соединенија HPMC/HPS
2.2.2.1 Принцип на реолошка анализа
Ротациониот реометар е опремен со пар паралелни стеги нагоре и надолу, а едноставното струење на смолкнување може да се реализира преку релативното движење помеѓу стегите. Реометарот може да се тестира во режим на чекор, режим на проток и режим на осцилација: во режим на чекор, реометарот може да примени минлив стрес на примерокот, кој главно се користи за тестирање на минливиот карактеристичен одговор и времето на стабилна состојба на примерокот. Евалуација и вискоеластичен одговор како што се релаксација на стресот, лази и закрепнување; во режим на проток, реометарот може да примени линеарен стрес на примерокот, кој главно се користи за тестирање на зависноста на вискозноста на примерокот од брзината на смолкнување и зависноста на вискозноста од температурата и тиксотропијата; во режим на осцилација, реометарот може да генерира синусоидно наизменично осцилирачко напрегање, кое главно се користи за определување на линеарниот вискоеластичен регион, евалуација на термичка стабилност и температура на желатирање на примерокот.
2.2.2.2 Метод на тестирање на режимот на проток
Користена е паралелна плоча со дијаметар од 40 mm, а растојанието на плочата е поставено на 0,5 mm.
1. Вискозноста се менува со текот на времето. Температурата на испитувањето беше 25 °C, брзината на смолкнување беше 800 s-1, а времето за тестирање беше 2500 s.
2. Вискозноста варира со брзината на смолкнување. Температура на испитување 25 °C, брзина на пред смолкнување 800 s-1, време на пред смолкнување 1000 s; стапка на смолкнување 10²-10³s.
Напрегањето на смолкнување (τ ) и стапката на смолкнување (γ) го следат законот за моќност на Оствалд-де Веле:
̇τ=K.γ n (2-1)
каде τ е напрегањето на смолкнување, Pa;
γ е стапката на смолкнување, s-1;
n е индекс на ликвидност;
K е коефициентот на вискозност, Pa·sn.
Односот помеѓу вискозноста (ŋ) на полимерниот раствор и брзината на смолкнување (γ) може да се прилагодат со кареновиот модул:
Меѓу нив,ŋ0вискозитет на смолкнување, Pa s;
ŋ∞е бесконечниот вискозитет на смолкнување, Pa s;
λ е времето на релаксација, s;
n е индекс на разредување на смолкнување;
3. Тест метод на тиксотропија во три фази. Температурата за тестирање е 25 °C, а. Стационарната фаза, брзината на смолкнување е 1 с-1, а времето за тестирање е 50 с; б. Стадиумот на смолкнување, брзината на смолкнување е 1000 s-1, а времето за тестирање е 20 s; в. Процесот на обновување на структурата, брзината на смолкнување е 1 с-1, а времето за тестирање е 250 с.
Во процесот на обновување на структурата, степенот на обновување на структурата по различно време на обновување се изразува со стапката на обновување на вискозноста:
DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%
Меѓу нив,ŋt е вискозноста во времето на структурно обновување ts, Pa s;
hŋе вискозноста на крајот од првата фаза, Pa s.
2.3 Резултати и дискусија
2.3.1 Ефектот на времето на смолкнување врз реолошките својства на сложениот систем
При константна стапка на смолкнување, привидниот вискозитет може да покаже различни трендови со зголемување на времето на смолкнување. Слика 2-1 покажува типична крива на вискозност наспроти време во систем со соединение HPMC/HPS. Од сликата може да се види дека со продолжување на времето на смолкнување, привидната вискозност континуирано се намалува. Кога времето на смолкнување достигнува околу 500 секунди, вискозноста достигнува стабилна состојба, што покажува дека вискозноста на сложениот систем при стрижење со голема брзина има одредена вредност. Временската зависност на, односно, тиксотропијата е изложена во одреден временски опсег.
Затоа, при проучување на законот за варијација на вискозноста на сложениот систем со брзината на смолкнување, пред вистинскиот тест на смолкнување во стабилна состојба, потребен е одреден период на пред-стрижење со голема брзина за да се елиминира влијанието на тиксотропијата врз сложениот систем. . Така, се добива законот за варијација на вискозноста со брзина на смолкнување како единечен фактор. Во овој експеримент, вискозноста на сите примероци достигна стабилна состојба пред 1000 секунди со висока стапка на смолкнување од 800 1/s со времето, што не е прикажано овде. Затоа, во идниот експериментален дизајн, усвоено е претходно стрижење за 1000 секунди со висока стапка на смолкнување од 800 1/s за да се елиминира ефектот на тиксотропија на сите примероци.
2.3.2 Ефектот на концентрацијата врз реолошките својства на сложениот систем
Општо земено, вискозноста на полимерните раствори се зголемува со зголемување на концентрацијата на растворот. Слика 2-2 го покажува ефектот на концентрацијата врз зависноста од брзината на смолкнување на вискозноста на формулациите HPMC/HPS. Од сликата, можеме да видиме дека со иста брзина на смолкнување, вискозноста на сложениот систем постепено се зголемува со зголемувањето на концентрацијата на растворот. Вискозноста на растворите на соединенија HPMC/HPS со различни концентрации постепено се намалуваше со зголемувањето на брзината на смолкнување, покажувајќи очигледен феномен на истенчување на смолкнување, што укажува дека растворите со соединенија со различни концентрации припаѓаат на псевдопластични течности. Сепак, зависноста од брзината на смолкнување на вискозноста покажа поинаков тренд со промената на концентрацијата на растворот. Кога концентрацијата на растворот е мала, феноменот на истенчување на смолкнување на композитниот раствор е мал; со зголемување на концентрацијата на растворот поочигледен е феноменот на истенчување на смолкнување на композитниот раствор.
2.3.2.1 Ефект на концентрацијата на нулта вискозност на смолкнување на соединениот систем
Кривите на брзината на вискозност-смолкнување на системот на соединение во различни концентрации беа поставени со моделот Карен, а вискозноста на нулта смолкнување на растворот на соединението беше екстраполиран (0,9960 <R2<0,9997). Ефектот на концентрацијата врз вискозноста на растворот на соединението може дополнително да се проучува со проучување на односот помеѓу вискозноста на нулта смолкнување и концентрацијата. Од Слика 2-3, може да се види дека односот помеѓу вискозноста на нулта смолкнување и концентрацијата на соединениот раствор го следи законот за моќност:
каде k и m се константи.
Во двојната логаритамска координата, во зависност од големината на наклонот m, може да се види дека зависноста од концентрацијата претставува два различни трендови. Според теоријата на Дио-Едвардс, при мала концентрација, наклонот е поголем (m = 11,9, R2 = 0,9942), што припаѓа на разреден раствор; додека при висока концентрација, наклонот е релативно низок (m = 2,8, R2 = 0,9822), што припаѓа на под-концентриран раствор. Затоа, критичната концентрација C* на системот на соединение може да се одреди дека е 8% преку спојот на овие два региони. Според заедничкиот однос помеѓу различните состојби и концентрациите на полимерите во растворот, предложен е моделот на молекуларна состојба на системот со соединенија HPMC/HPS во раствор на ниска температура, како што е прикажано на Слика 2-3.
ХПС е ладен гел, тој е гел-состојба на ниска температура и е растворлива состојба на висока температура. На тест температура (25 °C), HPS е состојба на гел, како што е прикажано во сината мрежна област на сликата; напротив, HPMC е топол гел, на тест температура, тој е во состојба на раствор, како што е прикажано во молекулата со црвена линија.
Во разредениот раствор на C <C*, HPMC молекуларните синџири главно постојат како независни верижни структури, а исклучениот волумен ги прави синџирите одвоени еден од друг; згора на тоа, HPS гел фазата е во интеракција со неколку HPMC молекули за да формира целина. Формата и HPMC независните молекуларни синџири постојат одделно еден од друг, како што е прикажано на слика 2-2а.
Со зголемување на концентрацијата, растојанието помеѓу независните молекуларни синџири и фазните региони постепено се намалуваше. Кога ќе се достигне критичната концентрација C*, молекулите на HPMC кои се во интеракција со фазата на гел на HPS постепено се зголемуваат, а независните HPMC молекуларни синџири почнуваат да се поврзуваат едни со други, формирајќи ја фазата HPS како центар на гел, а молекуларните синџири HPMC се испреплетени и поврзани едни со други. Состојбата на микрогел е прикажана на слика 2-2б.
Со понатамошното зголемување на концентрацијата, C > C*, растојанието помеѓу фазите на HPS гел дополнително се намалува, а заплетканите полимерни синџири на HPMC и фазниот регион на HPS стануваат посложени и интеракцијата е поинтензивна, така што растворот покажува однесување слично на она на полимерните топи, како што е прикажано на сл. 2-2в.
2.3.2.2 Ефект на концентрацијата врз однесувањето на течноста на сложениот систем
Законот за моќност Ostwald-de Waele (види формула (2-1)) се користи за да се приспособат кривите на напрегањето на смолкнување и брзината на смолкнување (не се прикажани во текстот) на сложениот систем со различни концентрации, и индексот на проток n и коефициентот на вискозност К може да се добие. , резултатот од фитинг е како што е прикажано во Табела 2-1.
Табела 2-1 Индекс на однесување на проток (n) и индекс на конзистентност на течност (К) на растворот HPS/HPMC со различна концентрација на 25 °C
Експонентот на проток на Њутновата течност е n = 1, експонентот на проток на псевдопластичната течност е n < 1 и колку подалеку n отстапува од 1, толку е посилна псевдопластичноста на флуидот, а експонентот на проток на дилатантната течност е n > 1. Од Табела 2-1 може да се види дека n вредностите на растворите на соединението со различни концентрации се сите помали од 1, што покажува дека растворите на соединението се сите псевдопластични течности. При ниски концентрации, n вредноста на реконституираниот раствор е блиску до 0, што покажува дека растворот на соединението со ниска концентрација е блиску до Њутновата течност, бидејќи во растворот на соединението со ниска концентрација, полимерните синџири постојат независно еден од друг. Со зголемувањето на концентрацијата на растворот, n вредноста на системот на соединението постепено се намалуваше, што укажуваше дека зголемувањето на концентрацијата го подобри псевдопластичното однесување на растворот на соединението. Интеракции како заплеткување се случија помеѓу и со фазата HPS, а нејзиното однесување на проток беше поблиску до она на полимерните топи.
При ниска концентрација, коефициентот на вискозност K на сложениот систем е мал (C < 8%, K < 1 Pa·sn), а со зголемувањето на концентрацијата, вредноста K на сложениот систем постепено се зголемува, што покажува дека вискозноста на системот на соединение се намали, што е во согласност со зависноста од концентрација на нулта вискозност на смолкнување.
2.3.3 Влијание на односот на соединување врз реолошките својства на системот за мешање
Сл. 2-4 Вискозитет наспроти стапката на смолкнување на растворот HPMC/HPS со различен однос на мешање на 25 °C
Табела 2-2.
Слики 2-4 го покажуваат ефектот на соодносот на соединување врз зависноста од брзината на смолкнување на вискозноста на растворот за мешање HPMC/HPS. Од сликата може да се види дека вискозноста на сложениот систем со ниска содржина на HPS (HPS < 20%) не се менува суштински со зголемувањето на брзината на смолкнување, главно затоа што во сложениот систем со ниска содржина на HPS, HPMC во растворена состојба на ниска температура е континуирана фаза; вискозноста на сложениот систем со висока содржина на HPS постепено се намалува со зголемувањето на брзината на смолкнување, покажувајќи очигледен феномен на истенчување на смолкнување, што укажува дека растворот на соединението е псевдопластична течност. Со иста брзина на смолкнување, вискозноста на растворот на соединението се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS, што е главно поради тоа што HPS е во повискозна гел-состојба при ниска температура.
Користење на законот за моќност Ostwald-de Waele (види формула (2-1)) за да се вклопат кривите на смолкнување напрегање-брзина на смолкнување (не се прикажани во текстот) на сложените системи со различни соодноси на соединенија, експонентот на проток n и коефициентот на вискозност К, резултатите од монтирањето се прикажани во Табела 2-2. Од табелата може да се види дека 0,9869 < R2 < 0,9999, резултатот на фитинг е подобар. Индексот на проток n на сложениот систем постепено се намалува со зголемувањето на содржината на HPS, додека коефициентот на вискозност K покажува постепено растечки тренд со зголемувањето на содржината на HPS, што покажува дека додавањето на HPS го прави растворот на соединение повискозен и тешко протечен . Овој тренд е во согласност со резултатите од истражувањето на angанг, но за истиот сооднос на сложеност, N вредноста на сложеното решение е поголема од резултатот на angанг [305], што е главно затоа што пред-стрижењето беше извршено во овој експеримент за да се елиминира ефектот на тиксотропијата се елиминира; резултатот Џанг е резултат на комбинираното дејство на тиксотропија и брзина на смолкнување; the separation of these two methods will be discussed in detail in Chapter 5.
2.3.3.1 Влијание на односот на мешање врз вискозноста на нула смолкнување на системот за мешање
Односот помеѓу реолошките својства на системот на хомогени полимерни соединенија и реолошките својства на компонентите во системот е во согласност со правилото за логаритамско собирање. За двокомпонентен сложен систем, односот помеѓу сложениот систем и секоја компонента може да се изрази со следнава равенка:
Меѓу нив, F е параметарот на реолошката особина на сложениот систем;
F1, F2 се реолошките параметри на компонентата 1 и компонентата 2, соодветно;
∅1 и ∅2 се масените фракции на компонентата 1 и компонентата 2, соодветно, и ∅1 ∅2.
Затоа, вискозноста на нулта смолкнување на сложениот систем по соединувањето со различни соодноси на соединување може да се пресмета според принципот на логаритамско собирање за да се пресмета соодветната предвидена вредност. Експерименталните вредности на растворите на соединението со различни соодноси на соединенија сè уште беа екстраполирани со кареново вклопување на кривата стапка на вискозност-смолкнување. The predicted value of the zero shear viscosity of the HPMC/HPS compound system with different compound ratios is compared with the experimental value, as shown in Figure 2-5.
Делот со точки на сликата е предвидената вредност на нулта вискозност на смолкнување на сложениот раствор добиена со правилото за логаритамска сума, а графикот со точки е експерименталната вредност на сложениот систем со различни соодноси на соединување. Од сликата може да се види дека експерименталната вредност на сложениот раствор покажува одредено позитивно-негативно отстапување во однос на правилото за мешање, што покажува дека сложениот систем не може да постигне термодинамичка компатибилност, а сложениот систем е континуирана фаза-дисперзија на ниска температура Структурата „морско-остров“ на двофазниот систем; и со континуираното намалување на односот на соединување HPMC/HPS, континуираната фаза на системот за мешање се менуваше откако односот на соединувањето беше 4:6. Поглавјето детално го разгледува истражувањето.
Од сликата може јасно да се види дека кога соодносот на соединението HPMC/HPS е голем, системот на соединение има негативно отстапување, што може да биде затоа што HPS со висок вискозитет е распределен во дисперзирана фаза во континуираната фаза на средината на HPMC со помал вискозитет. . Со зголемувањето на содржината на HPS, постои позитивно отстапување во сложениот систем, што укажува дека континуираната фазна транзиција се случува во сложениот систем во овој момент. HPS со висок вискозитет станува континуирана фаза на сложениот систем, додека HPMC се дисперзира во континуираната фаза на HPS во порамномерна состојба.
2.3.3.2 Влијание на односот на соединување врз однесувањето на течностите на системот за мешање
На сликите 2-6 е прикажан индексот на проток n на сложениот систем како функција од содржината на HPS. Бидејќи индексот на проток n е вграден од лог-логаритамска координата, n тука е линеарна сума. Од сликата може да се види дека со зголемувањето на содржината на HPS, индексот на проток n на сложениот систем постепено се намалува, што покажува дека HPS ги намалува Њутновите флуидни својства на растворот на соединението и го подобрува неговото однесување на псевдопластична течност. Долниот дел е гел-состојба со поголем вискозитет. Исто така, може да се види од сликата дека односот помеѓу индексот на проток на сложениот систем и содржината на HPS одговара на линеарна врска (R2 е 0,98062), ова покажува дека сложениот систем има добра компатибилност.
2.3.3.3 Влијание на односот на комбинирање врз коефициентот на вискозност на системот за комбинирање
Слика 2-7 го прикажува коефициентот на вискозност K на сложениот раствор како функција од содржината на HPS. Од сликата може да се види дека К-вредноста на чистиот HPMC е многу мала, додека К-вредноста на чистиот HPS е најголема, што е поврзано со својствата на гелот на HPMC и HPS, кои се во раствор и состојба на гел соодветно на ниска температура. Кога содржината на компонентата со низок вискозитет е висока, односно кога содржината на HPS е мала, коефициентот на вискозност на растворот на соединението е близок до оној на компонентата со низок вискозитет HPMC; додека кога содржината на компонентата со висок вискозитет е висока, вредноста на К на растворот на соединението се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS значително зголемена, што укажува дека HPS ја зголемува вискозноста на HPMC при ниска температура. Ова главно го одразува придонесот на вискозноста на континуираната фаза во вискозноста на сложениот систем. Во различни случаи кога компонентата со низок вискозитет е континуираната фаза, а компонентата со висок вискозитет е континуираната фаза, придонесот на вискозноста на континуираната фаза во вискозноста на сложениот систем е очигледно различен. Кога HPMC со низок вискозитет е континуирана фаза, вискозноста на сложениот систем главно го одразува придонесот на вискозноста на континуираната фаза; and when the high-viscosity HPS is the continuous phase, the HPMC as the dispersed phase will reduce the viscosity of the high-viscosity HPS. ефект.
2.3.4 Тиксотропија
Тиксотропијата може да се користи за да се оцени стабилноста на супстанциите или повеќе системи, бидејќи тиксотропијата може да добие информации за внатрешната структура и степенот на оштетување под силата на смолкнување [323-325]. Тиксотропијата може да биде во корелација со временските ефекти и историјата на смолкнување што доведува до микроструктурни промени [324, 326]. Тиксотропниот метод во три фази беше користен за проучување на ефектот на различните соодноси на соединување врз тиксотропните својства на системот за соединување. Како што може да се види од сликите 2-5, сите примероци покажаа различни степени на тиксотропија. При ниски стапки на смолкнување, вискозноста на соединениот раствор значително се зголеми со зголемувањето на содржината на HPS, што беше конзистентно со промената на вискозноста на нулта смолкнување со содржината на HPS.
Степенот на структурно обновување DSR на композитните примероци во различно време на обновување се пресметува со формулата (2-3), како што е прикажано во Табела 2-1. Ако DSR < 1, примерокот има низок отпор на смолкнување, а примерокот е тиксотропен; обратно, ако DSR > 1, примерокот има анти-тиксотропија. Од табелата, можеме да видиме дека вредноста на DSR на чистиот HPMC е многу висока, речиси 1, тоа е затоа што HPMC молекулата е цврст ланец, а времето на релаксација е кратко, а структурата брзо се обновува под голема сила на смолкнување. Вредноста на DSR на HPS е релативно ниска, што ги потврдува неговите силни тиксотропни својства, главно затоа што HPS е флексибилен синџир и неговото време на релаксација е долго. Структурата не се опорави целосно во временската рамка за тестирање.
За сложениот раствор, во исто време на обновување, кога содржината на HPMC е поголема од 70%, DSR брзо се намалува со зголемувањето на содржината на HPS, бидејќи молекуларниот синџир на HPS е флексибилен синџир, а бројот на крути молекуларни синџири во сложениот систем се зголемува со додавање на HPS. Ако се намали, времето на релаксација на целокупниот молекуларен сегмент на сложениот систем е продолжено, а тиксотропијата на сложениот систем не може брзо да се врати под дејство на високо смолкнување. Кога содржината на HPMC е помала од 70%, DSR се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS, што покажува дека постои интеракција помеѓу молекуларните синџири на HPS и HPMC во сложениот систем, што ја подобрува целокупната ригидност на молекуларните сегменти во сложениот систем и го скратува времето на релаксација на сложениот систем се намалува, а тиксотропијата се намалува.
