Reologi dan Keserasian bagiHPMC/HPSKompleks
Kata kunci: hidroksipropil metilselulosa; kanji hidroksipropil; sifat reologi; keserasian; pengubahsuaian kimia.
Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) ialah polimer polisakarida yang biasa digunakan dalam penyediaan filem yang boleh dimakan. Ia digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan. Filem ini mempunyai ketelusan yang baik, sifat mekanikal dan sifat penghalang minyak. Walau bagaimanapun, HPMC ialah gel teraruh terma, yang membawa kepada prestasi pemprosesan yang lemah pada suhu rendah dan penggunaan tenaga pengeluaran yang tinggi; di samping itu, harga bahan mentahnya yang mahal mengehadkan penggunaannya yang meluas termasuk bidang farmaseutikal. Hydroxypropyl starch (HPS) merupakan bahan yang boleh dimakan yang digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan. Ia mempunyai pelbagai sumber dan harga yang rendah. Ia adalah bahan yang ideal untuk mengurangkan kos HPMC. Selain itu, sifat gel sejuk HPS boleh mengimbangi kelikatan dan sifat reologi HPMC yang lain. , untuk meningkatkan prestasi pemprosesannya pada suhu rendah. Di samping itu, filem boleh dimakan HPS mempunyai sifat penghalang oksigen yang sangat baik, jadi ia boleh meningkatkan sifat penghalang oksigen filem boleh dimakan HPMC dengan ketara.
HPS telah ditambah ke dalam HPMC untuk pengkompaunan, dan sistem kompaun gel fasa terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS telah dibina. Hukum pengaruh sifat telah dibincangkan, mekanisme interaksi antara HPS dan HPMC dalam larutan, keserasian dan peralihan fasa sistem sebatian telah dibincangkan, dan hubungan antara sifat reologi dan struktur sistem sebatian telah diwujudkan. Keputusan menunjukkan bahawa sistem sebatian mempunyai kepekatan kritikal (8%), di bawah kepekatan kritikal, HPMC dan HPS wujud dalam rantaian molekul bebas dan kawasan fasa; di atas kepekatan kritikal, fasa HPS terbentuk dalam larutan sebagai pusat gel, Struktur mikrogel, yang disambungkan oleh jalinan rantai molekul HPMC, mempamerkan tingkah laku yang serupa dengan leburan polimer. Sifat reologi sistem kompaun dan nisbah kompaun mematuhi peraturan jumlah logaritma, dan menunjukkan tahap sisihan positif dan negatif tertentu, menunjukkan bahawa kedua-dua komponen mempunyai keserasian yang baik. Sistem kompaun ialah struktur "pulau laut" fasa serakan berterusan pada suhu rendah, dan peralihan fasa berterusan berlaku pada 4:6 dengan penurunan nisbah kompaun HPMC/HPS.
Sebagai komponen penting dalam komoditi makanan, pembungkusan makanan dapat mengelakkan makanan daripada rosak dan dicemari oleh faktor luaran dalam proses peredaran dan penyimpanan, seterusnya memanjangkan jangka hayat dan tempoh penyimpanan makanan. Sebagai jenis bahan pembungkus makanan baharu yang selamat dan boleh dimakan, malah mempunyai nilai pemakanan tertentu, edible film mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pembungkusan dan pemeliharaan makanan, makanan segera dan kapsul farmaseutikal, dan telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam makanan semasa. bidang berkaitan pembungkusan.