Дополнително, вредноста на DSR на сложениот систем беше значително помала од онаа на чистиот HPMC, што покажа дека тиксотропијата на HPMC беше значително подобрена со мешање. Вредностите на DSR на повеќето примероци во сложениот систем беа поголеми од оние на чистиот HPS, што покажува дека стабилноста на HPS е подобрена до одреден степен.
Исто така, може да се види од табелата дека во различни времиња на обновување, сите вредности на DSR ја покажуваат најниската точка кога содржината на HPMC е 70%, а кога содржината на скроб е поголема од 60%, вредноста на DSR на комплексот е повисока од онаа на чистиот HPS. Вредностите на DSR во рок од 10 секунди од сите примероци се многу блиску до крајните DSR вредности, што укажува дека структурата на композитниот систем во основа ги завршила повеќето задачи за обновување на структурата во рок од 10 секунди. Вреди да се напомене дека композитните примероци со висока содржина на HPS покажаа тренд на зголемување на почетокот, а потоа на намалување со продолжување на времето на обновување, што укажува дека композитните примероци покажале и одреден степен на тиксотропија под дејство на ниско смолкнување, и нивната структура е понестабилна.
Квалитативната анализа на тристепената тиксотропија е конзистентна со пријавените резултати од тестот за тиксотропен прстен, но резултатите од квантитативната анализа не се во согласност со резултатите од тестот на тиксотропниот прстен. Тиксотропијата на системот со соединенија HPMC/HPS беше измерена со метод на тиксотропни прстени со зголемување на содржината на HPS [305]. Дегенерацијата прво се намали, а потоа се зголеми. Тиксотропниот прстен тест може само да шпекулира за постоењето на тиксотропниот феномен, но не може да го потврди, бидејќи тиксотропниот прстен е резултат на истовременото дејство на времето на смолкнување и брзината на смолкнување [325-327].
2.4 Резиме на ова поглавје
Во ова поглавје, термичкиот гел HPMC и ладниот гел ХПС беа користени како главни суровини за изградба на двофазен композитен систем од ладен и топол гел. Влијание на реолошките својства како што се вискозност, шема на проток и тиксотропија. Според заедничкиот однос помеѓу различните состојби и концентрациите на полимерите во растворот, предложен е моделот на молекуларна состојба на системот со соединенија HPMC/HPS во раствор на ниска температура. Според принципот на логаритамско собирање на својствата на различните компоненти во сложениот систем, беше проучувана компатибилноста на сложениот систем. Главните наоди се како што следува:
- Сложените примероци со различни концентрации покажаа одреден степен на истенчување на смолкнување, а степенот на истенчување на смолкнување се зголемуваше со зголемувањето на концентрацијата.
- Со зголемувањето на концентрацијата, индексот на проток на сложениот систем се намали, а коефициентот на вискозност на нулта-смолкнување и вискозност се зголеми, што укажува дека цврстото однесување на сложениот систем е подобрено.
- Постои критична концентрација (8%) во системот на соединенија HPMC/HPS, под критичната концентрација, HPMC молекуларните синџири и регионот на гел фазата на HPS во растворот на соединението се одделени еден од друг и постојат независно; кога ќе се достигне критичната концентрација, во растворот на соединението се формира состојба на микрогел со HPS фаза како центар на гел, а HPMC молекуларните синџири се испреплетени и поврзани еден со друг; над критичната концентрација, преполните HPMC макромолекуларни синџири и нивното испреплетување со HPS фазниот регион се посложени, а интеракцијата е посложена. поинтензивно, па растворот се однесува како полимерно топење.
- Односот на мешање има значително влијание врз реолошките својства на растворот на соединението HPMC/HPS. Со зголемувањето на содржината на HPS, феноменот на разредување на смолкнување на сложениот систем е поочигледен, индексот на проток постепено се намалува, а вискозноста на нулта смолкнување и коефициентот на вискозност постепено се зголемуваат. се зголемува, што покажува дека цврстото однесување на комплексот е значително подобрено.
- Вискозитетот на нулта смолкнување на сложениот систем покажува одредено позитивно-негативно отстапување во однос на правилото за логаритамско собирање. Комбинираниот систем е двофазен систем со континуирана фазна дисперзирана структура „морско-остров“ при ниска температура и, бидејќи односот на соединување HPMC/HPS се намалуваше по 4:6, континуираната фаза на системот за мешање се промени.
- Постои линеарна врска помеѓу индексот на проток и односот на соединување на сложените раствори со различни соодноси на мешање, што укажува дека системот за мешање има добра компатибилност.
- За системот со соединенија HPMC/HPS, кога компонентата со низок вискозитет е континуирана фаза, а компонентата со висок вискозитет е континуирана фаза, придонесот на вискозноста на континуираната фаза во вискозноста на сложениот систем е значително различен. Кога HPMC со низок вискозитет е континуирана фаза, вискозноста на сложениот систем главно го одразува придонесот на вискозноста на континуираната фаза; додека кога HPS со висок вискозитет е континуирана фаза, HPMC како дисперзна фаза ќе ја намали вискозноста на HPS со висок вискозитет. ефект.
- Тристепена тиксотропија беше искористена за проучување на ефектот на соодносот на мешање врз тиксотропијата на сложениот систем. Тиксотропијата на сложениот систем покажа тренд на прво намалување, а потоа зголемување со намалувањето на односот на соединување HPMC/HPS.
- Горенаведените експериментални резултати покажуваат дека преку мешањето на HPMC и HPS, реолошките својства на двете компоненти, како што се вискозноста, феноменот на разредување на смолкнување и тиксотропијата, се избалансирани до одреден степен.
Поглавје 3 Подготовка и својства на композитни филмови за јадење HPMC/HPS
Соединувањето на полимерот е најефективниот начин да се постигне повеќекомпонентна комплементарност на перформансите, да се развијат нови материјали со одлични перформанси, да се намалат цените на производите и да се прошири опсегот на примена на материјали [240-242, 328]. Потоа, поради одредени разлики во молекуларната структура и конформациската ентропија помеѓу различни полимери, повеќето системи за соединување на полимер се некомпатибилни или делумно компатибилни [11, 12]. Механичките својства и другите макроскопски својства на системот на полимерните соединенија се тесно поврзани со физичко-хемиските својства на секоја компонента, соодносот на мешање на секоја компонента, компатибилноста помеѓу компонентите и внатрешната микроскопска структура и други фактори [240, 329].
Од гледна точка на хемиската структура, и HPMC и HPS се хидрофилни curdlan, имаат иста структурна единица - гликоза и се модифицирани од истата функционална група - хидроксипропил група, така што HPMC и HPS треба да имаат добра фаза. Капацитет. Сепак, HPMC е термички индуциран гел, кој е во растворена состојба со многу низок вискозитет при ниска температура и формира колоид на висока температура; HPS е ладно-индуциран гел, кој е гел со ниска температура и е во растворена состојба на висока температура; условите и однесувањето на гелот се сосема спротивни. Соединувањето на HPMC и HPS не е погодно за формирање на хомоген систем со добра компатибилност. Земајќи ги предвид и хемиската структура и термодинамиката, од големо теоретско значење и практична вредност е да се соедини HPMC со HPS за да се воспостави систем за ладно-топол гел соединение.
Ова поглавје се фокусира на проучувањето на инхерентните својства на компонентите во системот на соединенија со ладни и топли гелови HPMC/HPS, односот на мешање и релативната влажност на околината на микроскопската морфологија, компатибилноста и фазното одвојување, механичките својства, оптичките својства , и својства на термички капки на сложениот систем. И влијанието на макроскопските својства како што се својствата на бариерата на кислородот.
3.1 Материјали и опрема
3.1.1 Главни експериментални материјали
3.1.2 Главни инструменти и опрема
3.2 Експериментален метод
3.2.1 Подготовка на композитен филм за јадење HPMC/HPS
15% (w/w) сувиот прав од HPMC и HPS беше измешан со 3% (w/w). HPS was prepared by the casting method.
Начин на подготовка: прво измерете ги HPMC и HPS сувиот прав и измешајте ги според различни соодноси; потоа се додава во вода на 70 °C и брзо се промешува со 120 вртежи/минута 30 минути за целосно да се распрсне HPMC; потоа загрејте го растворот на над 95 °C, брзо промешајте со иста брзина 1 час за целосно да се желатинизира HPS; по завршувањето на желатинизацијата, температурата на растворот брзо се намалува на 70 °C, а растворот се меша со бавна брзина од 80 вртежи во минута за 40 мин. Целосно растворете го HPMC. Истурете 20 g од измешаниот раствор за формирање филм во сад од полистирен Петри со дијаметар од 15 cm, фрлете го рамно и исушете го на 37 °C. Исушениот филм се олупи од дискот за да се добие композитна мембрана за јадење.
Филмовите за јадење беа избалансирани на 57% влажност повеќе од 3 дена пред тестирањето, а делот за јастиви филм што се користеше за тестирање на механичките својства беше избалансиран на 75% влажност повеќе од 3 дена.
3.2.2 Микроморфологија на јадливиот композитен филм на HPMC/HPS
3.2.2.1 Принцип на анализа на електронски микроскоп за скенирање
Електронскиот пиштол на врвот на скенирачката електронска микроскопија (SEM) може да емитува голема количина на електрони. Откако ќе се намали и фокусира, може да формира електронски зрак со одредена енергија и интензитет. Управувано од магнетното поле на серпентина за скенирање, според одреден временски и просторен редослед Скенирајте ја површината на примерокот точка по точка. Поради разликата во карактеристиките на површинската микроповршина, интеракцијата помеѓу примерокот и електронскиот сноп ќе генерира секундарни електронски сигнали со различен интензитет, кои се собираат од детекторот и се претвораат во електрични сигнали, кои се засилуваат со видеото. и внесување во Решетката на цевката за слика, по прилагодувањето на осветленоста на цевката за слика, може да се добие секундарна електронска слика која може да ја одрази морфологијата и карактеристиките на микрорегионот на површината на примерокот. Во споредба со традиционалните оптички микроскопи, резолуцијата на SEM е релативно висока, околу 3nm-6nm од површинскиот слој на примерокот, што е посоодветно за набљудување на карактеристиките на микроструктурата на површината на материјалите.
3.2.2.2 Тест метод
Јастивната фолија се ставаше во сушек за сушење, а се избираше соодветна големина на јадлива фолија, залепена на специјалната фаза за примерок SEM со проводен лепило, а потоа позлатена со вакуумски премаз. При тестирањето, примерокот беше ставен во SEM, а микроскопската морфологија на примерокот беше забележана и фотографирана со 300 пати и 1000 пати зголемување под напон на забрзување на електронскиот зрак од 5 kV.
3.2.3 Пренос на светлина на композитен филм за јадење HPMC/HPS
3.2.3.1 Принцип на анализа на UV-Vis спектрофотометрија
Спектрофотометарот UV-Vis може да емитува светлина со бранова должина од 200~800 nm и да ја зрачи на објектот. Некои специфични бранови должини на светлината во упадната светлина се апсорбираат од материјалот и се случува транзиција на нивото на молекуларна вибрациона енергија и транзиција на електронското ниво на енергија. Бидејќи секоја супстанција има различни молекуларни, атомски и молекуларни просторни структури, секоја супстанција има свој специфичен спектар на апсорпција, а содржината на супстанцијата може да се одреди или определи според нивото на апсорпција на некои специфични бранови должини на спектарот на апсорпција. Затоа, UV-Vis спектрофотометриската анализа е едно од ефективни средства за проучување на составот, структурата и интеракцијата на супстанциите.
Кога зрак светлина удира во објект, дел од упадната светлина се апсорбира од објектот, а другиот дел од упадната светлина се пренесува низ објектот; односот на интензитетот на пренесената светлина со интензитетот на упадната светлина е пропустливост.
Формулата за односот помеѓу апсорпцијата и пропустливоста е:
Меѓу нив, А е апсорпција;
Т е преносот, %.
Конечната апсорпција беше подеднакво корегирана со апсорпција × 0,25 mm/дебелина.
3.2.3.2 Тест метод
Подгответе 5% HPMC и HPS раствори, измешајте ги според различни соодноси, истурете 10 g од растворот за формирање филм во полистиренска петри чинија со дијаметар од 15 cm и исушете ги на 37 °C за да формираат филм. Исечете ја јадливата фолија на правоаголна лента од 1mm×3mm, ставете ја во киветата и направете ја јадливата фолија блиску до внатрешниот ѕид на киветата. Беше користен спектрофотометар WFZ UV-3802 UV-vis за скенирање на примероците на целосна бранова должина од 200-800 nm и секој примерок беше тестиран 5 пати.
3.2.4 Динамички термомеханички својства на композитни филмови за јадење HPMC/HPS
3.2.4.1 Принцип на динамичка термомеханичка анализа
Динамичка термомеханичка анализа (DMA) е инструмент кој може да ја мери врската помеѓу масата и температурата на примерокот под одредено оптоварување со удар и програмираната температура, и може да ги тестира механичките својства на примерокот под дејство на периодично наизменично напрегање и време, температура и температура. однос на фреквенцијата.
Високомолекуларните полимери имаат вискоеластични својства, кои можат да складираат механичка енергија како еластомер од една страна, и да трошат енергија како слуз од друга страна. Кога се применува периодичната наизменична сила, еластичниот дел ја претвора енергијата во потенцијална енергија и ја складира; додека вискозниот дел ја претвора енергијата во топлинска енергија и ја губи. Полимерните материјали генерално покажуваат две состојби на нискотемпературна стаклена состојба и висока температура на гумена состојба, а преодната температура помеѓу двете состојби е температура на стаклена транзиција. Температурата на транзиција на стакло директно влијае на структурата и својствата на материјалите и е една од најважните карактеристични температури на полимерите.
Со анализа на динамичките термомеханички својства на полимерите, може да се набљудува вискоеластичноста на полимерите и да се добијат важни параметри кои ја одредуваат работата на полимерите, за да можат подобро да се применат во вистинската средина за употреба. Покрај тоа, динамичката термомеханичка анализа е многу чувствителна на стаклена транзиција, раздвојување на фази, вкрстено поврзување, кристализација и молекуларно движење на сите нивоа на молекуларните сегменти и може да добие многу информации за структурата и својствата на полимерите. Често се користи за проучување на молекулите на полимерите. однесување на движење. Користејќи го режимот за мерење на температурата на DMA, може да се тестира појавата на фазни транзиции како што е стаклената транзиција. Во споредба со DSC, DMA има поголема чувствителност и е посоодветна за анализа на материјали кои симулираат вистинска употреба.
3.2.4.2 Тест метод
Изберете чисти, униформни, рамни и неоштетени примероци и исечете ги на правоаголни ленти 10mm×20mm. Примероците беа тестирани во режим на истегнување со помош на динамички термомеханички анализатор Pydris Diamond од PerkinElmer, САД. The test temperature range was 25~150 °C, the heating rate was 2 °C/min, the frequency was 1 Hz, and the test was repeated twice for each sample. За време на експериментот, евидентирано е модулот за складирање (Е ') и модул за загуба (Е “) на примерокот, а односот на модулот за загуба на модулот за складирање, односно тангентен агол тен δ, исто така може да се пресмета.
3.2.5 Термичка стабилност на композитни филмови за јадење HPMC/HPS
3.2.5.1 Принцип на термогравиметриска анализа
Термички гравиметриски анализатор (TGA) може да ја мери промената на масата на примерокот со температура или време на програмирана температура и може да се користи за проучување на можното испарување, топење, сублимација, дехидрација, распаѓање и оксидација на супстанциите за време на процесот на загревање. . и други физички и хемиски појави. Кривата на односот помеѓу масата на материјата и температурата (или времето) добиена директно по тестирањето на примерокот се нарекува термогравиметриска (крива TGA). губење на тежината и други информации. Дериватната термогравиметриска крива (крива DTG) може да се добие по изведувањето од прв ред на кривата TGA, што ја одразува промената на стапката на губење на тежината на тестираниот примерок со температура или време, а точката на врвот е максималната точка на константата стапка.
3.2.5.2 Тест метод
Изберете ја јадливата фолија со еднаква дебелина, исечете ја во круг со ист дијаметар како и дискот за тестирање на термогравиметрискиот анализатор, а потоа поставете го рамно на тест дискот и тестирајте го во азотна атмосфера со проток од 20 mL/min. . Температурниот опсег беше 30-700 °C, брзината на загревање беше 10 °C/min и секој примерок беше тестиран двапати.
3.2.6.1 Принцип на анализа на својствата на затегнување
3.2.6 Карактеристики на истегнување на композитните филмови за јадење HPMC/HPS
Тестерот за механички својства може да примени статичко затегнувачко оптоварување на шината долж надолжната оска под специфични услови на температура, влажност и брзина додека не се скрши шината. За време на тестот, оптоварувањето применето на шилестата и неговата количина на деформација беа снимени од тестерот за механички својства, а беше исцртана кривата напрегање-деформација за време на затегнувачката деформација на шилестата. Од кривата напрегање-деформација, јакоста на истегнување (ζt), издолжувањето при прекин (εb) и модулот на еластичност (E) може да се пресметаат за да се проценат својствата на затегнување на филмот.
Односот напрегање-деформација на материјалите генерално може да се подели на два дела: област на еластична деформација и област на пластична деформација. Во зоната на еластична деформација, напрегањето и напрегањето на материјалот имаат линеарна врска, а деформацијата во овој момент може целосно да се врати, што е во согласност со Куковиот закон; во зоната на пластична деформација, напрегањето и напрегањето на материјалот веќе не се линеарни, а деформацијата што се јавува во овој момент е неповратна, на крајот материјалот се распаѓа.
Формула за пресметка на јачината на истегнување:
Каде: е цврстина на истегнување, MPa;
b е ширината на примерокот, mm;
d е дебелината на примерокот, mm.
Формулата за пресметување на издолжување при прекин:
L е растојанието помеѓу линиите за обележување кога се скрши примерокот, mm;
L0 е оригиналната должина на мерачот на примерокот, mm.
Формула за пресметување на модулот на еластичност:
Меѓу нив: E е модул на еластичност, MPa;
ζ е стрес, MPa;
ε е сој.
3.2.6.2 Тест метод
Изберете чисти, униформни, рамни и неоштетени примероци, погледнете го националниот стандард GB13022-91 и исечете ги на шипки во форма на гира со вкупна должина од 120 mm, почетно растојание помеѓу тела од 86 mm, растојание помеѓу ознаки од 40 mm и ширина од 10 мм. Сплините беа поставени на 75% и 57% (во атмосфера на заситен натриум хлорид и раствор на натриум бромид) и се изедначи повеќе од 3 дена пред мерењето. Во овој експеримент, ASTM D638, 5566 тестер на механички својства на Instron Corporation од САД и неговата пневматска клешта 2712-003 се користат за тестирање. Брзината на истегнување беше 10 mm/min, а примерокот беше повторен 7 пати и беше пресметана просечната вредност.
3.2.7 Кислород пропустливост на композитен филм за јадење HPMC/HPS
3.2.7.1 Принцип на анализа на пропустливост на кислород
Откако ќе се инсталира примерокот за тестирање, шуплината за тестирање е поделена на два дела, А и Б; проток на кислород со висока чистота со одредена брзина на проток се пренесува во шуплината А, а проток на азот со одредена брзина на проток се пренесува во шуплината Б; за време на процесот на тестирање, шуплината А Кислородот продира низ примерокот во шуплината Б, а кислородот инфилтриран во шуплината Б се носи преку протокот на азот и ја напушта шуплината Б за да стигне до сензорот за кислород. Сензорот за кислород ја мери содржината на кислород во протокот на азот и дава соодветен електричен сигнал, со што се пресметува примерокот на кислород. преносливост.
3.2.7.2 Тест метод
Изберете неоштетени јастиви композитни филмови, исечете ги на примероци во облик на дијамант со димензии 10,16 x 10,16 cm, премачкајте ги рабните површини на стегите со вакуумска маст и затегнете ги примероците на тест блокот. Tested according to ASTM D-3985, each sample has a test area of 50 cm2.