Membran komposit HPMC/HPS telah disediakan dengan kaedah tuangan. Keserasian dan pemisahan fasa sistem komposit telah diterokai dengan lebih lanjut dengan mengimbas mikroskop elektron, analisis sifat termomekanikal dinamik dan analisis termogravimetri, dan sifat mekanikal membran komposit telah dikaji. dan kebolehtelapan oksigen dan sifat membran lain. Keputusan menunjukkan bahawa tiada antara muka dua fasa yang jelas ditemui dalam imej SEM semua filem komposit, hanya terdapat satu titik peralihan kaca dalam keputusan DMA bagi kebanyakan filem komposit, dan hanya satu puncak degradasi terma muncul dalam lengkung DTG daripada kebanyakan filem komposit. HPMC mempunyai keserasian tertentu dengan HPS. Penambahan HPS kepada HPMC dengan ketara meningkatkan sifat penghalang oksigen membran komposit. Sifat mekanikal membran komposit sangat berbeza dengan nisbah pengkompaunan dan kelembapan relatif persekitaran, dan menunjukkan titik silang, yang boleh memberikan rujukan untuk pengoptimuman produk untuk keperluan aplikasi yang berbeza.
Morfologi mikroskopik, taburan fasa, peralihan fasa dan struktur mikro lain sistem kompaun HPMC/HPS telah dikaji dengan analisis mikroskop optik pencelupan iodin mudah, dan ketelusan dan sifat mekanikal sistem kompaun dikaji oleh spektrofotometer ultraviolet dan penguji sifat mekanikal. Hubungan antara struktur morfologi mikroskopik dan prestasi komprehensif makroskopik sistem kompaun HPMC/HPS telah diwujudkan. Keputusan menunjukkan bahawa sejumlah besar mesophases terdapat dalam sistem kompaun, yang mempunyai keserasian yang baik. Terdapat titik peralihan fasa dalam sistem kompaun, dan titik peralihan fasa ini mempunyai nisbah kompaun tertentu dan pergantungan kepekatan larutan. Titik terendah ketelusan sistem kompaun adalah konsisten dengan titik peralihan fasa HPMC daripada fasa berterusan ke fasa tersurai dan titik minimum modulus tegangan. Modulus Young dan pemanjangan semasa putus berkurangan dengan peningkatan kepekatan larutan, yang mempunyai hubungan sebab akibat dengan peralihan HPMC daripada fasa berterusan ke fasa tersebar.
Rheometer digunakan untuk mengkaji kesan pengubahsuaian kimia HPS ke atas sifat reologi dan sifat gel sistem sebatian gel fasa terbalik HPMC/HPS sejuk dan panas. Kapasiti dan peralihan fasa telah dikaji, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat reologi dan gel telah ditubuhkan. Hasil penyelidikan menunjukkan bahawa hidroksipropilasi HPS boleh mengurangkan kelikatan sistem kompaun pada suhu rendah, meningkatkan kecairan larutan kompaun, dan mengurangkan fenomena penipisan ricih; hidroksipropilasi HPS boleh menyempitkan kelikatan linear sistem kompaun. Di kawasan elastik, suhu peralihan fasa sistem kompaun HPMC/HPS dikurangkan, dan kelakuan seperti pepejal sistem kompaun pada suhu rendah dan kecairan pada suhu tinggi bertambah baik. HPMC dan HPS membentuk fasa berterusan pada suhu rendah dan tinggi, masing-masing, dan sebagai fasa tersebar menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem komposit pada suhu tinggi dan rendah. Kedua-dua perubahan mendadak dalam lengkung kelikatan sistem terkompaun dan puncak delta tan dalam lengkung faktor kehilangan muncul pada 45 °C, yang menggemakan fenomena fasa berterusan bersama yang diperhatikan dalam mikrograf bernoda iodin pada 45 °C.
Kesan pengubahsuaian kimia HPS pada struktur kristal dan struktur mikro-bahagian filem komposit telah dikaji oleh teknologi penyerakan sinar-X sudut kecil sinaran sinkrotron, dan sifat mekanikal, sifat penghalang oksigen dan kestabilan haba filem komposit adalah mengkaji secara sistematik pengaruh perubahan struktur kimia komponen sebatian terhadap struktur mikro dan sifat makroskopik sistem sebatian. Keputusan sinaran synchrotron menunjukkan bahawa hidroksipropilasi HPS dan peningkatan keserasian kedua-dua komponen dengan ketara boleh menghalang penghabluran semula kanji dalam membran dan menggalakkan pembentukan struktur serupa diri yang lebih longgar dalam membran komposit. Sifat makroskopik seperti sifat mekanikal, kestabilan terma dan kebolehtelapan oksigen membran komposit HPMC/HPS berkait rapat dengan struktur kristal dalaman dan struktur kawasan amorfus. Kesan gabungan kedua-dua kesan.