3.3 Резултати и дискусија
3.3.1 Анализа на микроструктура на композитни филмови за јадење
The interaction between the components of the film-forming liquid and the drying conditions-determine the final structure of the film and seriously affect various physical and chemical properties of the film [330, 331]. Инхерентните својства на гел и сооднос на компонента на секоја компонента можат да влијаат на морфологијата на соединението, што дополнително влијае на структурата на површината и конечните својства на мембраната [301, 332]. Затоа, микроструктурната анализа на филмовите може да обезбеди релевантни информации за молекуларното преуредување на секоја компонента, што пак може да ни помогне подобро да ги разбереме бариералните својства, механичките својства и оптичките својства на филмовите.
Микрографиите на електронски микроскоп за скенирање на површината на HPS/HPMC јастиви филмови со различни соодноси се прикажани на Слика 3-1. Како што може да се види од Слика 3-1, некои примероци покажаа микро пукнатини на површината, кои може да бидат предизвикани од намалувањето на влагата во примерокот за време на тестот или од нападот на електронскиот зрак во шуплината на микроскопот [122 , 139]. На сликата, чиста HPS мембрана и чиста HPMC. Мембраните покажаа релативно мазни микроскопски површини, а микроструктурата на чистите HPS мембрани беше похомогена и помазна од чистите HPMC мембрани, што може главно да се должи на макромолекули на скроб (молекули на амилоза и молекули на амилопектин) за време на процесот на ладење.) постигнато подобро молекуларно преуредување во воден раствор. Многу студии покажаа дека системот амилоза-амилопектин-вода во процесот на ладење
Може да има конкурентен механизам помеѓу формирањето на гел и раздвојувањето на фазата. Ако стапката на раздвојување на фази е помала од стапката на формирање на гел, фазното одвојување нема да се случи во системот, во спротивно, фазното одвојување ќе се случи во системот [333, 334]. Покрај тоа, кога содржината на амилоза надминува 25%, желатинизацијата на амилозата и континуираната структура на мрежата на амилоза може значително да го инхибираат појавувањето на раздвојување на фази [334]. Содржината на амилоза на HPS користена во овој труд е 80%, многу повисока од 25%, со што подобро се илустрира феноменот дека чистите HPS мембрани се похомогени и помазни од чистите HPMC мембрани.
Од споредбата на фигурите може да се види дека површините на сите композитни филмови се релативно груби, а некои нередовни испакнатини се расфрлани, што укажува дека постои одреден степен на неисчитливост помеѓу HPMC и HPS. Покрај тоа, композитните мембрани со висока содржина на HPMC покажаа похомогена структура од оние со висока содржина на HPS. Кондензација базирана на HPS на температура на формирање на филм од 37 °C
Врз основа на својствата на гелот, HPS претстави вискозна состојба на гел; додека врз основа на својствата на термички гел на HPMC, HPMC презентираше состојба на раствор слична на вода. Во композитната мембрана со висока содржина на HPS (7:3 HPS/HPMC), вискозната HPS е континуирана фаза, а HPMC слична на вода е дисперзирана во континуираната фаза HPS со висок вискозитет како дисперзирана фаза, која не е погодна до униформа дистрибуција на дисперзираната фаза; Во композитниот филм со висока содржина на HPMC (3: 7 HPS/HPMC), HPMC со низок вискозност се претвора во континуирана фаза, а вискозниот HPS се распрснува во фазата на HPMC со ниско вискозност како дисперзирана фаза, што е погодно за формирање на хомогена фаза. сложен систем.
Од сликата може да се види дека иако сите композитни филмови покажуваат груби и нехомогени површински структури, не е пронајден очигледен фазен интерфејс, што покажува дека HPMC и HPS имаат добра компатибилност. Композитните филмови HPMC/скроб без пластификатори како што е PEG покажаа очигледно раздвојување на фази [301], што покажува дека и хидроксипропилната модификација на скробот и PEG пластификаторите можат да ја подобрат компатибилноста на композитниот систем.
3.3.2 Анализа на оптички својства на композитни филмови за јадење
Својствата на пренос на светлина на композитните филмови за јадење на HPMC/HPS со различни соодноси беа тестирани со UV-vis спектрофотометар, а УВ спектрите се прикажани на слика 3-2. Колку е поголема вредноста на пропустливоста на светлината, толку е порамномерен и потранспарентен филмот; обратно, колку е помала вредноста на пропустливоста на светлината, толку филмот е понерамномерен и непроѕирен. Од Слика 3-2 (а) може да се види дека сите композитни филмови покажуваат сличен тренд со зголемувањето на скенирачката бранова должина во целосниот опсег на скенирање на бранова должина, а светлината се зголемува постепено со зголемувањето на брановата должина. На 350 nm, кривините имаат тенденција на висорамнина.
Изберете ја пропустливоста на бранова должина од 500 nm за споредба, како што е прикажано на Слика 3-2(б), пропустливоста на чистиот HPS филм е помал од оној на чистиот HPMC филм, а со зголемувањето на содржината на HPMC, пропустливоста прво се намалува, а потоа се зголеми по достигнувањето на минималната вредност. Кога содржината на HPMC се зголеми на 70%, пропустливоста на светлината на композитниот филм беше поголема од онаа на чистиот HPS. Добро е познато дека хомогениот систем ќе покаже подобра пропустливост на светлината, а неговата вредност на пропустливост измерена со УВ е генерално повисока; нехомогените материјали се генерално понепроѕирни и имаат помали вредности на УВ пропустливост. Вредностите на пропустливост на композитните филмови (7:3, 5:5) беа пониски од оние на чистите HPS и HPMC филмови, што покажува дека има одреден степен на раздвојување на фазите помеѓу двете компоненти на HPS и HPMC.
Сл. 3-2 УВ спектри на сите бранови должини (а) и на 500 nm (б), за филмови со мешање HPS/HPMC. Лентата ги претставува средните ±стандардни отстапувања. ac: различни букви се значително различни со различен сооднос на мешавини (p <0,05), применети во целосната дисертација
3.3.3 Динамичка термомеханичка анализа на композитни филмови за јадење
Слика 3-3 ги прикажува динамичките термомеханички својства на јадливите филмови на HPMC/HPS со различни формулации. Од Сл. 3-3(а) може да се види дека модулот на складирање (Е') се намалува со зголемувањето на содржината на HPMC. Дополнително, модулот на складирање на сите примероци постепено се намалуваше со зголемувањето на температурата, освен што модулот за складирање на чистиот HPS (10:0) филм малку се зголеми откако температурата беше зголемена на 70 °C. При висока температура, за композитниот филм со висока содржина на HPMC, модулот за складирање на композитниот филм има очигледен тренд на намалување со зголемувањето на температурата; додека за примерокот со висока содржина на HPS, модулот на складирање само малку се намалува со зголемувањето на температурата.
Сл. 3-3 Модул на складирање (E') (а) и тангента на загуба (tan δ) (б) на HPS/HPMC мешани филмови
Може да се види од Слика 3-3(б) дека примероците со содржина на HPMC повисока од 30% (5:5, 3:7, 0:10) сите покажуваат врв на стаклена транзиција, а со зголемувањето на содржината на HPMC, стаклената транзиција температурата на транзиција се префрли на висока температура, што покажува дека флексибилноста на полимерниот синџир HPMC се намалила. Од друга страна, чистата HPS мембрана покажува голем врв на обвивката околу 67 °C, додека композитната мембрана со 70% содржина на HPS нема очигледна стаклена транзиција. Ова може да биде затоа што постои одреден степен на интеракција помеѓу HPMC и HPS, со што се ограничува движењето на молекуларните сегменти на HPMC и HPS.
3.3.4 Анализа на термичка стабилност на композитни филмови за јадење
Сл. 3-4 TGA криви (а) и нивните деривативни (DTG) криви (б) на HPS/HPMC мешани филмови
Термичката стабилност на јадливиот композитен филм на HPMC/HPS беше тестирана со термогравиметриски анализатор. Слика 3-4 ја прикажува термогравиметриската крива (TGA) и нејзината стапка на слабеење (DTG) на композитниот филм. Од кривата TGA на слика 3-4(а), може да се види дека композитните мембрански примероци со различни соодноси покажуваат две очигледни термогравиметриски фази на промена со зголемувањето на температурата. Испарувањето на водата адсорбирана од макромолекулата на полисахарид резултира со мала фаза на губење на тежината на 30-180 °C пред да се случи вистинската термичка деградација. Последователно, постои поголема фаза на губење на тежината на 300~450 °C, тука фазата на термичка деградација на HPMC и HPS.
Од кривите DTG на Слика 3-4(б), може да се види дека врвните температури на термичка деградација на чистиот HPS и чистиот HPMC се 338 °C и 400 °C, соодветно, а максималната температура на термичка деградација на чиста HPMC е повисока од онаа на HPS, што покажува дека HPMC Подобра термичка стабилност од HPS. Кога содржината на HPMC беше 30% (7:3), се појави единечен врв на 347 °C, што одговара на карактеристичниот врв на HPS, но температурата беше повисока од врвот на термичка деградација на HPS; кога содржината на HPMC беше 70% (3:7), само карактеристичниот врв на HPMC се појави на 400 °C; кога содржината на HPMC беше 50%, се појавија два врва на термичка деградација на кривата DTG, 345 °C и 396 °C, соодветно. Врвовите одговараат на карактеристичните врвови на HPS и HPMC, соодветно, но врвот на термичка деградација што одговара на HPS е помал, и двата врвови имаат одредено поместување. Може да се види дека повеќето композитни мембрани покажуваат само карактеристичен единечен врв што одговара на одредена компонента и тие се неутрализирани во споредба со мембраната на чиста компонента, што укажува дека постои одредена разлика помеѓу компонентите HPMC и HPS. степен на компатибилност. Врвната температура на термичка деградација на композитната мембрана беше повисока од онаа на чистата HPS, што покажува дека HPMC може да ја подобри термичката стабилност на HPS мембраната до одреден степен.
3.3.5 Анализа на механички својства на композитен филм за јадење
Затегнувачките својства на композитните филмови HPMC/HPS со различни соодноси беа измерени со механички анализатор на својства на 25 °C, релативна влажност од 57% и 75%. Слика 3-5 го прикажува модулот на еластичност (а), издолжувањето при прекин (б) и цврстината на истегнување (в) на композитните филмови HPMC/HPS со различни соодноси при различна релативна влажност. Од сликата може да се види дека кога релативната влажност е 57%, модулот на еластичност и јакоста на истегнување на чистиот HPS филм се најголеми, а чистиот HPMC е најмал. Со зголемувањето на содржината на HPS, модулот на еластичност и цврстината на истегнување на композитните филмови постојано се зголемуваа. Издолжувањето при прекин на чистата HPMC мембрана е многу поголемо од она на чистата HPS мембрана, и двете се поголеми од онаа на композитната мембрана.
Кога релативната влажност беше поголема (75%) во споредба со 57% релативна влажност, модулот на еластичност и јакоста на истегнување на сите примероци се намалија, додека издолжувањето при прекин значително се зголеми. Ова е главно затоа што водата, како генерализиран пластификатор, може да ја разреди матрицата HPMC и HPS, да ја намали силата помеѓу полимерните ланци и да ја подобри подвижноста на полимерните сегменти. При висока релативна влажност, еластичниот модул и јачината на затегнување на чистите филмови на HPMC беа повисоки од оние на чистите HPS филмови, но издолжувањето на пауза беше пониско, резултат што беше сосема различен од резултатите при мала влажност. Вреди да се напомене дека варијацијата на механичките својства на композитните филмови со коефициент на компоненти при висока влажност од 75% е сосема спротивна од онаа при ниска влажност во споредба со случајот при релативна влажност од 57%. При висока влажност, содржината на влага во филмот се зголемува, а водата не само што има одреден пластифицирачки ефект врз полимерната матрица, туку и ја промовира рекристализацијата на скробот. Во споредба со HPMC, HPS има посилна тенденција да се рекристализира, така што ефектот на релативната влажност на HPS е многу поголем од оној на HPMC.
Сл. 3-5 Карактеристики на затегнување на филмови HPS/HPMC со различни стапки на HPS/HPMC изедначени под различни услови на релативна смиреност (RH). *: Различни букви со број се значително различни со разни RH, применети во целосна дисертација
3.3.6 Анализа на пропустливост на кислород на композитни филмови за јадење
Композитниот филм за јадење се користи како материјал за пакување на храната за да се продолжи рокот на траење на храната, а неговите перформанси на кислородната бариера се еден од важните индикатори. Затоа, стапките на пренос на кислород на јадливите филмови со различни соодноси на HPMC/HPS беа измерени на температура од 23 °C, а резултатите се прикажани на слика 3-6. Од сликата може да се види дека кислородната пропустливост на чистата HPS мембрана е значително помала од онаа на чистата HPMC мембрана, што покажува дека HPS мембраната има подобри својства на бариера на кислород од HPMC мембраната. Поради нискиот вискозитет и постоењето на аморфни региони, HPMC е лесно да се формира релативно лабава мрежна структура со мала густина во филмот; во споредба со HPS, има поголема тенденција да се рекристализира и лесно е да се формира густа структура во филмот. Многу студии покажаа дека скробните филмови имаат добри својства на бариера на кислород во споредба со другите полимери [139, 301, 335, 336].
Сл. 3-6 Кислород пропустливост на HPS/HPMC мешавини филмови
Додавањето HPS може значително да ја намали кислородната пропустливост на HPMC мембраните, а кислородната пропустливост на композитните мембрани нагло се намалува со зголемувањето на содржината на HPS. Додавањето на кислород-непропустливи HPS може да ја зголеми извртливоста на кислородниот канал во композитната мембрана, што пак доведува до намалување на стапката на пропустливост на кислород и на крајот помала пропустливост на кислород. Слични резултати се пријавени за други природни скробови [139,301].
3.4 Резиме на ова поглавје
Во ова поглавје, користејќи HPMC и HPS како главни суровини, и додавање на полиетилен гликол како пластификатор, композитните филмови за јадење на HPMC/HPS со различни соодноси беа подготвени со методот на лиење. Влијанието на инхерентните својства на компонентите и односот на мешање врз микроскопската морфологија на композитната мембрана беше проучено со скенирачка електронска микроскопија; механичките својства на композитната мембрана беа проучени од тестерот за механички својства. The influence of the inherent properties of the components and the compounding ratio on the oxygen barrier properties and light transmittance of the composite film was studied by oxygen transmittance tester and UV-vis spectrophotometer. Користена е електронска микроскопија за скенирање, термогравиметриска анализа и динамичка термичка анализа. Механичка анализа и други аналитички методи беа користени за проучување на компатибилноста и фазното одвојување на системот за ладно-топол гел соединение. Главните наоди се како што следува:
- Во споредба со чистиот HPMC, чистиот HPS е полесно да формира хомогена и мазна микроскопска морфологија на површината. Ова главно се должи на подоброто молекуларно преуредување на макромолекулите на скроб (амилозни молекули и молекули на амилопектин) во водниот раствор на скроб за време на процесот на ладење.
- Соединенијата со висока содржина на HPMC имаат поголема веројатност да формираат хомогени мембрански структури. Ова главно се заснова на својствата на гелот на HPMC и HPS. На температура на формирање филм, HPMC и HPS покажуваат состојба на раствор со низок вискозитет и гел со висок вискозитет, соодветно. Дисперзираната фаза со висок вискозитет е дисперзирана во континуираната фаза со низок вискозитет. , полесно е да се формира хомоген систем.
- Релативната влажност има значително влијание врз механичките својства на композитните филмови HPMC/HPS, а степенот на нејзиното дејство се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS. При пониска релативна влажност, и еластичниот модул и цврстината на истегнување на композитните филмови се зголемија со зголемувањето на содржината на HPS, а издолжувањето при прекин на композитните филмови беше значително помало од онаа на чистите компонентни филмови. Со зголемувањето на релативната влажност, модулот на еластичност и јакоста на истегнување на композитниот филм се намалија, а издолжувањето при прекин значително се зголеми, а односот помеѓу механичките својства на композитниот филм и односот на мешање покажа сосема спротивен модел на промена под различни релативна влажност. Механичките својства на композитните мембрани со различни соодноси на мешање покажуваат вкрстување при различни услови на релативна влажност, што дава можност да се оптимизираат перформансите на производот според различни барања за примена.
- Додавањето на HPS значително ги подобри својствата на бариерата на кислородот на композитната мембрана. Пропустливоста на кислородот на композитната мембрана нагло се намали со зголемувањето на содржината на HPS.
- Во системот HPMC/HPS ладен и топол гел соединение, постои одредена компатибилност помеѓу двете компоненти. Не беше пронајден очигледен двофазен интерфејс во SEM сликите на сите композитни филмови, повеќето од композитните филмови имаа само една стаклена преодна точка во резултатите од DMA, а само еден врв на термичка деградација се појави во кривите DTG на поголемиот дел од композитот филмови. Тоа покажува дека постои одредена описност помеѓу HPMC и HPS.
Горенаведените експериментални резултати покажуваат дека мешањето на HPS и HPMC не само што може да ги намали трошоците за производство на HPMC јастивиот филм, туку и да ги подобри неговите перформанси. Механичките својства, својствата на бариерата на кислородот и оптичките својства на јадливиот композитен филм може да се постигнат со прилагодување на односот на мешање на двете компоненти и релативната влажност на надворешната средина.
Поглавје 4 Поврзаност помеѓу микроморфологијата и механичките својства на сложениот систем HPMC/HPS
Во споредба со повисоката ентропија на мешање при мешање на метална легура, ентропијата на мешање за време на мешањето на полимерот обично е многу мала, а топлината на мешањето за време на мешањето е обично позитивна, што резултира со процеси на мешање на полимерот. Промената на слободната енергија на Гибс во е позитивна (���>), според тоа, полимерните формулации имаат тенденција да формираат двофазни системи одделени со фази, а целосно компатибилните полимерни формулации се многу ретки [242].
Системите со мешани соединенија обично можат да постигнат мешаливост на молекуларно ниво во термодинамиката и да формираат хомогени соединенија, така што повеќето системи со полимерни соединенија се немешаливи. Сепак, многу системи со полимерни соединенија можат да достигнат компатибилна состојба под одредени услови и да станат сложени системи со одредена компатибилност [257].
Макроскопските својства како што се механичките својства на полимерните композитни системи во голема мера зависат од интеракцијата и фазната морфологија на нивните компоненти, особено од компатибилноста помеѓу компонентите и составот на континуирани и дисперзирани фази [301]. Затоа, од големо значење е проучувањето на микроскопската морфологија и макроскопските својства на композитниот систем и воспоставувањето на односот меѓу нив, што е од големо значење за контрола на својствата на композитните материјали преку контролирање на фазната структура и компатибилноста на композитниот систем.
Во процесот на проучување на морфологијата и фазниот дијаграм на сложениот систем, многу е важно да се изберат соодветни средства за разликување на различни компоненти. Сепак, разликата помеѓу HPMC и HPS е доста тешка, бидејќи и двете имаат добра транспарентност и сличен индекс на рефракција, па затоа е тешко да се разликуваат двете компоненти со оптичка микроскопија; покрај тоа, бидејќи и двата се органски материјали базирани на јаглерод, така што двата имаат слична апсорпција на енергија, така што е исто така тешко за скенирачката електронска микроскопија точно да го разликува парот на компоненти. Фуриевата трансформација на инфрацрвената спектроскопија може да ги одрази промените во морфологијата и фазниот дијаграм на комплексниот систем протеин-скроб според односот на површината на полисахаридната лента на 1180-953 cm-1 и амидната лента на 1750-1483 cm-1 [52, 337], но оваа техника е многу сложена и обично бара синхротронско зрачење Фуриеова трансформација на инфрацрвени техники за да се генерира доволен контраст за хибридните системи HPMC/HPS. Исто така, постојат техники за постигнување на ова раздвојување на компонентите, како што се трансмисиона електронска микроскопија и расејување на Х-зраци со мал агол, но овие техники се обично сложени [338]. Во оваа тема, се користи едноставен метод на анализа на оптички микроскоп за боење со јод, а принципот дека крајната група на спиралната структура на амилоза може да реагира со јод за да формира комплекси за вклучување се користи за боење на системот на соединенија HPMC/HPS со боење со јод, така што дека HPS Компонентите се разликуваа од компонентите HPMC по нивните различни бои под светлосен микроскоп. Затоа, методот на анализа на оптички микроскоп за боење со јод е едноставен и ефективен истражувачки метод за морфологијата и фазниот дијаграм на сложените системи базирани на скроб.
Во ова поглавје, микроскопската морфологија, фазната дистрибуција, фазната транзиција и другите микроструктури на системот на соединенија HPMC/HPS беа проучувани со помош на анализа на оптички микроскоп за боење со јод; и механички својства и други макроскопски својства; и преку корелационата анализа на микроскопската морфологија и макроскопските својства на различни концентрации на раствори и соодноси на соединување, беше воспоставена врската помеѓу микроструктурата и макроскопските својства на системот на соединенија HPMC/HPS, со цел да се контролира HPMC/HPS. Обезбедете основа за својствата на композитните материјали.
4.1 Материјали и опрема
4.1.1 Главни експериментални материјали
4.2.1 Подготовка на раствор на соединение HPMC/HPS
Подгответе HPMC раствор и HPS раствор со 3%, 5%, 7% и 9% концентрација, видете 2.2.1 за методот на подготовка. Измешајте HPMC раствор и HPS раствор според 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Различни соодноси беа мешани со брзина од 250 rmp/min на 21 °C во тек на 30 мин, и беа добиени мешани раствори со различни концентрации и различни соодноси.
4.2.2 Подготовка на HPMC/HPS композитна мембрана
Видете 3.2.1.
4.2.3 Подготовка на HPMC/HPS композитни капсули
Погледнете го растворот подготвен со методот во 2.2.1, користете калап од не'рѓосувачки челик за потопување и исушете го на 37 °C. Извлечете ги исушените капсули, исечете го вишокот и спојте ги за да формираат пар.
4.2.4 HPMC/HPS композитен филм оптички микроскоп
4.2.4.1 Принципи на анализа на оптичка микроскопија
Оптичкиот микроскоп го користи оптичкиот принцип на зголемување на сликата со конвексна леќа и користи две конвергирачки леќи за да го прошири аголот на отворање на блиските ситни супстанции кон очите и да ја зголеми големината на ситните супстанции што не можат да се забележат со човечкото око. додека големината на супстанците не може да се препознае со човечкото око.
4.2.4.2 Тест метод
Растворите на соединението HPMC/HPS со различни концентрации и соодноси на мешање беа извадени на 21 °C, паднаа на стаклена табла, фрлена во тенок слој и сушени на иста температура. Филмовите беа обоени со 1% раствор на јод (1 g јод и 10 g калиум јодид беа ставени во волуметриска колба од 100 ml и растворени во етанол), ставени во полето на светлосен микроскоп за набљудување и фотографирани.
4.2.5 Пренос на светлина на HPMC/HPS композитен филм
4.2.5.1 Принцип на анализа на UV-vis спектрофотометрија
Исто како 3.2.3.1.
Видете 3.2.3.2.
4.2.6 Карактеристики на истегнување на композитните филмови HPMC/HPS
4.2.6.1 Принцип на анализа на својствата на затегнување
Исто како 3.2.3.1.
4.2.6.1 Тест метод
Примероците беа тестирани по рамнотежа на 73% влажност во текот на 48 часа. Видете 3.2.3.2 за методот на тестирање.
4.3 Резултати и дискусија
4.3.1 Набљудување на транспарентноста на производот
Слика 4-1 покажува јастиви филмови и капсули подготвени со мешање на HPMC и HPS во сооднос 70:30. Како што може да се види од сликата, производите имаат добра транспарентност, што покажува дека HPMC и HPS имаат слични индекси на рефракција, а хомогено соединение може да се добие по соединувањето на двете.
4.3.2 Слики со оптички микроскоп на комплекси HPMC/HPS пред и по боење
Слика 4-2 ја покажува типичната морфологија пред и по боење на комплексите HPMC/HPS со различни соодноси на мешање забележани под оптички микроскоп. Како што може да се види од сликата, тешко е да се разликуваат фазата HPMC и фазата HPS во необоена фигура; обоениот чист HPMC и чистиот HPS покажуваат свои уникатни бои, што е затоа што реакцијата на HPS и јод преку боење со јод Неговата боја станува потемна. Затоа, двете фази во соединението на HPMC/HPS едноставно се разликуваат, што дополнително докажува дека HPMC и HPS не се мешани и не можат да формираат хомогено соединение. Како што може да се види од сликата, како што се зголемува содржината на HPS, областа на темната површина (HPS фаза) на сликата продолжува да се зголемува како што се очекуваше, со што се потврдува дека двофазното преуредување се јавува во текот на овој процес. Кога содржината на HPMC е поголема од 40%, HPMC претставува состојба на континуирана фаза, а HPS се распрснува во континуираната фаза на HPMC како дисперзирана фаза. Спротивно на тоа, кога содржината на HPMC е помала од 40%, HPS претставува состојба на континуирана фаза, а HPMC е дисперзирана во континуираната фаза на HPS како дисперзирана фаза. Затоа, во 5% раствор на соединение HPMC/HPS, со зголемената содржина на HPS, се случи спротивното кога односот на соединението беше HPMC/HPS 40:60. Континуираната фаза се менува од почетната HPMC фаза до подоцнежната фаза на HPS. Со набљудување на фазната форма, може да се види дека фазата HPMC во матрицата HPS е сферична по дисперзијата, додека дисперзираната форма на фазата HPS во HPMC матрицата е понеправилна.
Понатаму, со пресметување на односот на површината на светло обоената област (HPMC) кон темната област (HPS) во комплексот HPMC/HPS по боење (без да се земе предвид мезофазната ситуација), беше откриено дека површината на HPMC (светла боја)/HPS (темна боја) на сликата Односот е секогаш поголем од вистинскиот сооднос HPMC/HPS соединение. На пример, во дијаграмот за боење на соединението HPMC/HPS со сооднос на соединение 50:50, површината на HPS во меѓуфазната област не е пресметана, а односот светлина/темна површина е 71/29. Овој резултат го потврдува постоењето на голем број мезофази во композитниот систем HPMC/HPS.
Добро е познато дека целосно компатибилните системи за мешање на полимерот се доста ретки бидејќи за време на процесот на соединување на полимерот, топлината на соединувањето е обично позитивна, а ентропијата на соединувањето обично се менува малку, што резултира со слободната енергија за време на мешањето се менува во позитивна вредност. Како и да е, во соединението на HPMC/HPS, HPMC и HPS сè уште ветуваат дека ќе покажат поголем степен на компатибилност, затоа што HPMC и HPS се и хидрофилни полисахариди, имаат иста структурна единица - гликоза и ја поминуваат истата функционална група е модифицирана со хидроксипропил. Феноменот на повеќе мезофази во системот на соединенија HPMC/HPS, исто така, укажува дека HPMC и HPS во соединението имаат одреден степен на компатибилност, а сличен феномен се јавува во системот за мешање скроб-поливинил алкохол со додаден пластификатор. се појави и [339].
4.3.3 Врската помеѓу микроскопската морфологија и макроскопските својства на сложениот систем
Детално беше проучен односот помеѓу морфологијата, феноменот на одвојување на фази, транспарентноста и механичките својства на композитниот систем HPMC/HPS. Слика 4-3 го прикажува ефектот на содржината на HPS врз макроскопските својства како што се транспарентноста и модулот на истегнување на системот со соединенија HPMC/HPS. Од сликата може да се види дека транспарентноста на чистиот HPMC е поголема од онаа на чистиот HPS, главно затоа што рекристализацијата на скроб ја намалува транспарентноста на HPS, а хидроксипропилната модификација на скробот е исто така важна причина за намалување на транспарентноста на HPS [340, 341]. Од сликата може да се види дека преносот на сложениот систем HPMC/HPS ќе има минимална вредност со разликата во содржината на HPS. Преносот на сложениот систем, во опсегот на содржина на HPS под 70%, се зголемува соit се намалува со зголемување на содржината на HPS; кога содржината на HPS надминува 70%, таа се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS. Овој феномен значи дека системот на соединенија HPMC/HPS не се меша, бидејќи феноменот на раздвојување на фази на системот доведува до намалување на пропустливоста на светлината. Напротив, Јанг-овиот модул на сложениот систем исто така се појави минимална точка со различните пропорции, а модулот на Јанг продолжи да се намалува со зголемувањето на содржината на HPS и достигна најниска точка кога содржината на HPS беше 60%. Модулот продолжи да се зголемува, а модулот малку се зголеми. Young-овиот модул на системот со соединенија HPMC/HPS покажа минимална вредност, што исто така укажа дека системот на соединение е систем што не се меша. Најниската точка на пропустливост на светлината на соединениот систем HPMC/HPS е конзистентна со точката на транзиција на фаза на HPMC континуираната фаза во дисперзирана фаза и најниската точка на вредноста на Јанг на модулот на Слика 4-2.
4.3.4 Ефектот на концентрацијата на растворот врз микроскопската морфологија на системот на соединението
Слика 4-4 го покажува ефектот на концентрацијата на растворот врз морфологијата и фазната транзиција на системот на соединенија HPMC/HPS. Како што може да се види од сликата, ниската концентрација од 3% HPMC/HPS соединен систем, во соодносот на соединението на HPMC/HPS е 40:60, може да се забележи појава на ко-континуирана структура; додека во високата концентрација од 7% раствор, оваа ко-континуирана структура е забележана на сликата со сооднос на соединување 50:50. Овој резултат покажува дека точката на транзиција на фаза на системот со соединенија HPMC/HPS има одредена зависност од концентрација, а односот HPMC/HPS соединение на фазната транзиција се зголемува со зголемувањето на концентрацијата на растворот на соединението, а HPS има тенденција да формира континуирана фаза . . Дополнително, HPS домените дисперзирани во HPMC континуираната фаза покажаа слични форми и морфологии со промената на концентрацијата; додека HPMC дисперзираните фази дисперзирани во HPS континуираната фаза покажаа различни форми и морфологии при различни концентрации. и со зголемување на концентрацијата на растворот, областа на дисперзија на HPMC станува сè понеправилна. Главната причина за овој феномен е што вискозноста на растворот HPS е многу повисока од онаа на растворот HPMC на собна температура, а тенденцијата на фазата HPMC да формира уредна сферична состојба е потисната поради површинскиот напон.
4.3.5 Ефект на концентрацијата на растворот врз механичките својства на системот на соединенија
Соодветно на морфологиите на Сл. 4-4, Сл. 4-5 ги прикажува затегнувачките својства на композитните филмови формирани под различни концентрациони раствори. Од сликата може да се види дека модулот на младите и издолжувањето при пауза на композитниот систем HPMC/HPS имаат тенденција да се намалат со зголемувањето на концентрацијата на растворот, што е во согласност со постепената трансформација на HPMC од континуирана фаза во распрснато фаза на Слика 4 -4. The microscopic morphology is consistent. Бидејќи Јанг-овиот модул на HPMC хомополимер е повисок од оној на HPS, се предвидува дека Јанг-овиот модул на композитниот систем HPMC/HPS ќе се подобри кога HPMC е континуирана фаза.
4.4 Резиме на ова поглавје
Во ова поглавје, беа подготвени раствори на соединенија HPMC/HPS и композитни филмови за јадење со различни концентрации и соодноси на мешање, а микроскопската морфологија и фазната транзиција на системот на соединенија HPMC/HPS беа набљудувани со оптички микроскопски анализи на боење со јод за да се разликуваат фазите на скроб. Пропустливоста на светлината и механичките својства на јадливиот композитен филм на HPMC/HPS беа проучени со UV-vis спектрофотометар и тестер на механички својства, а беа проучувани и ефектите на различните концентрации и соодносите на соединувањето врз оптичките својства и механичките својства на системот за мешање. Врската помеѓу микроструктурата и макроскопските својства на системот со соединенија HPMC/HPS беше воспоставена со комбинирање на микроструктурата на композитниот систем, како што се микроструктурата, фазната транзиција и раздвојувањето на фазата, и макроскопските својства како оптичките својства и механичките својства. Главните наоди се како што следува:
- Методот за анализа на оптички микроскоп за разликување на фазите на скроб со боење со јод е наједноставниот, директен и најефикасен метод за проучување на морфологијата и фазната транзиција на системите со соединенија базирани на скроб. Со боење со јод, фазата на скроб се појавува потемна и потемна при светлосна микроскопија, додека HPMC не е обоена и затоа изгледа посветла во боја.
- Соединението на HPMC/HPS не е застрашувачки, и постои фаза на транзициска точка во сложениот систем, а оваа фаза на транзициска точка има одредена зависност на соединението и зависноста од концентрацијата на растворот.
- Системот со соединенија HPMC/HPS има добра компатибилност и голем број мезофази се присутни во системот на соединенија. Во средната фаза, континуираната фаза е дисперзирана во дисперзирана фаза во состојба на честички.
- Дисперзираната фаза на HPS во HPMC матрицата покажа слична сферична форма при различни концентрации; HPMC покажа неправилна морфологија во HPS матрицата, а неправилноста на морфологијата се зголемуваше со зголемувањето на концентрацијата.
- Беше воспоставена врската помеѓу микроструктурата, фазната транзиција, транспарентноста и механичките својства на композитниот систем HPMC/HPS. а. Најниската точка на транспарентност на сложениот систем е конзистентна со точката на транзиција на фаза на HPMC од континуираната фаза во дисперзираната фаза и минималната точка на намалување на модулот на истегнување. б. Модулот на Јанг и издолжувањето при прекин се намалуваат со зголемувањето на концентрацијата на растворот, што е каузално поврзано со морфолошката промена на HPMC од континуирана фаза во дисперзирана фаза во сложениот систем.
In summary, the macroscopic properties of the HPMC/HPS composite system are closely related to its microscopic morphological structure, phase transition, phase separation and other phenomena, and the properties of the composites can be regulated by controlling the phase structure and compatibility of the composite систем.
Поглавје 5 Влијание на степенот на супституција на HPS хидроксипропил врз реолошките својства на HPMC/HPS соединениот систем
Добро е познато дека малите промени во хемиската структура на скробот може да доведат до драматични промени во неговите реолошки својства. Затоа, хемиската модификација нуди можност за подобрување и контрола на реолошките својства на производите базирани на скроб [342]. За возврат, совладувањето на влијанието на хемиската структура на скроб врз неговите реолошки својства може подобро да ги разбере структурните својства на производите базирани на скроб и да обезбеди основа за дизајнирање на модифицирани скробови со подобрени функционални својства на скроб [235]. Hydroxypropyl starch is a professional modified starch widely used in the field of food and medicine. Обично се подготвува со реакција на етерификација на мајчин скроб со пропилен оксид во алкални услови. Хидроксипропил е хидрофилна група. Воведувањето на овие групи во молекуларниот синџир на скроб може да ги скрши или ослаби интрамолекуларните водородни врски кои ја одржуваат структурата на скробната гранула. Затоа, физичко-хемиските својства на хидроксипропилниот скроб се поврзани со степенот на замена на хидроксипропилните групи на неговиот молекуларен ланец [233, 235, 343, 344].
Многу студии го истражувале ефектот на степенот на супституција на хидроксипропил врз физичко-хемиските својства на хидроксипропилниот скроб. Хан и сор. Ги проучуваше ефектите на хидроксипропил восочен скроб и хидроксипропил пченкарен пченка врз структурата и ретродиградните карактеристики на корејските лекозни колачи со ориз. Студијата покажа дека хидроксипропилацијата може да ја намали температурата на желатинизација на скробот и да го подобри капацитетот за задржување вода на скробот. перформанси и значително го инхибираше феноменот на стареење на скроб во корејските лепливи оризови колачи [345]. Каур и сор. го проучувал ефектот на супституцијата на хидроксипропил врз физичко-хемиските својства на различните сорти на компиров скроб и открил дека степенот на хидроксипропил замена на компирниот скроб варира со различни сорти, а неговиот ефект врз својствата на скробот со голема големина на честички е позначаен; реакцијата на хидроксипропилација предизвикува многу фрагменти и жлебови на површината на скробните гранули; Замената на хидроксипропил може значително да ги подобри својствата на отекување, растворливоста во вода и растворливоста на скробот во диметил сулфоксид и да ја подобри транспарентноста на пастата на скробот [346]. Лавал и сор. го проучувал ефектот на замена на хидроксипропил врз својствата на слаткиот компир скроб. Студијата покажа дека по модификацијата на хидроксипропил, капацитетот на слободно отекување и растворливоста во вода на скробот се подобрија; рекристализацијата и ретроградацијата на природниот скроб беа инхибирани; Сварливоста е подобрена [347]. Шмиц и сор. подготви скроб од хидроксипропил тапиока и откри дека има поголем капацитет и вискозитет на отекување, помала стапка на стареење и поголема стабилност на замрзнување-одмрзнување [344].
Сепак, има неколку студии за реолошките својства на хидроксипропил скроб, а ефектите од модификацијата на хидроксипропил врз реолошките својства и својствата на гелот на системите со соединенија базирани на скроб ретко се пријавени досега. Чун и сор. ја проучувал реологијата на нискоконцентриран (5%) раствор од оризовиот скроб хидроксипропил. Резултатите покажаа дека ефектот на модификацијата на хидроксипропил врз стабилната и динамичката вискоеластичност на растворот на скроб е поврзан со степенот на супституција, а мала количина замена на хидроксипропил пропил може значително да ги промени реолошките својства на растворите на скроб; коефициентот на вискозност на растворите на скроб се намалува со зголемувањето на степенот на супституција, а температурната зависност на неговите реолошки својства се зголемува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил. Количината се намалува со зголемување на степенот на супституција [342]. Ли и сор. го проучувале ефектот на супституцијата на хидроксипропил врз физичките својства и реолошките својства на слаткиот компир скроб, а резултатите покажале дека способноста за отекување и растворливост во вода на скробот се зголемуваат со зголемување на степенот на замена на хидроксипропил; Вредноста на енталпијата се намалува со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил; коефициентот на вискозност, вискозноста на комплексот, напрегањето на отпуштање, комплексната вискозност и динамичкиот модул на растворот на скроб се намалуваат со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, индексот на течности и факторот на загуба Се зголемува со степенот на замена на хидроксипропил; јачината на гелот на скробниот лепак се намалува, стабилноста на замрзнување-одмрзнување се зголемува и ефектот на синереза се намалува [235].
Во ова поглавје, беше проучен ефектот на степенот на супституција на HPS хидроксипропил врз реолошките својства и својствата на гелот на системот за ладни и топли гелови HPMC/HPS. Ситуацијата во транзицијата е од големо значење за длабинско разбирање на односот помеѓу формирањето на структурата и реолошките својства. Дополнително, прелиминарно беше дискутиран механизмот за гелационирање на системот со соединенија со обратно ладење HPMC/HPS, со цел да се обезбедат некои теоретски насоки за други слични системи со гел со обратно ладење со топлина.
5.1 Материјали и опрема
5.1.1 Главни експериментални материјали
5.1.2 Главни инструменти и опрема
5.2 Експериментален метод
5.2.1 Подготовка на соединени раствори
15% HPMC/HPS compound solutions with different compounding ratios (100/0, 50/50, 0/100) and HPS with different hydroxypropyl substitution degrees (G80, A939, A1081) were prepared. Методите на подготовка на A1081, A939, HPMC и нивните соединени раствори се прикажани во 2.2.1. G80 and its compound solutions with HPMC are gelatinized by stirring under the conditions of 1500psi and 110°C in an autoclave, because G80 Native starch is high amylose (80%), and its gelatinization temperature is higher than 100 °C, which cannot be постигнато со оригиналниот метод на желатинизација со водена бања [348].
5.2.2 Реолошки својства на растворите на соединенија HPMC/HPS со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
5.2.2.1 Принцип на реолошка анализа
Исто како 2.2.2.1
5.2.2.2 Метод на тестирање на режимот на проток
Користена е паралелна штипка за плоча со дијаметар од 60 mm, а растојанието на плочата е поставено на 1 mm.
- Постои метод за тестирање на протокот пред смолкнување и тристепена тиксотропија. Исто како 2.2.2.2.