Bab Satu Pengenalan
Sebagai komponen penting dalam komoditi makanan, bahan pembungkus makanan boleh melindungi makanan daripada kerosakan fizikal, kimia dan biologi serta pencemaran semasa peredaran dan penyimpanan, mengekalkan kualiti makanan itu sendiri, memudahkan penggunaan makanan, dan memastikan makanan. Penyimpanan dan pengawetan jangka panjang, dan memberikan penampilan makanan untuk menarik penggunaan dan mendapatkan nilai melebihi kos bahan [1-4]. Sebagai jenis bahan pembungkus makanan baharu yang selamat dan boleh dimakan, malah mempunyai nilai pemakanan tertentu, edible film mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pembungkusan dan pemeliharaan makanan, makanan segera dan kapsul farmaseutikal, dan telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam makanan semasa. bidang berkaitan pembungkusan.
Filem boleh dimakan ialah filem dengan struktur rangkaian berliang, biasanya diperoleh dengan memproses polimer boleh dimakan semula jadi. Banyak polimer semula jadi yang wujud dalam alam semula jadi mempunyai sifat gel, dan larutan berairnya boleh membentuk hidrogel dalam keadaan tertentu, seperti beberapa polisakarida semulajadi, protein, lipid, dll. Polisakarida struktur semula jadi seperti kanji dan selulosa, kerana struktur molekul khasnya berupa heliks rantai panjang dan sifat kimia yang stabil, boleh sesuai untuk persekitaran penyimpanan jangka panjang dan pelbagai, dan telah dikaji secara meluas sebagai bahan pembentuk filem yang boleh dimakan . Filem boleh dimakan yang diperbuat daripada satu polisakarida selalunya mempunyai had tertentu dalam prestasi. Oleh itu, untuk menghapuskan batasan filem boleh dimakan polisakarida tunggal, mendapatkan sifat khas atau membangunkan fungsi baru, mengurangkan harga produk, dan mengembangkan aplikasinya, biasanya dua jenis polisakarida digunakan. Atau polisakarida semula jadi di atas dikompaun untuk mencapai kesan sifat pelengkap. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perbezaan dalam struktur molekul antara polimer yang berbeza, terdapat entropi konformasi tertentu, dan kebanyakan kompleks polimer sebahagiannya serasi atau tidak serasi . Morfologi fasa dan keserasian kompleks polimer akan menentukan sifat bahan komposit. Sejarah ubah bentuk dan aliran semasa pemprosesan mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur. Oleh itu, sifat makroskopik seperti sifat reologi sistem kompleks polimer dikaji. Perkaitan antara struktur morfologi mikroskopik seperti morfologi fasa dan keserasian adalah penting untuk mengawal prestasi, analisis dan pengubahsuaian bahan komposit, teknologi pemprosesan, membimbing reka bentuk formula dan reka bentuk jentera pemprosesan, dan menilai pengeluaran. Prestasi pemprosesan produk dan pembangunan serta penggunaan bahan polimer baharu adalah amat penting.
Dalam bab ini, status penyelidikan dan kemajuan penggunaan bahan filem boleh dimakan disemak secara terperinci; situasi penyelidikan hidrogel semula jadi; tujuan dan kaedah pengkompaunan polimer dan kemajuan penyelidikan pengkompaunan polisakarida; kaedah penyelidikan reologi sistem pengkompaunan; Sifat reologi dan pembinaan model sistem gel songsang sejuk dan panas dianalisis dan dibincangkan, serta kepentingan penyelidikan, tujuan penyelidikan dan penyelidikan kandungan kertas ini.
1.1 Filem yang boleh dimakan
Filem boleh dimakan merujuk kepada penambahan pemplastik dan agen penghubung silang berdasarkan bahan boleh dimakan semula jadi (seperti polisakarida struktur, lipid, protein), melalui interaksi antara molekul yang berbeza, melalui pengkompaunan, pemanasan, salutan, pengeringan, dll. Filem dengan rangkaian berliang struktur yang dibentuk oleh perlakuan . Ia boleh menyediakan pelbagai fungsi seperti sifat penghalang yang boleh dipilih kepada gas, lembapan, kandungan dan bahan berbahaya luaran, untuk meningkatkan kualiti deria dan struktur dalaman makanan, dan memanjangkan tempoh penyimpanan atau jangka hayat produk makanan .
1.1.1 Sejarah Perkembangan Filem Edible
Perkembangan filem edible boleh dikesan kembali ke abad ke-12 dan ke-13. Pada masa itu, orang Cina menggunakan kaedah waxing yang mudah untuk melapisi sitrus dan lemon, yang berkesan mengurangkan kehilangan air dalam buah-buahan dan sayur-sayuran, supaya buah-buahan dan sayur-sayuran mengekalkan kilauan asalnya, dengan itu memanjangkan jangka hayat buah-buahan dan sayur-sayuran, tetapi secara berlebihan menghalang pernafasan aerobik buah-buahan dan sayur-sayuran, mengakibatkan kemerosotan penapaian buah . Pada abad ke-15, orang Asia telah mula membuat filem yang boleh dimakan daripada susu soya, dan menggunakannya untuk melindungi makanan dan meningkatkan penampilan makanan [20]. Pada abad ke-16, British menggunakan lemak untuk melapisi permukaan makanan untuk mengurangkan kehilangan kelembapan makanan. Pada abad ke-19, sukrosa pertama kali digunakan sebagai salutan yang boleh dimakan pada kacang, badam dan hazelnut untuk mengelakkan pengoksidaan dan ketengikan semasa penyimpanan. Pada tahun 1830-an, filem parafin cair panas komersial muncul untuk buah-buahan seperti epal dan pear. Pada akhir abad ke-19, filem Gelatin disembur pada permukaan produk daging dan makanan lain untuk pengawetan makanan . Pada awal 1950-an, lilin carnauba, dsb., telah dijadikan emulsi minyak dalam air untuk salutan dan pengawetan buah-buahan dan sayur-sayuran segar . Pada akhir 1950-an, penyelidikan mengenai filem boleh dimakan yang digunakan untuk produk daging mula berkembang, dan contoh yang paling meluas dan berjaya ialah produk enema yang diproses daripada usus kecil haiwan ke dalam selongsong .
Sejak tahun 1950-an, boleh dikatakan konsep edible film baru benar-benar dicadangkan. Sejak itu, ramai penyelidik telah membangunkan minat yang kuat dalam filem yang boleh dimakan. Pada tahun 1991, Nisperes menggunakan carboxymethyl cellulose (CMC) pada salutan dan pemeliharaan pisang dan buah-buahan lain, pernafasan buah berkurangan, dan kehilangan klorofil telah ditangguhkan. Park et al. pada tahun 1994 melaporkan sifat penghalang berkesan filem protein zein kepada O2 dan CO2, yang meningkatkan kehilangan air, layu dan perubahan warna tomato . Pada tahun 1995, Lourdin menggunakan larutan beralkali cair untuk merawat kanji, dan menambah gliserin untuk melapisi strawberi untuk kesegaran, yang mengurangkan kadar kehilangan air strawberi dan melambatkan kerosakan . Baberjee menambah baik sifat filem yang boleh dimakan pada tahun 1996 melalui pencairan mikro dan rawatan ultrasonik cecair pembentuk filem, jadi saiz zarah cecair pembentuk filem berkurangan dengan ketara dan kestabilan homogen emulsi telah dipertingkatkan . Pada tahun 1998, Padegett et al. menambahkan lisozim atau nisin ke dalam filem boleh dimakan protein kacang soya dan menggunakannya untuk membungkus makanan, dan mendapati bahawa pertumbuhan bakteria asid laktik dalam makanan telah dihalang dengan berkesan [30]. Pada tahun 1999, Yin Qinghong et al. menggunakan lilin lebah untuk membuat agen salutan filem untuk pemeliharaan dan penyimpanan epal dan buah-buahan lain, yang boleh menghalang pernafasan, mencegah pengecutan dan penurunan berat badan, dan menghalang pencerobohan mikrob.