- Метод за тестирање на проток без претходно смолкнување и тиксотропна прстенест тиксотропија. Температурата за тестирање е 25 °C, а. Стрижење со зголемена брзина, опсег на брзина на смолкнување 0-1000 s-1, време на стрижење 1 мин; б. Постојано стрижење, брзина на стрижење 1000 s-1, време на стрижење 1 мин; в. Смолкнување со намалена брзина, опсегот на брзина на смолкнување е 1000-0s-1, а времето на смолкнување е 1 мин.
5.2.2.3 Метод на тестирање на режим на осцилација
Користена е паралелна плоча со дијаметар од 60 mm, а растојанието на плочата беше поставено на 1 mm.
- Метање на променливата деформација. Температура за тестирање 25 °C, фреквенција 1 Hz, деформација 0,01-100 %.
- Температурно скенирање. Фреквенција 1 Hz, деформација 0,1 %, а. Процес на загревање, температура 5-85 °C, брзина на загревање 2 °C/мин; б. Процес на ладење, температура 85-5 °C, брзина на ладење 2 °C/мин. Се користи заптивка со силиконско масло околу примерокот за да се избегне губење на влага за време на тестирањето.
- Метање на фреквенција. Варијација 0,1 %, фреквенција 1-100 rad/s. Тестовите беа спроведени на 5 °C и 85 °C, соодветно, и беа избалансирани на температурата на тестот 5 минути пред тестирањето.
Односот помеѓу модулот за складирање G′ и модулот на загуба G″ на полимерниот раствор и аголната фреквенција ω го следи законот за моќност:
каде што n′ и n″ се падините на log G′-log ω и log G″-log ω, соодветно;
G0′ и G0″ се пресекот на log G′-log ω и log G″-log ω, соодветно.
5.2.3 Оптички микроскоп
5.2.3.1 Принцип на инструмент
Исто како 4.2.3.1
5.2.3.2 Тест метод
Растворот на соединението 3% 5:5 HPMC/HPS беше изваден на различни температури од 25 °C, 45 °C и 85 °C, падна на стаклен табоган чуван на иста температура и фрлен во тенок филм. слој раствор и се суши на иста температура. Филмовите беа обоени со 1% раствор на јод, ставени во полето на светлосен микроскоп за набљудување и фотографирани.
5.3.1 Анализа на вискозност и шема на проток
5.3.1.1 Метод на тестирање на проток без претходно смолкнување и тиксотропна прстенест тиксотропија
Користејќи го методот за тестирање на проток без претходно стрижење и тиксотропниот прстен тиксотропен метод, беше проучен вискозноста на растворот на соединението HPMC/HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS. Резултатите се прикажани на Слика 5-1. Од сликата може да се види дека вискозноста на сите примероци покажува тренд на намалување со зголемувањето на брзината на смолкнување под дејство на силата на смолкнување, покажувајќи одреден степен на појава на истенчување на смолкнување. Повеќето полимерни раствори или топи со висока концентрација подлежат на силно расплеткување и молекуларно преуредување под смолкнување, со што се покажува однесување на псевдопластична течност [305, 349, 350]. Сепак, степените на разредување на смолкнување на растворите со соединенија HPMC/HPS на HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил се различни.
Од сликата може да се види дека вискозноста и степенот на разредување на смолкнувањето на чистиот примерок HPS се повисоки од оние на HPMC/HPS соединението, додека степенот на разредување на смолкнување на HPMC растворот е најнизок, главно поради вискозноста на HPS на ниска температура е значително повисока од онаа на HPMC. Дополнително, за растворот на соединението HPMC/HPS со ист сооднос на соединението, вискозноста се зголемува со степенот на супституција на хидроксипропил HPS. Ова може да биде затоа што додавањето на хидроксипропилни групи во молекулите на скроб ги крши меѓумолекуларните водородни врски и на тој начин доведува до распаѓање на скробните гранули. Хидроксипропилацијата значително го намали феноменот на разредување со смолкнување на скробот, а феноменот на разредување со смолкнување на мајчин скроб беше најочигледен. Со континуирано зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил, степенот на истенчување на смолкнување на HPS постепено се намалува.
Сите примероци имаат тиксотропни прстени на кривата на напрегање-брзина на смолкнување, што покажува дека сите примероци имаат одреден степен на тиксотропија. Тиксотропната јачина е претставена со големината на областа на тиксотропниот прстен. Колку е потиксотропен примерокот [351]. Индексот на проток n и коефициентот на вискозност K на растворот на примерокот може да се пресметаат со законот за моќност на Ostwald-de Waele (види равенка (2-1)).
Табела 5-1.
Табела 5-1 го покажува индексот на проток n, коефициентот на вискозност K и тиксотропната површина на прстенот на растворите на соединението на HPMC/HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS во процесот на зголемување на стрижењето и намалувањето на стрижењето. Од табелата може да се види дека индексот на проток n на сите примероци е помал од 1, што покажува дека сите раствори за примероци се псевдопластични течности. За системот со соединенија HPMC/HPS со ист степен на супституција на HPS хидроксипропил, индексот на проток n се зголемува со зголемувањето на содржината на HPMC, што покажува дека додавањето на HPMC прави растворот на соединението да покажува посилни карактеристики на Њутнова течност. Меѓутоа, со зголемувањето на содржината на HPMC, коефициентот на вискозност K континуирано се намалувал, што покажува дека додавањето на HPMC ја намалува вискозноста на растворот на соединението, бидејќи коефициентот на вискозност K бил пропорционален на вискозноста. n вредноста и K вредноста на чистиот HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил во фазата на растечко смолкнување се намалија со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, што покажува дека модификацијата на хидроксипропилација може да ја подобри псевдопластичноста на скробот и да ја намали вискозноста на растворите на скроб. Напротив, вредноста на n се зголемува со зголемувањето на степенот на супституција во опаѓачкиот стадиум на смолкнување, што покажува дека хидроксипропилацијата го подобрува однесувањето на растворот со Њутнова течност по стрижење со голема брзина. n вредноста и K вредноста на системот со соединенија HPMC/HPS беа под влијание и на хидроксипропилацијата на HPS и на HPMC, кои беа резултат на нивното комбинирано дејство. Во споредба со растечката фаза на стрижење, n вредностите на сите примероци во фазата на намалување на стрижењето станаа поголеми, додека вредностите на K станаа помали, што покажува дека вискозноста на сложениот раствор е намалена по стрижењето со голема брзина, а Однесувањето на Њутновата течност на растворот на соединението беше подобрено. .
Областа на тиксотропниот прстен се намалува со зголемувањето на содржината на HPMC, што укажува дека додавањето на HPMC ја намалува тиксотропијата на растворот на соединението и ја подобрува неговата стабилност. За растворот на соединението HPMC/HPS со ист сооднос на мешање, површината на тиксотропниот прстен се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, што покажува дека хидроксипропилацијата ја подобрува стабилноста на HPS.
5.3.1.2 Метод на стрижење со пред-сечење и тристепен тиксотропен метод
За проучување на промената на вискозноста на растворот на соединението HPMC/HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS со брзина на смолкнување се користеше методот на смолкнување со пред-стрижење. Резултатите се прикажани на Слика 5-2. Од сликата може да се види дека растворот HPMC не покажува речиси никакво разредување со смолкнување, додека другите примероци покажуваат разредување со смолкнување. Ова е во согласност со резултатите добиени со методот на стрижење без претходно стрижење. Исто така, може да се види од сликата дека при ниски стапки на смолкнување, високо-хидроксипропил супституираниот примерок покажува висорамнина.
Сл. 5-2 Вискозност наспроти брзина на смолкнување на растворот HPS/HPMC со различен степен на супституција на хидропропил на HPS (со претходно стрижење)
Вискозноста на нулта смолкнување (h0), индексот на проток (n) и коефициентот на вискозност (K) добиени со монтирање се прикажани во Табела 5-2. Од табелата, можеме да видиме дека за чистите примероци на HPS, n вредностите добиени со двата методи се зголемуваат со степенот на супституција, што покажува дека однесувањето на растворот на скроб налик на цврсто се намалува како што се зголемува степенот на супституција. Со зголемувањето на содржината на HPMC, сите n вредности покажаа надолен тренд, што укажува дека HPMC го намали однесувањето на растворот слично на цврсто тело. Ова покажува дека резултатите од квалитативната анализа на двата методи се конзистентни.
Споредувајќи ги податоците добиени за ист примерок при различни методи на испитување, откриено е дека вредноста на n добиена по претходно стрижење е секогаш поголема од онаа добиена со методот без претходно стрижење, што покажува дека композитниот систем добиен со пред -Методот на стрижење е цврсто-како однесувањето е пониско од она што се мери со методот без претходно стрижење. Ова е затоа што конечниот резултат добиен во тестот без пред-смолкнување е всушност резултат на комбинираното дејство на стапката на смолкнување и времето на смолкнување, додека методот време. Затоа, овој метод може попрецизно да го определи феноменот на истенчување на смолкнување и карактеристиките на протокот на сложениот систем.
Од табелата, исто така, можеме да видиме дека за истиот сооднос на мешање (5:5), n вредноста на системот за мешање е блиску до 1, а претходно стриженото n се зголемува со степенот на супституција на хидроксипропил Тоа покажува дека HPMC е континуирана фаза во системот на соединение, а HPMC има посилен ефект врз примероците од скроб со низок степен на супституција на хидроксипропил, што е во согласност со резултатот дека n вредноста се зголемува со зголемувањето на степенот на супституција без претходно стрижење, напротив. К вредностите на сложените системи со различен степен на супституција во двата методи се слични, и нема особено очигледен тренд, додека вискозноста на нулта смолкнување покажува јасен тренд на намалување, бидејќи вискозноста на нулта смолкнување е независна од смолкнувањето. стапка. Внатрешната вискозност може точно да ги одрази својствата на самата супстанција.
Сл. 5-3 Три интервална тиксотропија на HPS/HPMC мешаниот раствор со различен степен на супституција на хидропропил на HPS
Тиксотропниот метод во три фази беше користен за проучување на ефектот на различни степени на хидроксипропил супституција на хидроксипропил скроб врз тиксотропните својства на системот на соединението. Од Слика 5-3 може да се види дека во фазата на ниско смолкнување, вискозноста на растворот се намалува со зголемувањето на содржината на HPMC, а се намалува со зголемувањето на степенот на супституција, што е во согласност со законот за нулта вискозност на смолкнување.
Степенот на структурно обновување по различно време во фазата на обновување се изразува со стапката на обновување на вискозноста DSR, а методот на пресметка е прикажан во 2.3.2. Може да се види од Табела 5-2 дека во исто време на закрепнување, DSR на чистиот HPS е значително помал од оној на чистиот HPMC, што е главно поради тоа што HPMC молекулата е крут синџир и нејзиното време на релаксација е кратко, и структурата може да се обнови за кратко време. опорави. Додека HPS е флексибилен синџир, неговото време за релаксација е долго, а обновувањето на структурата трае долго. Со зголемувањето на степенот на супституција, DSR на чистиот HPS се намалува со зголемувањето на степенот на супституција, што покажува дека хидроксипропилацијата ја подобрува флексибилноста на молекуларниот синџир на скроб и го прави времето на релаксација на HPS подолго. DSR на соединениот раствор е помал од оној на чистиот HPS и чисти HPMC примероци, но со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, DSR на сложената мостра се зголемува, што покажува дека тиксотропијата на сложениот систем се зголемува со зголемување на супституцијата на HPS хидроксипропил. Се намалува со зголемување на степенот на радикална замена, што е во согласност со резултатите без претходно стрижење.
Табела 5-2. степен на замена на HPS на 25 °C
Накратко, тестот за стабилна состојба без претходно стрижење и тестот за тиксотропна прстенест тиксотропија може квалитативно да ги анализира примероците со големи разлики во перформансите, но за соединенијата со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил со мали разлики во перформансите. Резултатите од истражувањето на растворот се спротивни на реалните резултати, бидејќи измерените податоци се сеопфатни резултати од влијанието на брзината на смолкнување и времето на смолкнување и не можат вистински да го одразат влијанието на една променлива.
5.3.2 Линеарна вискоеластична област
Добро е познато дека за хидрогелите, модулот на складирање G' се определува со тврдоста, јачината и бројот на ефективни молекуларни синџири, а модулот на загуба G' се одредува со миграцијата, движењето и триењето на малите молекули и функционалните групи. . Се одредува со потрошувачката на енергија од триење како што се вибрациите и ротацијата. Знак за постоење на пресекот на модулот на складирање G′ и модулот на загуба G″ (т.е. tan δ = 1). Преминот од раствор во гел се нарекува гел точка. Модулот за складирање G′ и модулот на загуба G″ често се користат за проучување на однесувањето на гелацијата, стапката на формирање и структурните својства на структурата на мрежата на гел [352]. They can also reflect the internal structure development and molecular structure during the formation of the gel network structure. интеракција [353].
Слика 5-4 ги прикажува кривите на истегнување на соединенија HPMC/HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS на фреквенција од 1 Hz и опсег на напрегање од 0,01%-100%. Од сликата може да се види дека во долната област на деформација (0,01–1%), сите примероци освен HPMC се G′ > G″, покажувајќи состојба на гел. За HPMC, G′ е во целата форма Опсегот на променливата е секогаш помал од G“, што покажува дека HPMC е во растворлива состојба. Покрај тоа, деформациската зависност на вискоеластичноста на различни примероци е различна. За примерокот G80, фреквентната зависност на вискоеластичноста е поочигледна: кога деформацијата е поголема од 0,3%, може да се види дека G' постепено се намалува, придружено со значително зголемување на G". зголемување, како и значително зголемување на tan δ; и се вкрстуваат кога количината на деформација е 1,7%, што покажува дека структурата на гел мрежата на G80 е сериозно оштетена откако количината на деформација ќе надмине 1,7%, и е во растворена состојба.
Сл. 5-4.
Сл. 5-5 tan δ наспроти сој за мешан раствор на HPMC/HPS со различен степен на супституција на хидропропил на HPS
Од сликата може да се види дека линеарниот вискоеластичен регион на чисти HPs очигледно е стеснет со намалување на степенот на замена на хидроксипропил. Со други зборови, како што се зголемува степенот на супституција на HPS хидроксипропил, значајните промени во tan δ кривата имаат тенденција да се појават во опсегот на поголема количина на деформација. Особено, линеарната вискоеластична област на G80 е најтесна од сите примероци. Затоа, линеарната вискоеластична област на G80 се користи за одредување
Критериуми за определување на вредноста на променливата на деформација во следната серија на тестови. За системот со соединенија HPMC/HPS со ист сооднос на соединување, линеарната вискоеластична област исто така се стеснува со намалувањето на степенот на супституција на хидроксипропил на HPS, но ефектот на намалување на степенот на супституција на хидроксипропил врз линеарната вискоеластична област не е толку очигледен.
5.3.3 Вискоеластични својства при загревање и ладење
The dynamic viscoelastic properties of HPMC/HPS compound solutions of HPS with different degrees of hydroxypropyl substitution are shown in Figure 5-6. Како што може да се види од сликата, HPMC прикажува четири фази во текот на процесот на загревање: почетен регион на платото, две фази на формирање на структурата и финален регион на плато. Во почетната фаза на плато, G′ < G″, вредностите на G′ и G″ се мали и имаат тенденција да се намалуваат благо со зголемувањето на температурата, покажувајќи го заедничкото течно вискоеластично однесување. Термичката гелација на HPMC има две различни фази на формирање на структурата ограничена со пресекот на G' и G″ (односно, преодната точка раствор-гел, околу 49 °C), што е во согласност со претходните извештаи. Конзистентна [160, 354]. На висока температура, поради хидрофобна асоцијација и хидрофилна асоцијација, HPMC постепено формира вкрстена мрежна структура [344, 355, 356]. Во регионот на платото на опашката, вредностите на G′ и G″ се високи, што укажува дека структурата на HPMC гел мрежата е целосно формирана.
Овие четири фази на HPMC се појавуваат последователно во обратен редослед како што температурата се намалува. Пресекот на G' и G″ се префрла во регионот на ниска температура на околу 32 °C за време на фазата на ладење, што може да се должи на хистереза [208] или ефектот на кондензација на ланецот при ниска температура [355]. Слично на HPMC, други примероци за време на процесот на загревање, исто така има четири фази, а реверзибилниот феномен се јавува за време на процесот на ладење. Сепак, од сликата може да се види дека G80 и A939 покажуваат поедноставен процес без пресек помеѓу G' и G“, а кривата на G80 не се ни појавува. Областа на платформата одзади.
За чист HPS, повисок степен на замена на хидроксипропил може да ги помести и почетната и крајната температура на формирање на гел, особено почетната температура, која е 61 °C за G80, A939 и A1081, соодветно. , 62 °C и 54 °C. Дополнително, за примероците HPMC/HPS со ист сооднос на соединување, како што се зголемува степенот на супституција, вредностите на G′ и G″ и двете имаат тенденција да се намалуваат, што е во согласност со резултатите од претходните студии [357, 358]. Како што се зголемува степенот на замена, текстурата на гелот станува мека. Затоа, хидроксипропилацијата ја крши наредената структура на природниот скроб и ја подобрува неговата хидрофилност [343].
За примероците на соединението HPMC/HPS, и G′ и G″ се намалија со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, што беше во согласност со резултатите од чистиот HPS. Згора на тоа, со додавање на HPMC, степенот на замена имаше значително влијание врз G′ Ефектот со G станува помалку изразен.
Вискоеластичните криви на сите композитни примероци HPMC/HPS го покажаа истиот тренд, што одговараше на HPS при ниска температура и HPMC на висока температура. Со други зборови, при ниска температура, HPS доминира во вискоеластичните својства на сложениот систем, додека при висока температура HPMC ги одредува вискоеластичните својства на сложениот систем. Овој резултат главно се припишува на HPMC. Особено, HPS е ладен гел, кој се менува од состојба на гел во состојба на раствор кога се загрева; напротив, HPMC е топол гел, кој постепено формира гел со зголемена температура мрежната структура. За системот со соединенија HPMC/HPS, при ниска температура, својствата на гелот на сложениот систем главно придонесуваат со ладниот гел HPS, а на висока температура, на топли температури, желацијата на HPMC доминира во системот на соединение.
Сл. 5-6 Модул на складирање (G′), модул на загуба (G″) и тен δ наспроти температура за раствор од мешавина од HPS/HPMC со различен степен на супституција на хидроипропил на HPS
Модулот на композитниот систем HPMC/HPS, како што се очекуваше, е помеѓу модулите на чист HPMC и чист HPS. Покрај тоа, сложениот систем покажува G′ > G″ во целиот опсег на скенирање на температурата, што покажува дека и HPMC и HPS можат да формираат интермолекуларни водородни врски со молекулите на водата, соодветно, а исто така можат да формираат меѓумолекуларни водородни врски меѓу себе. Покрај тоа, на кривата на факторот на загуба, сите сложени системи имаат tan δ врв на околу 45 °C, што покажува дека континуираната фазна транзиција се случила во сложениот систем. За оваа фазна транзиција ќе се дискутира во следната 5.3.6. продолжи со дискусијата.
5.3.4 Ефект на температурата врз вискозноста на соединението
Разбирањето на ефектот на температурата врз реолошките својства на материјалите е важно поради широкиот опсег на температури што може да се појават при обработката и складирањето [359, 360]. Во опсег од 5 °C – 85 °C, ефектот на температурата врз комплексната вискозност на растворите со соединенија HPMC/HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS е прикажан на Слика 5-7. Од Слика 5-7(а), може да се види дека комплексната вискозност на чистиот HPS значително се намалува со зголемувањето на температурата; вискозноста на чистиот HPMC малку се намалува од почетната на 45 °C со зголемувањето на температурата. подобри.
Кривите на вискозност на сите соединени примероци покажаа слични трендови со температурата, прво се намалуваа со зголемувањето на температурата, а потоа се зголемуваа со зголемувањето на температурата. Дополнително, вискозноста на сложените примероци е поблиска до онаа на HPS при ниска температура и поблиска до онаа на HPMC на висока температура. Овој резултат е исто така поврзан со необичното однесување на гелација и на HPMC и на HPS. Кривата на вискозност на сложениот примерок покажа брза транзиција на 45 °C, веројатно поради фазна транзиција во сложениот систем HPMC/HPS. Сепак, вреди да се напомене дека вискозноста на примерокот од соединението G80/HPMC 5:5 на висока температура е повисок од оној на чистиот HPMC, што главно се должи на повисокиот внатрешен вискозитет на G80 на висока температура [361]. Под истиот сооднос на соединување, вискозноста на соединението на системот за соединување се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил. Затоа, воведувањето на хидроксипропил групи во молекулите на скроб може да доведе до кршење на интрамолекуларните водородни врски во молекулите на скробот.
Сл. 5-7 Комплексна вискозност наспроти температура за HPS/HPMC се меша со различниот степен на супституција на хидроипропил на HPS
Ефектот на температурата врз комплексната вискозност на системот со соединенија HPMC/HPS е во согласност со односот Арениус во одреден температурен опсег, а комплексната вискозност има експоненцијална врска со температурата. Равенката на Арениус е како што следува:
Меѓу нив, η* е комплексната вискозност, Pa s;
A е константа, Pa s;
Т е апсолутна температура, К;
R е гасната константа, 8,3144 J·mol–1·K–1;
E е енергијата на активирање, J·mol–1.
Поставена според формулата (5-3), кривата на вискозност-температура на системот на соединението може да се подели на два дела според tan δ врвот на 45 °C; сложениот систем на 5 °C – 45 °C и 45 °C – 85 ° Вредностите на енергијата на активирање E и константата A добиени со вклопување во опсегот C се прикажани во Табела 5-3. Пресметаните вредности на енергијата на активирање E се помеѓу −174 kJ·mol−1 и 124 kJ·mol−1, а вредностите на константата A се помеѓу 6,24×10−11 Pa·s и 1,99×1028 Pa·s. Во рамките на опсегот на фитинг, опремените коефициенти на корелација беа повисоки (R2 = 0,9071 –0.9892), освен примерокот G80/HPMC. Примерокот G80/HPMC има помал коефициент на корелација (R2= 0,4435) во температурен опсег од 45 °C – 85 °C, што може да се должи на инхерентно поголемата цврстина на G80 и неговата поголема тежина во споредба со другите HPS стапка на кристализација [ 362]. Ова својство на G80 ја прави поголема веројатноста да формира нехомогени соединенија кога се комбинира со HPMC.
Во температурниот опсег од 5 °C – 45 °C, вредноста E на композитниот примерок HPMC/HPS е малку пониска од онаа на чистиот HPS, што може да се должи на интеракцијата помеѓу HPS и HPMC. Намалете ја температурната зависност на вискозноста. Е вредноста на чистата HPMC е поголема од онаа на другите примероци. Енергиите на активација за сите примероци што содржат скроб беа ниски позитивни вредности, што укажува на тоа дека на пониски температури, намалувањето на вискозноста со температурата беше помалку изразено и формулациите покажаа текстура слична на скроб.
Табела 5-3.
Меѓутоа, во повисокиот температурен опсег од 45 °C – 85 °C, вредноста Е се промени квалитативно помеѓу чистите HPS и HPMC/HPS композитните примероци, а вредноста E на чистите HPS беше 45,6 kJ·mol-1 – во опсегот на 124 kJ·mol−1, E вредностите на комплексите се во опсег од -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1. Оваа промена го демонстрира силниот ефект на HPMC врз енергијата на активација на сложениот систем, бидејќи вредноста E на чистиот HPMC е -174 kJ mol−1. Вредностите на Е на чистиот HPMC и сложениот систем се негативни, што укажува на тоа дека на повисоки температури, вискозноста се зголемува со зголемување на температурата, а соединението покажува текстура на однесувањето слична на HPMC.
Ефектите на HPMC и HPS врз комплексната вискозност на системите со соединенија HPMC/HPS при висока температура и ниска температура се во согласност со дискутираните вискоеластични својства.
5.3.5 Динамички механички својства
На сликите 5-8 се прикажани кривите на фреквенција на 5 °C на HPMC/HPS соединени раствори на HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил. Од сликата може да се види дека чистиот HPS покажува типично однесување слично на цврсто (G′ > G″), додека HPMC е однесување слично на течност (G′ < G″). Сите формулации HPMC/HPS покажаа цврсто однесување. За повеќето примероци, и G′ и G″ се зголемуваат со зголемување на фреквенцијата, што покажува дека однесувањето на материјалот слично на цврсто е силно.
Чистите HPMC покажуваат јасна зависност од фреквенцијата што е тешко да се види во чистите примероци на HPS. As expected, the HPMC/HPS complex system exhibited a certain degree of frequency dependence. За сите примероци што содржат HPS, n′ е секогаш помал од n″, а G″ покажува посилна зависност од фреквенцијата од G′, што покажува дека овие примероци се повеќе еластични отколку вискозни [352, 359, 363]. Затоа, перформансите на сложените примероци главно се одредуваат од HPS, што е главно поради тоа што HPMC прикажува состојба на раствор со помал вискозитет при ниска температура.
Табела 5-4 n′, n″, G0′ и G0″ за HPS/HPMC со различен степен на супституција на хидропропил на HPS на 5 °C како што е определено од равенките. (5-1) и (5-2)
Сл. 5-8.
Чистите HPMC покажуваат јасна зависност од фреквенцијата што е тешко да се види во чистите примероци на HPS. Како што се очекуваше за комплексот HPMC/HPS, системот на лигандот покажа одреден степен на зависност од фреквенцијата. За сите примероци што содржат HPS, n′ е секогаш помал од n″, а G″ покажува посилна зависност од фреквенцијата од G′, што покажува дека овие примероци се повеќе еластични отколку вискозни [352, 359, 363]. Затоа, перформансите на сложените примероци главно се одредуваат од HPS, што е главно затоа што HPMC претставува состојба на раствор со пониска вискозност на ниска температура.
На сликите 5-9 се прикажани кривите на фреквенција на соединенија HPMC/HPS на HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил на 85°C. Како што може да се види од сликата, сите други примероци на HPS освен A1081 покажаа типично однесување слично на цврсто тело. За A1081, вредностите на G' и G" се многу блиски, а G' е малку помал од G", што покажува дека A1081 се однесува како течност.
Ова може да биде затоа што A1081 е ладен гел и се подложува на транзиција од гел во раствор на висока температура. Од друга страна, за примероци со ист сооднос на соединување, вредностите на n′, n″, G0′ и G0″ (Табела 5-5) се намалија со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, што покажува дека хидроксипропилацијата го намалила цврстиот слично однесување на скроб на висока температура (85°C). Особено, n′ и n″ на G80 се блиску до 0, покажувајќи силно однесување слично на цврсто тело; Спротивно на тоа, n′ и n″ вредностите на A1081 се блиску до 1, покажувајќи силно однесување со течност. Овие n' и n" вредности се конзистентни со податоците за G' и G". Дополнително, како што може да се види од сликите 5-9, степенот на супституција на хидроксипропил може значително да ја подобри зависноста од фреквенцијата на HPS на висока температура.
Сл. 5-9.
Слики 5-9 покажуваат дека HPMC покажува типично однесување слично на цврсто (G′ > G″) на 85°C, што главно се припишува на неговите својства на термогел. Покрај тоа, G′ и G″ на HPMC варираат со фреквенцијата Зголемувањето не се промени многу, што покажува дека нема јасна зависност од фреквенцијата.
За системот со соединенија HPMC/HPS, вредностите на n′ и n″ се обете блиску до 0, а G0′ е значително повисока од G0 (Табела″ 5-5), потврдувајќи го неговото однесување слично на цврсто тело. Од друга страна, повисоката супституција на хидроксипропил може да го префрли HPS од цврсто во течно однесување, феномен што не се јавува во сложените раствори. In addition, for the compound system added with HPMC, with the increase of frequency, both G' and G” remained relatively stable, and the values of n' and n” were close to those of HPMC. Сите овие резултати сугерираат дека HPMC доминира во вискоеластичноста на сложениот систем на висока температура од 85°C.
Табела 5-5 n′, n″, G0′ и G0″ за HPS/HPMC со различна хидропропил замена на HPS на 85 °C како што е определено од равенките. (5-1) и (5-2)
5.3.6 Морфологија на композитниот систем HPMC/HPS
Фазната транзиција на системот со соединенија HPMC/HPS беше проучена со оптички микроскоп за боење со јод. Системот со соединенија HPMC/HPS со сооднос на соединенија од 5:5 беше тестиран на 25 °C, 45 °C и 85 °C. Сликите на микроскоп со обоена светлина подолу се прикажани на сликите 5-10. Од сликата може да се види дека по боење со јод, фазата HPS се обојува во потемна боја, а фазата HPMC покажува посветла боја бидејќи не може да се обои со јод. Затоа, јасно се разликуваат двете фази на HPMC/HPS. При повисоки температури, површината на темните региони (фаза HPS) се зголемува и површината на светлите региони (HPMC фаза) се намалува. In particular, at 25 °C, HPMC (bright color) is the continuous phase in the HPMC/HPS composite system, and the small spherical HPS phase (dark color) is dispersed in the HPMC continuous phase. Спротивно на тоа, на 85 °C, HPMC стана многу мала и неправилна форма дисперзирана фаза дисперзирана во континуираната фаза на HPS.
Сл. 5-8 Морфологии на обоени мешавини 1:1 HPMC/HPS на 25 °C, 45 °C и 85 °C
Со зголемувањето на температурата, треба да има преодна точка на фазната морфологија на континуираната фаза од HPMC во HPS во системот на соединенија HPMC/HPS. Во теорија, тоа треба да се случи кога вискозноста на HPMC и HPS се исти или многу слични. Како што може да се види од микрографиите од 45 ° C на сликите 5-10, не се појавува типичен фазен дијаграм „морски остров“, но се забележува ко-континуирана фаза. Ова набудување исто така го потврдува фактот дека фазата на транзиција на континуираната фаза може да се случи на врвот на тен во кривата на дисипација факторска температура, дискутирана во 5.3.3.
Исто така, може да се види од сликата дека при ниска температура (25 °C), некои делови од темната дисперзирана фаза на HPS покажуваат одреден степен на светла боја, што може да биде затоа што дел од фазата HPMC постои во фазата HPS во форма на дисперзирана фаза. средината. Случајно, на висока температура (85 °C), некои мали темни честички се дистрибуираат во дисперзирана фаза на HPMC со светла боја, а овие мали темни честички се континуираната фаза 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 Шематски дијаграм на фазна транзиција на соединен систем HPMC/HPS
Врз основа на класичното реолошко однесување на полимерните раствори и композитните гел точки [216, 232] и споредбата со комплексите дискутирани во трудот, предложен е принципен модел за структурна трансформација на комплексите HPMC/HPS со температура, како што е прикажано на сл. 5-11.
Сл. 5-11 Шематски структури на транзицијата на сол-гел на HPMC (а); HPS (б); и HPMC/HPS (в)
Однесувањето на гелот на HPMC и неговиот сроден механизам за транзиција на раствор-гел се многу проучени [159, 160, 207, 208]. Еден од широко прифатените е дека синџирите на HPMC постојат во раствор во форма на збирни снопови. Овие кластери се меѓусебно поврзани со обвиткување на некои несупституирани или слабо растворливи целулозни структури и се поврзани со густо супституирани региони со хидрофобна агрегација на метил групи и хидроксилни групи. На ниска температура, молекулите на водата формираат структури слични на кафез надвор од метил хидрофобните групи и структури на водена обвивка надвор од хидрофилните групи како што се хидроксилните групи, спречувајќи HPMC да формира меѓусинџирски водородни врски на ниски температури. Како што се зголемува температурата, HPMC апсорбира енергија и овие структури на воден кафез и водена школка се скршени, што е кинетиката на транзицијата раствор-гел. Раскинувањето на водениот кафез и водната обвивка ги изложува метил и хидроксипропил групите на водната средина, што резултира со значително зголемување на слободниот волумен. На повисока температура, поради хидрофобната асоцијација на хидрофобните групи и хидрофилната асоцијација на хидрофилните групи, конечно се формира тродимензионалната мрежна структура на гелот, како што е прикажано на Слика 5-11(а).
По желатинизацијата на скроб, амилозата се раствора од скробните гранули за да формира шуплива единечна спирална структура, која постојано се намотува и на крајот претставува состојба на случајни намотки. Оваа структура со една спирала формира хидрофобна празнина одвнатре и хидрофилна површина однадвор. Оваа густа структура на скроб му дава подобра стабилност [230-232]. Затоа, HPS постои во форма на променливи случајни намотки со некои испружени спирални сегменти во воден раствор на висока температура. Како што температурата се намалува, водородните врски помеѓу HPS и молекулите на водата се прекинуваат и врзаната вода се губи. Конечно, се формира тродимензионална мрежна структура поради формирање на водородни врски помеѓу молекуларните синџири и се формира гел, како што е прикажано на Слика 5-11 (б).
Обично, кога се соединуваат две компоненти со многу различни вискозитети, компонентата со висок вискозитет има тенденција да формира дисперзирана фаза и се дисперзира во континуираната фаза на компонентата со низок вискозитет. При ниски температури, вискозноста на HPMC е значително помала од онаа на HPS. Затоа, HPMC формира континуирана фаза која ја опкружува фазата на гел HPS со висок вискозитет. На рабовите на двете фази, хидроксилните групи на синџирите HPMC губат дел од врзаната вода и формираат меѓумолекуларни водородни врски со молекуларните ланци на HPS. За време на процесот на загревање, молекуларните синџири на HPS се движеле поради апсорпција на доволно енергија и формирале водородни врски со молекулите на водата, што резултирало со прекин на структурата на гелот. Во исто време, структурата на воден кафез и структурата на водена школка на ланецот HPMC беа уништени и постепено пукнаа за да се изложат хидрофилните групи и хидрофобните кластери. На висока температура, HPMC формира структура на гел-мрежна структура поради меѓумолекуларните водородни врски и хидрофобната асоцијација, и на тој начин станува дисперзирана фаза со висок вискозитет дисперзирана во континуираната фаза на HPS на случајни намотки, како што е прикажано на Слика 5-11(c). Затоа, HPS и HPMC доминираа во реолошките својства, својствата на гелот и фазната морфологија на композитните гелови при ниски и високи температури, соодветно.
Воведувањето на хидроксипропилните групи во молекулите на скроб ја раскинува неговата внатрешна уредена интрамолекуларна структура на водородна врска, така што желатинизираните амилозни молекули се во отечена и растегната состојба, што го зголемува ефективниот волумен на хидратација на молекулите и ја инхибира тенденцијата на молекулите на скробот случајно да се затегнат. во воден раствор [362]. Затоа, гломазните и хидрофилни својства на хидроксипропил ја отежнуваат рекомбинацијата на амилозни молекуларни ланци и формирањето на регионите со вкрстено поврзување [233]. Затоа, со намалувањето на температурата, во споредба со природниот скроб, HPS има тенденција да формира полабава и помека гел-мрежна структура.
Со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил, во растворот на HPS има повеќе растегнати спирални фрагменти, кои можат да формираат повеќе меѓумолекуларни водородни врски со HPMC молекуларниот синџир на границата на двете фази, со што се формира поуниформа структура. Покрај тоа, хидроксипропилацијата ја намалува вискозноста на скробот, со што се намалува разликата во вискозноста помеѓу HPMC и HPS во формулацијата. Затоа, точката на транзиција на фаза во комплексниот систем HPMC/HPS се префрла на ниска температура со зголемување на степенот на супституција на HPS хидроксипропил. Ова може да се потврди со наглото менување на вискозноста со температурата на реконституираните примероци во 5.3.4.
5.4 Резиме на поглавје
Во ова поглавје, беа подготвени раствори на соединенија HPMC/HPS со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил, а ефектот на степенот на супституција на HPS хидроксипропил врз реолошките својства и својствата на гелот на системот за ладни и топли гелови HPMC/HPS беа испитани со реометар. Фазната распределба на HPMC/HPS ладен и топол гел композитен систем беше проучена со анализа на оптички микроскоп за боење со јод. Главните наоди се како што следува:
- На собна температура, вискозноста и разредувањето на смолкнувањето на растворот на соединението HPMC/HPS се намалија со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил. Ова е главно затоа што воведувањето на хидроксипропил група во молекулата на скроб ја уништува нејзината интрамолекуларна структура на водородна врска и ја подобрува хидрофилноста на скробот.
- At room temperature, the zero-shear viscosity h0, flow index n, and viscosity coefficient K of HPMC/HPS compound solutions are affected by both HPMC and hydroxypropylation. Со зголемување на содржината на HPMC, нулта вискозност на смолкнување h0 се намалува, индексот на проток n се зголемува, а коефициентот на вискозност K се намалува; Вискозноста на нултата смолкнување H0, индексот на проток N и коефициентот на вискозност K на чисти HP се зголемуваат со хидроксил со зголемување на степенот на замена на пропил, станува помал; но за сложениот систем, нултата вискозност на смолкнување h0 се намалува со зголемувањето на степенот на супституција, додека индексот на проток n и константата на вискозност K се зголемуваат со зголемувањето на степенот на супституција.
- Методот на стрижење со пред-стрижење и тристепената тиксотропија може попрецизно да ја одрази вискозноста, својствата на проток и тиксотропијата на растворот на соединението.
- Линеарната вискоеластична област на системот на соединенија HPMC/HPS се стеснува со намалувањето на степенот на супституција на хидроксипропил на HPS.
- Во овој систем за ладно-топол гел соединение, HPMC и HPS можат да формираат континуирани фази при ниски и високи температури, соодветно. Оваа промена на фазната структура може значително да влијае на комплексната вискозност, вискоеластичните својства, зависноста од фреквенцијата и својствата на гелот на комплексниот гел.
- Како дисперзирани фази, HPMC и HPS можат да ги одредат реолошките својства и својствата на гелот на системите со соединенија HPMC/HPS на високи и ниски температури, соодветно. Вискоеластичните криви на композитните примероци HPMC/HPS беа конзистентни со HPS на ниска температура и HPMC на висока температура.
- Различниот степен на хемиска модификација на структурата на скробот, исто така, имаше значително влијание врз својствата на гелот. Резултатите покажуваат дека комплексната вискозност, модулот на складирање и модулот на загуба се намалуваат со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил. Затоа, хидроксипропилацијата на природниот скроб може да ја наруши неговата наредена структура и да ја зголеми хидрофилноста на скробот, што резултира со мека текстура на гел.
- Хидроксипропилацијата може да го намали цврстото однесување на растворите на скроб при ниска температура и однесувањето слично на течност на висока температура. При ниска температура, вредностите на n′ и n″ станаа поголеми со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил; при висока температура, n' и n″ вредностите станаа помали со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил.
- Беше воспоставен односот помеѓу микроструктурата, реолошките својства и својствата на гелот на композитниот систем HPMC/HPS. И ненадејната промена во кривата на вискозност на сложениот систем и врвот на тен Δ во кривата на факторот на загуба се појавуваат на 45 ° C, што е во согласност со ко-континуираниот фазен феномен забележан во микрографијата (на 45 ° C).
Накратко, композитниот систем HPMC/HPS ладно-топол гел покажува посебна морфологија и својства на фазата контролирана со температура. Преку различни хемиски модификации на скроб и целулоза, системот HPMC/HPS со ладни и топли соединенија со гел може да се користи за развој и примена на паметни материјали со висока вредност.
Поглавје 6 Ефекти на степенот за замена на HPS врз својствата и системската компатибилност на композитните мембрани HPMC/HPS
Од поглавје 5 може да се види дека промената на хемиската структура на компонентите во сложениот систем ја одредува разликата во реолошките својства, својствата на гелот и другите преработувачки својства на системот на соединение. Вкупните перформанси имаат значително влијание.
Ова поглавје се фокусира на влијанието на хемиската структура на компонентите врз микроструктурата и макроскопските својства на композитната мембрана HPMC/HPS. Во комбинација со влијанието на Поглавје 5 врз реолошките својства на композитниот систем, се воспоставуваат реолошките својства на композитниот систем HPMC/HPS- врска помеѓу својствата на филмот.