Selama bertahun-tahun, bikar pembakar jagung untuk pembungkusan ais krim, kertas pulut untuk pembungkusan gula-gula, dan kulit tauhu untuk hidangan daging adalah pembungkusan biasa yang boleh dimakan. Tetapi aplikasi komersial filem boleh dimakan hampir tidak wujud pada tahun 1967, malah pengawetan buah bersalut lilin mempunyai penggunaan komersial yang sangat terhad. Sehingga tahun 1986, beberapa syarikat mula menyediakan produk edible film, dan menjelang 1996, bilangan syarikat edible film telah berkembang kepada lebih daripada 600. Pada masa ini, aplikasi edible film dalam pemeliharaan pembungkusan makanan telah meningkat, dan telah mencapai hasil tahunan lebih daripada 100 juta dolar AS.
1.1.2 Ciri dan jenis filem yang boleh dimakan
Menurut penyelidikan yang berkaitan, filem boleh dimakan mempunyai kelebihan luar biasa berikut: filem boleh dimakan boleh menghalang penurunan dan kemerosotan kualiti makanan yang disebabkan oleh penghijrahan bersama bahan makanan yang berbeza; sesetengah komponen filem boleh dimakan sendiri mempunyai nilai khasiat khas dan fungsi penjagaan kesihatan; filem yang boleh dimakan mempunyai sifat penghalang pilihan kepada CO2, O2 dan gas lain; filem boleh dimakan boleh digunakan untuk ketuhar gelombang mikro, penaik, makanan goreng dan filem ubat dan salutan; filem boleh dimakan boleh digunakan sebagai antioksidan dan pengawet dan pembawa lain, dengan itu memanjangkan jangka hayat makanan; filem boleh dimakan boleh digunakan sebagai pembawa pewarna dan penguat pemakanan, dsb., untuk meningkatkan kualiti makanan dan meningkatkan sifat deria makanan; filem yang boleh dimakan adalah selamat dan boleh dimakan, dan boleh dimakan bersama makanan; Filem pembungkusan yang boleh dimakan boleh digunakan untuk pembungkusan kuantiti atau unit makanan yang kecil, dan membentuk pembungkusan komposit berbilang lapisan dengan bahan pembungkusan tradisional, yang meningkatkan prestasi penghalang keseluruhan bahan pembungkusan .
Sebab mengapa filem pembungkusan boleh dimakan mempunyai sifat fungsi di atas adalah berdasarkan pembentukan struktur rangkaian tiga dimensi tertentu di dalamnya, dengan itu menunjukkan kekuatan dan sifat penghalang tertentu. Sifat fungsi filem pembungkus yang boleh dimakan dipengaruhi dengan ketara oleh sifat komponennya, dan tahap penghubung silang polimer dalaman, keseragaman dan ketumpatan struktur rangkaian juga dipengaruhi oleh proses pembentukan filem yang berbeza. Terdapat perbezaan yang jelas dalam prestasi [15, 35]. Filem boleh dimakan juga mempunyai beberapa sifat lain seperti keterlarutan, warna, ketelusan, dsb. Bahan pembungkusan filem boleh dimakan yang sesuai boleh dipilih mengikut persekitaran penggunaan yang berbeza dan perbezaan dalam objek produk yang akan dibungkus.
Mengikut kaedah pembentukan filem boleh dimakan, ia boleh dibahagikan kepada filem dan salutan: (1) Filem bebas yang telah disediakan biasanya dipanggil filem . (2) Lapisan nipis yang terbentuk pada permukaan makanan dengan cara menyalut, mencelup, dan menyembur dipanggil salutan. Filem digunakan terutamanya untuk makanan dengan ramuan berbeza yang perlu dibungkus secara individu (seperti paket perasa dan paket minyak dalam makanan mudah), makanan dengan ramuan yang sama tetapi perlu dibungkus secara berasingan (seperti bungkusan kecil kopi, susu tepung, dsb.), dan ubat-ubatan atau produk penjagaan kesihatan. Bahan kapsul; salutan digunakan terutamanya untuk pemeliharaan makanan segar seperti buah-buahan dan sayur-sayuran, produk daging, salutan ubat-ubatan dan pemasangan mikrokapsul pelepasan terkawal.
Mengikut bahan pembentuk filem filem pembungkusan boleh dimakan, ia boleh dibahagikan kepada: filem boleh dimakan polisakarida, filem boleh dimakan protein, filem boleh dimakan lipid, filem boleh dimakan mikrob dan filem boleh dimakan komposit.
1.1.3 Aplikasi edible film
Sebagai jenis baru bahan pembungkus makanan yang selamat dan boleh dimakan, malah mempunyai nilai pemakanan tertentu, filem boleh dimakan digunakan secara meluas dalam industri pembungkusan makanan, bidang farmaseutikal, penyimpanan dan pemeliharaan buah-buahan dan sayur-sayuran, pemprosesan dan pemeliharaan. daging dan produk akuatik, pengeluaran makanan segera, dan pengeluaran minyak. Ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pengawetan makanan seperti gula-gula bakar goreng.
1.1.3.1 Aplikasi dalam pembungkusan makanan
Penyelesaian pembentuk filem dilitupi pada makanan yang akan dibungkus dengan menyembur, memberus, mencelup, dsb., untuk mengelakkan penembusan kelembapan, oksigen dan bahan aromatik, yang boleh mengurangkan kehilangan pembungkusan dengan berkesan dan mengurangkan bilangan lapisan pembungkusan ; mengurangkan dengan ketara lapisan luar makanan Kerumitan komponen pembungkusan plastik memudahkan kitar semula dan pemprosesannya, dan mengurangkan pencemaran alam sekitar; ia digunakan pada pembungkusan berasingan beberapa komponen makanan kompleks berbilang komponen untuk mengurangkan penghijrahan bersama antara komponen yang berbeza, dengan itu mengurangkan pencemaran kepada alam sekitar. Mengurangkan kerosakan makanan atau penurunan kualiti makanan. Filem yang boleh dimakan diproses terus menjadi kertas pembungkusan atau beg pembungkusan untuk pembungkusan makanan, yang bukan sahaja mencapai keselamatan, kebersihan dan kemudahan, tetapi juga mengurangkan tekanan pencemaran putih pada alam sekitar.