6.1 Материјали и опрема
6.1.1 Главни експериментални материјали
6.1.2 Главни инструменти и опрема
6.2 Експериментален метод
6.2.1 Подготовка на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Вкупната концентрација на сложениот раствор е 8% (w/w), односот на соединение HPMC/HPS е 10: 0, 5: 5, 0:10, пластификаторот е 2,4% (w/w) полиетилен гликол, јадење композитен филм на HPMC/HPS беше подготвен со метод на лиење. За специфичниот метод на подготовка, видете 3.2.1.
6.2.2 Микродомен структура на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
6.2.2.1 Принципот на анализа на микроструктурата на синхротронското зрачење расејување на Х-зраци со мал агол
Расејувањето со мали ангелски зраци (SAXS) се однесува на расејувањето на феноменот предизвикан од зракот на Х-зраци што го озрачува примерокот под тест во рамките на мал агол близу до зракот на Х-зраци. Врз основа на разликата во густината на електрони во нано размери помеѓу расејувачот и околниот медиум, расејувањето на Х-зраци со мал агол најчесто се користи во проучувањето на цврсти, колоидни и течни полимерни материјали во опсегот на нано размери. Во споредба со технологијата на дифракција со широк агол на Х-зраци, саксовите можат да добијат структурни информации во поголеми размери, кои можат да се користат за анализирање на конформацијата на полимерните молекуларни ланци, структурите со долг период и фазата на структура и фазата на дистрибуција на полимерните комплексни системи . Синхротрон рендгенски извор на светлина е нов вид извор на светлина со високи перформанси, кој ги има предностите на висока чистота, висока поларизација, тесен пулс, висока осветленост и висока колимација, така што може побрзо да се добијат структурните информации на нано-скалата на материјалите и точно. Анализирајќи го спектарот SAXS на измерената супстанција може квалитативно да се добие униформноста на густината на електронскиот облак, униформноста на густината на еднофазниот електронски облак (позитивно отстапување од Пород или Дебиевата теорема) и јасноста на двофазниот интерфејс (негативно отстапување од Пород или Дебаевата теорема). ), самосличност на расфрлачот (без разлика дали има фрактални карактеристики), дисперзност на распрснувачот (монодисперзност или полидисперзност определена од Гиние) и други информации, како и димензијата на фракталот на расејувачот, радиусот на вртење и просечниот слој на единици кои се повторуваат, исто така, квантитативно може да се добијат. Дебелина, просечна големина, волуменска фракција на расфрлачот, специфична површина и други параметри.
6.2.2.2 Тест метод
Во австралискиот центар за синхротронско зрачење (Клејтон, Викторија, Австралија), напредниот светски извор на синхротронско зрачење од трета генерација (флукс 1013 фотони/s, бранова должина 1,47 Å) беше искористен за да се одреди структурата на микродоменот и други поврзани информации на композитот филм. The two-dimensional scattering pattern of the test sample was collected by the Pilatus 1M detector (169 × 172 μm area, 172 × 172 μm pixel size), and the measured sample was in the range of 0.015 < q < 0.15 Å−1 ( q е вектор на расејување) Внатрешната еднодимензионална крива на расејување на Х-зраци со мал агол е добиена од дводимензионалната шема на расејување со софтверот ScatterBrain, а векторот на расејување q и аголот на расејување 2 се конвертираат со формулата i / . каде е брановата должина на Х-зраците. Сите податоци беа претходно нормализирани пред анализата на податоците.
6.2.3 Термогравиметриска анализа на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на HPS хидроксипропил супституција
6.2.3.1 Принцип на термогравиметриска анализа
Исто како 3.2.5.1
6.2.3.2 Тест метод
Видете 3.2.5.2
6.2.4 Карактеристики на истегнување на композитните филмови HPMC/HPS со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
6.2.4.1 Принцип на анализа на својствата на затегнување
Исто како 3.2.6.1
6.2.4.2 Тест метод
Видете 3.2.6.2
Користејќи го стандардот ISO37, тој е исечен на раскошни во форма на глувци, со вкупна должина од 35мм, растојание помеѓу линиите за обележување од 12мм и ширина од 2мм. Сите испитни примероци беа избалансирани на 75% влажност повеќе од 3 дена.
6.2.5 Кислород пропустливост на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на HPS хидроксипропил супституција
6.2.5.1 Принцип на анализа на пропустливост на кислород
Исто како 3.2.7.1
6.2.5.2 Тест метод
Видете 3.2.7.2
6.3 Резултати и дискусија
6.3.1 Анализа на кристалната структура на HPMC/HPS композитни филмови со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Слика 6-1 ги прикажува малите аголни спектри на расејување на Х-зраци на композитните филмови HPMC/HPS со различни степени на замена на HPS хидроксипропил. Од сликата може да се види дека во релативно големиот опсег од q > 0,3 Å (2θ > 40), се појавуваат очигледни карактеристични врвови во сите мембрански примероци. Од шаблонот на расејување на Х-зраците на филмот со чиста компонента (слика 6-1а), чистиот HPMC има силен карактеристичен врв на расејување на Х-зраци на 0,569 Å, што покажува дека HPMC има врв на расејување на Х-зраци во широк агол регион од 7,70 (2θ > 50). Врвови со карактеристични кристали, што укажува дека HPMC има одредена кристална структура овде. И примероците од чист филм од скроб A939 и A1081 покажаа посебен врв на расејување на Х-зраци на 0,397 Å, што покажува дека HPS има кристален карактеристичен врв во регионот со широк агол од 5,30, што одговара на кристалниот врв на скробот од типот Б. Од сликата може јасно да се види дека A939 со ниска супституција на хидроксипропил има поголема површина на врвот од A1081 со висока супституција. Ова е главно затоа што воведувањето на хидроксипропил групата во молекуларниот синџир на скроб ја крши оригиналната наредена структура на молекулите на скроб, ја зголемува тешкотијата на преуредување и вкрстено поврзување помеѓу молекуларните синџири на скроб и го намалува степенот на рекристализација на скробот. Со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил групата, инхибиторниот ефект на хидроксипропил групата врз рекристализацијата на скробот е поочигледен.
It can be seen from the small-angle X-ray scattering spectra of the composite samples (Fig. 6-1b) that the HPMC-HPS composite films all showed obvious characteristic peaks at 0.569 Å and 0.397 Å, corresponding to the 7.70 HPMC crystal карактеристични врвови, соодветно. Врвната површина на HPS кристализација на композитниот филм HPMC/A939 е значително поголема од онаа на композитниот филм HPMC/A1081. Преуредувањето е потиснато, што е во согласност со варијацијата на врвот на кристализацијата на HPS со степенот на супституција на хидроксипропил во чистите компоненти на филмовите. Областа на кристалниот врв што одговара на HPMC на 7,70 за композитните мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил не се промени многу. Во споредба со спектарот на примероци од чиста компонента (слика 5-1а), областите на врвовите на кристализација на HPMC и врвовите на кристализација на HPS на композитните примероци се намалија, што покажа дека преку комбинацијата на двете, и HPMC и HPS може да бидат ефективни за другата група. Феноменот на рекристализација на материјалот за одвојување на филмот игра одредена инхибиторна улога.
Сл. 6-1 SAXS спектри на HPMC/HPS мешани филмови со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
Како заклучок, зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил и соединувањето на двете компоненти може да го инхибираат феноменот на рекристализација на композитната мембрана HPMC/HPS до одреден степен. Зголемувањето на степенот на замена на хидроксипропил на HPS главно ја инхибира рекристализацијата на HPS во композитната мембрана, додека двокомпонентното соединение одигра одредена инхибиторна улога во рекристализацијата на HPS и HPMC во композитната мембрана.
6.3.2 Самослична анализа на фрактална структура на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Просечната должина на синџирот (R) на молекули полисахариди како што се молекулите на скроб и молекули на целулоза е во опсег од 1000-1500 nm, а q е во опсег од 0,01-0,1 Å-1, со qR >> 1. Според Пород формула, може да се видат примероците од полисахаридниот филм Односот помеѓу интензитетот на расејување на Х-зраци со мал агол и аголот на расејување е:
Меѓу ова, I(q) е интензитетот на расејување на Х-зраци со мал агол;
q е аголот на расејување;
Породската падина α е поврзана со фракталната структура. Ако α < 3, тоа покажува дека структурата на материјалот е релативно лабава, површината на расејувачот е мазна и тоа е масен фрактал, а неговата фрактална димензија D = α; ако 3 < α <4, тоа покажува дека структурата на материјалот е густа, а расфрлачот е површината е груба, што е површински фрактал, а нејзината фрактална димензија D = 6 – α.
Слика 6-2 ги прикажува графиците lnI(q)-lnq на HPMC/HPS композитните мембрани со различни степени на замена на HPS хидроксипропил. It can be seen from the figure that all samples present a self-similar fractal structure within a certain range, and the Porod slope α is less than 3, indicating that the composite film presents mass fractal, and the surface of the composite film is relatively мазна. Масовните фрактални димензии на композитните мембрани HPMC/HPS со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил се прикажани во Табела 6-1.
Табела 6-1 ја покажува фракталната димензија на HPMC/HPS композитните мембрани со различни степени на замена на HPS хидроксипропил. Од табелата може да се види дека за чисти примероци HPS, фракталната димензија на A939 супституирана со низок хидроксипропил е многу повисока од онаа на A1081 супституирана со висок хидроксипропил, што укажува дека со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, во мембраната Густината на самослична структура е значително намалена. Тоа е затоа што воведувањето на хидроксипропилни групи на скробниот молекуларен синџир значително го попречува меѓусебното поврзување на сегментите на HPS, што резултира со намалување на густината на самата слична структура во филмот. Хидрофилните хидроксипропилни групи можат да формираат меѓумолекуларни водородни врски со молекулите на водата, намалувајќи ја интеракцијата помеѓу молекуларните сегменти; поголемите хидроксипропилни групи ја ограничуваат рекомбинацијата и вкрстено поврзување помеѓу молекуларните сегменти на скроб, така што со зголемениот степен на супституција на хидроксипропил, HPS формира полабава самослична структура.
За системот со соединенија HPMC/A939, фракталната димензија на HPS е поголема од онаа на HPMC, што е затоа што скробот се рекристализира и се формира поуредена структура помеѓу молекуларните синџири, што доведува до самослична структура во мембраната . Висока густина. The fractal dimension of the compound sample is lower than that of the two pure components, because through compounding, the mutual binding of the molecular segments of the two components is hindered by each other, resulting in the density of self-similar structures decreases. Спротивно на тоа, во системот со соединенија HPMC/A1081, фракталната димензија на HPS е многу помала од онаа на HPMC. Тоа е затоа што воведувањето на хидроксипропил групи во молекулите на скроб значително ја инхибира рекристализацијата на скробот. Само-слична структура во дрвото е повеќе лабава. At the same time, the fractal dimension of the HPMC/A1081 compound sample is higher than that of pure HPS, which is also significantly different from the HPMC/A939 compound system. Self-similar structure, the chain-like HPMC molecules can enter the cavity of its loose structure, thereby improving the density of the self-similar structure of HPS, which also indicates that HPS with high hydroxypropyl substitution can form a more uniform complex after compounding со HPMC. состојки. Од податоците за реолошките својства може да се види дека хидроксипропилацијата може да ја намали вискозноста на скробот, така што при процесот на соединување се намалува разликата во вискозноста помеѓу двете компоненти во системот на мешање, што е поповолно за формирање на хомогена соединение.
Сл. 6-2 lnI(q)-lnq обрасци и неговите криви на приспособување за филмови со мешање HPMC/HPS со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
Табела 6-1 Параметри на фрактална структура на HPS/HPMC мешани филмови со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
За композитните мембрани со ист сооднос на соединување, фракталната димензија исто така се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил групата. Воведувањето на хидроксипропил во молекулата на HPS може да го намали меѓусебното поврзување на полимерните сегменти во системот на соединение, а со тоа да ја намали густината на композитната мембрана; HPS со висока супституција на хидроксипропил има подобра компатибилност со HPMC, полесно се формира еднообразно и густо соединение. Затоа, густината на самата слична структура во композитната мембрана се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на HPS, што е резултат на заедничкото влијание на степенот на супституција на HPS хидроксипропил и компатибилноста на двете компоненти во композитот систем.
6.3.3 Анализа на термичка стабилност на HPMC/HPS композитни филмови со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Термогравиметрискиот анализатор беше користен за тестирање на термичка стабилност на HPMC/HPS јастиви композитни филмови со различни степени на супституција на хидроксипропил. Слика 6-3 ја прикажува термогравиметриската крива (TGA) и нејзината стапка на слабеење (DTG) на композитните филмови со различни степени на супституција на хидроксипропил HPS. Од кривата TGA на слика 6-3(а) може да се види дека композитните мембрански примероци со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил. Постојат две очигледни фази на термогравиметриска промена со зголемувањето на температурата. Прво, постои мала фаза на губење на тежината на 30-180 °C, што е главно предизвикано од испарувањето на водата адсорбирана од полисахаридната макромолекула. Постои голема фаза на губење на тежината на 300~450 °C, што е вистинска фаза на термичка деградација, главно предизвикана од термичката деградација на HPMC и HPS. Исто така, може да се види од сликата дека кривите за слабеење на HPS со различни степени на супституција на хидроксипропил се слични и значително различни од оние на HPMC. Помеѓу двата вида криви за слабеење за чисти примероци HPMC и чисти HPS.
Од кривите DTG на Слика 6-3 (б), може да се види дека температурите на термичката деградација на чистите HPs со различни степени на хидроксипропил замена се многу блиску, а температурите на топлинска деградација на примероците A939 и A081 се 310 ° C и 305 ° C, соодветно, температурата на топлинската деградација на чистиот примерок на HPMC е значително повисока од онаа на HPS, а неговата врвна температура е 365 ° C; Композитниот филм HPMC/HPS има два врвови на термичка деградација на кривата DTG, што одговара на термичката деградација на HPS и HPMC, соодветно. Карактеристични врвови, кои укажуваат дека постои одреден степен на раздвојување на фази во композитниот систем со композитен сооднос од 5:5, што е во согласност со резултатите од термичка деградација на композитниот филм со композитен сооднос од 5:5 во Поглавје 3 Врвните температури на термичка деградација на примероците од композитен филм HPMC/A939 беа 302 °C и 363 °C, соодветно; врвните температури на термичка деградација на примероците од композитниот филм HPMC/A1081 беа 306 °C и 363 °C, соодветно. Врвните температури на примероците од композитниот филм беа поместени на пониски температури од примероците од чиста компонента, што покажа дека термичката стабилност на композитните примероци е намалена. За примероците со ист сооднос на соединување, максималната температура на термичка деградација се намали со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, што покажува дека термичката стабилност на композитниот филм се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил. Тоа е затоа што воведувањето на хидроксипропил групи во молекулите на скроб ја намалува интеракцијата помеѓу молекуларните сегменти и го инхибира уредното преуредување на молекулите. Соодветно е со резултатите дека густината на самите слични структури се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил.
Сл. 6-3 TGA криви (а) и нивните дериватни (DTG) криви (б) од филмовите се мешаат HPMC/HPS со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
6.3.4 Анализа на механички својства на HPMC/HPS композитни мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Сл. 6-5 Карактеристики на истегнување на HPMC/HPS филмови со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
Карактеристиките на затегнување на композитни филмови HPMC/HPS со различни степени на замена на хидроксипропил HPS беа тестирани со механички аналитичар на својство на 25 ° C и 75% релативна влажност. На сликите 6-5 е прикажан модулот на еластичност (а), издолжувањето при прекин (б) и цврстината на истегнување (в) на композитните фолии со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил. Од сликата може да се види дека за системот со соединенија HPMC/A1081, со зголемувањето на содржината на HPS, модулот на еластичност и цврстината на истегнување на композитниот филм постепено се намалувале, а издолжувањето при прекин значително се зголемило, што било во согласност со 3,3. 5 medium and high humidity. Резултатите од композитните мембрани со различни соодноси на мешање беа конзистентни.
За чисти HPS мембрани, и еластичниот модул и цврстината на истегнување се зголемија со намалување на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, што сугерира дека хидроксипропилацијата ја намалува цврстината на композитната мембрана и ја подобрува нејзината флексибилност. This is mainly because with the increase of hydroxypropyl substitution degree, the hydrophilicity of HPS increases, and the membrane structure becomes more-loose, which is consistent with the result that the fractal dimension decreases with the increase of substitution degree in the small angle X- тест за расејување зраци. However, the elongation at break decreases with the decrease of the substitution degree of HPS hydroxypropyl group, which is mainly because the introduction of hydroxypropyl group into the starch molecule can inhibit the recrystallization of starch. Резултатите се конзистентни со зголемувањето и намалувањето.
За композитната мембрана HPMC/HPS со ист сооднос на соединение, модулот на еластичност на мембранскиот материјал се зголемува со намалувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, а цврстината на истегнување и издолжувањето при прекин се намалуваат со намалувањето на степенот на супституција. Вреди да се напомене дека механичките својства на композитните мембрани целосно варираат со односот на соединување со различните степени на замена на хидроксипропил HPS. Ова е главно затоа што механичките својства на композитната мембрана не се под влијание само на степенот на замена на ХПС на структурата на мембраната, туку и од компатибилноста помеѓу компонентите во сложениот систем. Вискозноста на HPS се намалува со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил, поповолно е да се формира еднообразно соединение со соединување.
6.3.5 Анализа на пропустливост на кислород на композитни мембрани HPMC/HPS со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил
Оксидацијата предизвикана од кислород е почетна фаза на многу начини на предизвикување расипување на храна, така што композитните филмови за јадење со одредени својства на бариера на кислород можат да го подобрат квалитетот на храната и да го продолжат траењето на полицијата на храна [108, 364]. Затоа, беа измерени стапките на пренос на кислород на композитни мембрани на HPMC/HPS со различни степени на замена на хидроксипропил HPS, а резултатите се прикажани на Слика 5-6. Од сликата може да се види дека кислородната пропустливост на сите чисти HPS мембрани е многу помала од онаа на чистите HPMC мембрани, што покажува дека HPS мембраните имаат подобри својства на бариера на кислород од HPMC мембраните, што е во согласност со претходните резултати. За чисти HPS мембрани со различни степени на супституција на хидроксипропил, стапката на пренос на кислород се зголемува со зголемувањето на степенот на супституција, што покажува дека се зголемува областа каде што кислородот продира во мембранскиот материјал. Ова е во согласност со анализата на микроструктурата на расејувањето на рендгенските зраци со мал агол дека структурата на мембраната станува полабава со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, така што каналот на пробивање на кислородот во мембраната станува поголем, а кислородот во мембраната продира Како што се зголемува површината, стапката на пренос на кислород исто така постепено се зголемува.
Сл. 6-6 Пропустливост на кислород на HPS/HPMC филмови со различен степен на супституција на хидроксипропил на HPS
За композитните мембрани со различни степени на супституција на HPS хидроксипропил, стапката на пренос на кислород се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил. Ова е главно затоа што во системот за соединување 5:5, HPS постои во форма на дисперзирана фаза во континуираната фаза на HPMC со низок вискозитет, а вискозноста на HPS се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил. Колку е помала разликата во вискозноста, толку е поповолно за формирање на хомогено соединение, толку е поизвртен каналот за пробивање на кислородот во мембранскиот материјал и помала стапката на пренос на кислород.
6.4 Резиме на поглавје
Во ова поглавје, композитни филмови за јадење HPMC/HPS беа подготвени со кастинг HPS и HPMC со различни степени на хидроксипропил замена и додавање на полиетилен гликол како пластификатор. Ефектот на различни степени на супституција на HPS хидроксипропил врз кристалната структура и структурата на микродоменот на композитната мембрана беше проучен со технологија за расејување на рендгенско зрачење со синхротронско зрачење со мал агол. Ефектите на различни степени на супституција на HPS хидроксипропил врз термичката стабилност, механичките својства и пропустливоста на кислородот на композитните мембрани и нивните закони беа проучувани со термогравиметриски анализатор, механички тестер на својства и тестер за пропустливост на кислород. Главните наоди се како што следува:
- За композитната мембрана HPMC/HPS со ист сооднос на сложеност, со зголемување на степенот на замена на хидроксипропил, површината на врвот на кристализација што одговара на HPS на 5,30 се намалува, додека површината на врвот на кристализација што одговара на HPMC на 7,70 хидроксипропилацијата на скроб може да ја инхибира рекристализацијата на скробот во композитниот филм.
- Во споредба со мембраните на чистата компонента на HPMC и HPS, врвните области на кристализација на HPS (5,30) и HPMC (7,70) на композитните мембрани се намалени, што покажува дека преку комбинацијата на двете, и HPMC и HPS можат да бидат ефективни во композитните мембрани. Рекристализацијата на друга компонента игра одредена инхибиторна улога.
- Сите HPMC/HPS композитни мембрани покажаа самослична масовна фрактална структура. За композитни мембрани со ист сооднос на соединение, густината на мембранскиот материјал значително се намали со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил; ниска HPS хидроксипропил супституција Густината на композитниот мембрански материјал е значително помала од онаа на материјалот со две чисти компоненти, додека густината на композитниот мембрански материјал со висок степен на супституција на хидроксипропил е повисока од онаа на чистата HPS мембрана, што е mainly because the density of the composite membrane material is affected at the same time. Ефектот на HPS хидроксипропилацијата врз намалувањето на врзувањето на полимерниот сегмент и компатибилноста помеѓу двете компоненти на системот на соединение.
- Хидроксипропилацијата на HPS може да ја намали термичката стабилност на композитните филмови HPMC/HPS, а максималната температура на термичка деградација на композитните филмови се префрла во регионот на ниска температура со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, што е поради хидроксипропил групата во молекулите на скроб. Воведот ја намалува интеракцијата помеѓу молекуларните сегменти и го инхибира уредното преуредување на молекулите.
- Модулот на еластичност и јачината на истегнување на чистата HPS мембрана се намалија со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, додека издолжувањето при прекин се зголеми. Ова е главно затоа што хидроксипропилацијата ја инхибира рекристализацијата на скробот и прави композитниот филм да формира полабава структура.
- Еластичниот модул на композитниот филм HPMC/HPS се намали со зголемувањето на степенот на супституција на HPS хидроксипропил, но цврстината на истегнување и издолжувањето при прекин се зголемија, бидејќи механичките својства на композитниот филм не беа засегнати од степенот на супституција на HPS хидроксипропил. Покрај влијанието на, на него влијае и компатибилноста на двете компоненти на сложениот систем.
- Пропустливоста на кислородот на чистиот HPS се зголемува со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил, бидејќи хидроксипропилацијата ја намалува густината на аморфниот регион на HPS и ја зголемува областа на пробивање на кислород во мембраната; HPMC/HPS композитна мембрана Пропустливоста на кислородот се намалува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил, што е главно поради тоа што хиперхидроксипропилираниот HPS има подобра компатибилност со HPMC, што доведува до зголемена извиткување на каналот за пробивање на кислород во композитната мембрана. Намалена пропустливост на кислород.
Горенаведените експериментални резултати покажуваат дека макроскопските својства како што се механичките својства, термичката стабилност и пропустливоста на кислородот на композитните мембрани HPMC/HPS се тесно поврзани со нивната внатрешна кристална структура и структурата на аморфниот регион, кои не се само засегнати од супституцијата на HPS хидроксипропил, туку исто така од комплексот. Влијание на двокомпонентната компатибилност на лигандските системи.
Заклучок и Outlook
- Заклучок
Во овој труд, термалниот гел HPMC и ладниот гел HPS се соединени, а конструиран е и HPMC/HPS ладен и топол реверзен гел соединение систем. Концентрацијата на растворот, односот на соединување и ефектот на смолкнување врз системот на соединението систематски се проучуваат влијанието на реолошките својства како што се вискозноста, индексот на проток и тиксотропијата, комбинирани со механичките својства, динамичките термомеханички својства, пропустливоста на кислородот, својствата на пренос на светлина и топлинската стабилност на композитни филмови подготвени со метод на лиење. Сеопфатните својства и боењето на виното со јод. Со цел да се контролираат својствата на композитите преку контролирање на фазната структура и компатибилноста на композитниот систем HPMC/HPS според односот помеѓу макроскопските својства и микроморфолошката структура на композитниот систем HPMC/HPS. Со проучување на ефектите на хемиски модифицираниот HPS со различни степени врз реолошките својства, својствата на гелот, микроструктурата и макроскопските својства на мембраните, дополнително беше испитана врската помеѓу микроструктурата и макроскопските својства на системот HPMC/HPS ладен и топол инверзен гел. Врската помеѓу двете, и беше воспоставен физички модел за да се разјасни механизмот на гелација и неговите фактори кои влијаат и законите на ладниот и топлиот гел во системот на соединение. Релевантните студии ги донесоа следните заклучоци.
- Промената на односот на соединување на системот со соединенија HPMC/HPS може значително да ги подобри реолошките својства како што се вискозноста, флуидноста и тиксотропијата на HPMC при ниски температури. Понатаму беше проучен односот помеѓу реолошките својства и микроструктурата на сложениот систем. Конкретните резултати се како што следува:
(1) При ниска температура, сложениот систем е константна фазна дисперзирана структура „море-остров“, а континуираната фазна транзиција се јавува на 4:6 со намалувањето на односот на соединението HPMC/HPS. Кога односот на мешање е висок (поголема содржина на HPMC), HPMC со низок вискозитет е континуирана фаза, а HPS е дисперзирана фаза. За системот со соединенија HPMC/HPS, кога компонентата со низок вискозитет е континуирана фаза, а компонентата со висок вискозитет е континуирана фаза, придонесот на вискозноста на континуираната фаза во вискозноста на сложениот систем е значително различен. Кога HPMC со низок вискозитет е континуирана фаза, вискозноста на сложениот систем главно го одразува придонесот на вискозноста на континуираната фаза; кога HPS со висок вискозитет е континуирана фаза, HPMC како дисперзирана фаза ќе ја намали вискозноста на HPS со висок вискозитет. ефект. Со зголемувањето на содржината на HPS и концентрацијата на растворот во системот на соединение, феноменот на вискозност и разредување на смолкнување на сложениот систем постепено се зголеми, флуидноста се намали и однесувањето на соединението слично на цврсто беше засилено. Вискозноста и тиксотропијата на HPMC се избалансирани со формулацијата со HPS.
(2) За систем за мешање 5:5, HPMC и HPS можат да формираат континуирани фази при ниски и високи температури, соодветно. Оваа промена на фазната структура може значително да влијае на комплексната вискозност, вискоеластичните својства, зависноста од фреквенцијата и својствата на гелот на комплексниот гел. Како дисперзирани фази, HPMC и HPS можат да ги одредат реолошките својства и својствата на гелот на системите со соединенија HPMC/HPS на високи и ниски температури, соодветно. Вискоеластичните криви на композитните примероци HPMC/HPS беа конзистентни со HPS на ниска температура и HPMC на висока температура.
(3) Беше воспоставен односот помеѓу микроструктурата, реолошките својства и својствата на гелот на композитниот систем HPMC/HPS. И ненадејната промена во кривата на вискозност на сложениот систем и врвот на делта делта во кривата на факторот на загуба се појавуваат на 45 ° C, што е во согласност со ко-континуираниот фазен феномен забележан во микрографијата (на 45 ° C).
- Со проучување на микроструктурата и механичките својства, динамичките термомеханички својства, пропустливоста на светлината, пропустливоста на кислородот и термичката стабилност на композитните мембрани подготвени под различни соодноси на мешање и концентрации на растворот, комбинирани со технологија за оптичка микроскопија за боење со јод, истражување Фазна морфологија, фазна транзиција и компатибилност од комплексите беа испитани и беше воспоставена врската помеѓу микроструктурата и макроскопските својства на комплексите. Конкретните резултати се како што следува:
(1) Не постои очигледен двофазен интерфејс во SEM сликите на композитните филмови со различни соодноси на мешање. Повеќето од композитните филмови имаат само една стаклена точка за транзиција во резултатите од ДМА, а повеќето од композитните филмови имаат само еден врв на термичка деградација во кривата DTG. Овие заедно укажуваат дека HPMC има одредена компатибилност со HPS.
(2) Релативната влажност има значителен ефект врз механичките својства на композитните филмови HPMC/HPS, а степенот на неговиот ефект се зголемува со зголемувањето на содржината на HPS. При пониска релативна влажност, и еластичниот модул и затегнување на јачината на композитните филмови се зголемија со зголемувањето на содржината на HPS, а издолжувањето при пауза на композитните филмови беше значително пониско од оној на филмовите чисти компоненти. Со зголемувањето на релативната влажност, модулот на еластичност и јакоста на истегнување на композитниот филм се намалија, а издолжувањето при прекин значително се зголеми, а односот помеѓу механичките својства на композитниот филм и односот на мешање покажа сосема спротивен модел на промена под различни релативна влажност. Механичките својства на композитните мембрани со различни соодноси на мешање покажуваат вкрстување при различни услови на релативна влажност, што дава можност да се оптимизираат перформансите на производот според различни барања за примена.
(3) Беше воспоставен односот помеѓу микроструктурата, фазната транзиција, транспарентноста и механичките својства на композитниот систем HPMC/HPS. а. Најниската точка на транспарентност на сложениот систем е конзистентна со точката на транзиција на фаза на HPMC од континуираната фаза во дисперзираната фаза и минималната точка на намалување на модулот на истегнување. б. Модулот на Јанг и издолжувањето при прекин се намалуваат со зголемувањето на концентрацијата на растворот, што е каузално поврзано со морфолошката промена на HPMC од континуирана фаза во дисперзирана фаза во сложениот систем.
(4) Додавањето HPS ја зголемува извртливоста на каналот за пробивање на кислород во композитната мембрана, значително ја намалува кислородната пропустливост на мембраната и ја подобрува работата на бариерата на кислородот на HPMC мембраната.
- Проучени се ефектот на хемиската модификација на HPS врз реолошките својства на композитниот систем и сеопфатните својства на композитната мембрана како што се кристалната структура, структурата на аморфниот регион, механичките својства, пропустливоста на кислородот и термичката стабилност. Конкретните резултати се како што следува:
(1) Хидроксипропилацијата на HPS може да ја намали вискозноста на системот на соединение при ниска температура, да ја подобри флуидноста на растворот на соединението и да го намали феноменот на разредување со смолкнување; хидроксипропилацијата на HPS може да го стесни линеарниот вискоеластичен регион на сложениот систем, да ја намали температурата на транзиција на фазата на системот со соединенија HPMC/HPS и да го подобри однесувањето на соединението слично на цврсто тело при ниска температура и флуидноста на висока температура.
(2) Хидроксипропилацијата на HPS и подобрувањето на компатибилноста на двете компоненти може значително да ја инхибираат рекристализацијата на скробот во мембраната и да го промовираат формирањето на полабава самослична структура во композитната мембрана. Воведувањето на гломазните хидроксипропилни групи на скробниот молекуларен синџир го ограничува меѓусебното врзување и уредното преуредување на молекуларните сегменти на HPS, што резултира со формирање на полабава само-слична структура на HPS. За комплексот систем, зголемувањето на степенот на хидроксипропил замена им овозможува на молекулите на HPMC слични на ланецот да влезат во регионот на лабава празнина на HPS, што ја подобрува компатибилноста на комплексот систем и ја подобрува густината на само-сличната структура на HPS. Компатибилноста на системот на соединение се зголемува со зголемувањето на степенот на супституција на хидроксипропил групата, што е во согласност со резултатите од реолошките својства.
(3) Макроскопските својства како што се механичките својства, термичката стабилност и пропустливоста на кислородот на композитната мембрана HPMC/HPS се тесно поврзани со нејзината внатрешна кристална структура и структурата на аморфниот регион. Комбинираниот ефект на двата ефекти на компатибилноста на двете компоненти.
- Со проучување на ефектите од концентрацијата на растворот, температурата и хемиската модификација на HPS врз реолошките својства на сложениот систем, се дискутираше за механизмот за гелација на HPMC/HPS систем за инверзна гел со ладно греење. Конкретните резултати се како што следува:
(1) Постои критична концентрација (8%) во системот на соединение, под критичната концентрација, HPMC и HPS постојат во независни молекуларни синџири и фазни региони; кога ќе се достигне критичната концентрација, HPS фазата се формира во растворот како кондензат. Центарот за гел е структура на микрогел поврзана со испреплетување на HPMC молекуларни синџири; над критичната концентрација, преплетувањето е покомплексно и интеракцијата е посилна, а растворот покажува однесување слично на она на полимерното топење.
(2) Комплексот систем има транзициска точка на континуирана фаза со промена на температурата, што е поврзано со гел однесувањето на HPMC и HPS во комплексот систем. При ниски температури, вискозноста на HPMC е значително помала од онаа на HPS, така што HPMC формира континуирана фаза што ја опкружува фазата на гел HPS со висок вискозитет. На рабовите на двете фази, хидроксилните групи на ланецот HPMC губат дел од нивната врзувачка вода и формираат интермолекуларни водородни врски со молекуларниот ланец на HPS. За време на процесот на загревање, молекуларните синџири на HPS се движеле поради апсорпција на доволно енергија и формирале водородни врски со молекулите на водата, што резултирало со прекин на структурата на гелот. Во исто време, структурите на воден кафез и водена школка на синџирите на HPMC беа уништени и постепено пукнаа за да се изложат хидрофилните групи и хидрофобните кластери. На висока температура, HPMC формира структура на гел-мрежна структура поради меѓумолекуларните водородни врски и хидрофобната асоцијација, и на тој начин станува дисперзирана фаза со висок вискозитет дисперзирана во континуираната фаза на HPS на случајни намотки.
(3) Со зголемувањето на степенот на замена на хидроксипропил на HPS, компатибилноста на соединението на HPMC/HPS се подобрува, а температурата на фазата на транзиција во сложениот систем се движи на ниска температура. Со зголемување на степенот на супституција на хидроксипропил, во растворот на HPS има повеќе растегнати спирални фрагменти, кои можат да формираат повеќе меѓумолекуларни водородни врски со HPMC молекуларниот синџир на границата на двете фази, со што се формира поуниформа структура. Хидроксипропилацијата ја намалува вискозноста на скробот, така што разликата во вискозноста помеѓу HPMC и HPS во соединението се стеснува, што е погодно за формирање на похомогено соединение, а минималната вредност на разликата во вискозноста помеѓу двете компоненти се движи на ниско ниво. температурен регион.
2. Точки за иновации
1. Design and construct the HPMC/HPS cold and hot reversed-phase gel compound system, and systematically study the unique rheological properties of this system, especially the concentration of compound solution, compound ratio, temperature and chemical modification of components. The influence laws of the rheological properties, gel properties and compatibility of the compound system were further studied, and the phase morphology and phase transition of the compound system were further studied combined with the observation of the iodine dyeing optical microscope, and the micro-morphological е воспоставена структура на составниот систем- Реолошки својства-однос на својства на гел. For the first time, the Arrhenius model was used to fit the gel formation law of the cold and hot reversed-phase composite gels in different temperature ranges.
2. The phase distribution, phase transition and compatibility of HPMC/HPS composite system were observed by iodine dyeing optical microscope analysis technology, and the transparency-mechanical properties were established by combining the optical properties and mechanical properties of composite films. Односот помеѓу микроструктурата и макроскопските својства како што се својства-морфологија на фаза и концентрација-механички својства-морфологија на фаза. Тоа е првпат директно да се набљудува законот за промена на фазната морфологија на овој сложен систем со соодносот на соединувањето, температурата и концентрацијата, особено условите на фазна транзиција и ефектот на фазната транзиција врз својствата на сложениот систем.
3. Кристалната структура и аморфната структура на композитни мембрани со различни степени на замена на хидроксипропил HPS беа изучувани од страна на SAXS, а механизмот за гелација и влијанието на композитните гелови се дискутираше во комбинација со реолошки резултати и макроскопски својства на кислород, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородот, како што се кислородната пропустливост на композитните мембрани. Фактори и закони, за прв пат беше откриено дека вискозноста на композитниот систем е поврзана со густината на самата слична структура во композитната мембрана и директно ги одредува макроскопските својства како што се пропустливоста на кислородот и механичките својства на композитот мембрана, и воспоставува реолошки својства-микроструктура-мембрана врска помеѓу својствата на материјалот.
3. Outlook
Во последниве години, развојот на безбедни и јастиви материјали за пакување храна со користење на обновливи природни полимери како суровини стана жариште за истражување во областа на пакувањето храна. Во овој труд како главна суровина се користи природниот полисахарид. Со мешање на HPMC и HPS, цената на суровините се намалува, се подобруваат перформансите на обработка на HPMC на ниски температури и се подобруваат перформансите на бариерата на кислородот на композитната мембрана. Преку комбинација на реолошка анализа, анализа на оптички микроскоп за боење со јод и микроструктура на композитен филм и сеопфатна анализа на перформансите, беа проучувани фазната морфологија, фазната транзиција, раздвојувањето на фазата и компатибилноста на композитниот систем со гел со обратна фаза на ладно-жешко. Беше воспоставен односот помеѓу микроструктурата и макроскопските својства на композитниот систем. Според односот помеѓу макроскопските својства и микроморфолошката структура на композитниот систем HPMC/HPS, фазната структура и компатибилноста на композитниот систем може да се контролираат за да се контролира композитниот материјал. Истражувањето во овој труд има важно водечко значење за вистинскиот производствен процес; се дискутира за механизмот на формирање, факторите на влијание и законите на ладни и топли инверзни композитни гелови, што е сличен композитен систем на ладни и топли инверзни гелови. Истражувањето на овој труд дава теоретски модел за давање теоретски насоки за развој и примена на специјални паметни материјали со контролирана температура. Резултатите од истражувањето на овој труд имаат добра теоретска вредност. Истражувањето на овој труд вклучува вкрстување на храна, материјал, гел и мешање и други дисциплини. Поради ограниченоста на времето и методите на истражување, истражувањето на оваа тема сè уште има многу недовршени точки, кои можат да се продлабочат и подобрат од следните аспекти. прошири:
Теоретски аспекти:
- Да се истражат ефектите на различните соодноси на гранки на синџирот, молекуларните тежини и сорти на HPS врз реолошките својства, својствата на мембраната, морфологијата на фазата и компатибилноста на системот на соединението и да се истражи законот за неговото влијание врз механизмот за формирање гел на соединението систем.
- Истражете ги ефектите на степенот на супституција на HPMC хидроксипропил, степенот на замена на метоксил, молекуларната тежина и изворот врз реолошките својства, својствата на гелот, својствата на мембраната и системската компатибилност на системот на соединението и анализирајте го ефектот на хемиската модификација на HPMC врз кондензацијата на соединението. Правило на влијание на механизмот за формирање на гел.
- Проучени се влијанието на сол, pH, пластификатор, средство за вкрстување, антибактериско средство и други системи на соединенија врз реолошките својства, својствата на гелот, структурата и својствата на мембраната и нивните закони.
Апликација:
- Оптимизирајте ја формулата за примена на пакување на пакувања за зачини, пакувања од зеленчук и цврсти супи и проучете го ефектот на зачувување на зачините, зеленчукот и супите за време на периодот на складирање, механичките својства на материјалите и промените во перформансите на производот кога се изложени на надворешни сили , и растворливост во вода и хигиенски индекс на материјалот. Може да се примени и на гранулирана храна како што се кафе и млечен чај, како и пакување за јадење на колачи, сирења, десерти и друга храна.
- Оптимизирајте го дизајнот на формулата за примена на капсули од ботанички лековити растенија, дополнително проучете ги условите за обработка и оптималниот избор на помошни средства и подгответе производи од шупливи капсули. Тестирани се физички и хемиски индикатори како што се ронливост, време на распаѓање, содржина на тешки метали и содржина на микроби.
- За примена на свежо чување на овошје и зеленчук, месни производи итн., според различните методи на обработка на прскање, потопување и бојадисување, изберете ја соодветната формула и проучете ја стапката на расипано овошје, загубата на влага, потрошувачката на хранливи материи, тврдоста на зеленчук по пакување во периодот на складирање, сјај и вкус и други показатели; бојата, pH вредноста, вредноста на TVB-N, тиобарбитурната киселина и бројот на микроорганизми на месните производи по пакувањето.
Време на објавување: 17-10-2022 година