Menggunakan jagung, kacang soya dan gandum sebagai bahan mentah utama, filem bijirin seperti kertas boleh disediakan dan digunakan untuk pembungkusan sosej dan makanan lain. Selepas digunakan, walaupun ia dibuang dalam persekitaran semula jadi, ia boleh terbiodegradasi dan boleh dijadikan baja tanah untuk memperbaiki tanah. . Menggunakan kanji, kitosan dan ampas kacang sebagai bahan utama, kertas pembungkus yang boleh dimakan boleh disediakan untuk membungkus makanan segera seperti mi makanan segera dan kentang goreng, yang mudah, selamat dan sangat popular; digunakan untuk paket perasa, sup pepejal Pembungkusan makanan mudah digunakan seperti bahan mentah, yang boleh dimasak terus dalam periuk apabila digunakan, boleh mengelakkan pencemaran makanan, meningkatkan pemakanan makanan, dan memudahkan pembersihan . Avokado kering, kentang, dan beras pecah ditapai dan ditukar menjadi polisakarida, yang boleh digunakan untuk menyediakan bahan pembungkus dalaman yang boleh dimakan baru yang tidak berwarna dan telus, mempunyai sifat penghalang oksigen dan sifat mekanikal yang baik, dan digunakan untuk pembungkusan susu tepung. , minyak salad dan produk lain [19]. Untuk makanan tentera, selepas produk digunakan, bahan pembungkusan plastik tradisional dibuang di alam sekitar dan menjadi penanda untuk pengesanan musuh, yang mudah untuk mendedahkan keberadaannya. Dalam makanan istimewa berbilang komponen seperti piza, pastri, sos tomato, ais krim, yogurt, kek dan pencuci mulut, bahan pembungkusan plastik tidak boleh terus ditambah untuk digunakan, dan filem pembungkusan yang boleh dimakan menunjukkan kelebihan uniknya, yang boleh mengurangkan bilangan kumpulan Pecahan migrasi bahan perisa meningkatkan kualiti dan estetika produk [21]. Filem pembungkusan yang boleh dimakan boleh digunakan dalam pemprosesan makanan gelombang mikro sistem adunan. Produk daging, sayur-sayuran, keju dan buah-buahan adalah pra-pembungkusan dengan menyembur, mencelup atau memberus, dsb., dibekukan dan disimpan, dan hanya perlu di microwave untuk dimakan.
Walaupun beberapa kertas dan beg pembungkusan boleh dimakan komersial tersedia, banyak paten telah didaftarkan pada perumusan dan penggunaan bahan pembungkusan boleh dimakan yang berpotensi. Pihak berkuasa kawal selia makanan Perancis telah meluluskan beg pembungkusan boleh dimakan perindustrian bernama "SOLUPAN", yang terdiri daripada hidroksipropil metilselulosa, kanji dan natrium sorbat, dan boleh didapati secara komersial .
1.1.3.2 Aplikasi dalam Perubatan
Gelatin, derivatif selulosa, kanji dan gula-gula getah boleh dimakan boleh digunakan untuk menyediakan cangkerang kapsul lembut dan keras bagi ubat-ubatan dan produk kesihatan, yang boleh memastikan keberkesanan ubat-ubatan dan produk kesihatan, serta selamat dan boleh dimakan; sesetengah ubat mempunyai rasa pahit yang wujud, yang sukar untuk digunakan oleh pesakit. Filem boleh dimakan yang diterima boleh digunakan sebagai salutan penyekat rasa untuk ubat tersebut; sesetengah polimer polimer enterik tidak larut dalam persekitaran perut (pH 1.2), tetapi larut dalam persekitaran usus (pH 6.8) dan boleh digunakan dalam salutan ubat pelepasan Mampan usus; juga boleh digunakan sebagai pembawa untuk ubat yang disasarkan.
Blanco-Fernandez et al. menyediakan filem komposit monogliserida asetilasi kitosan dan menggunakannya untuk pembebasan berterusan aktiviti antioksidan vitamin E, dan kesannya adalah luar biasa. Bahan pembungkusan antioksidan jangka panjang . Zhang et al. kanji dicampur dengan gelatin, pemplastik polietilena glikol ditambah, dan digunakan secara tradisional. Kapsul keras berongga telah disediakan melalui proses pencelupan filem komposit, dan ketelusan, sifat mekanikal, sifat hidrofilik dan morfologi fasa filem komposit telah dikaji. bahan kapsul yang baik [52]. Lal et al. menjadikan kafirin sebagai salutan yang boleh dimakan untuk salutan enterik kapsul parasetamol, dan mengkaji sifat mekanikal, sifat terma, sifat penghalang dan sifat pelepasan dadah bagi filem yang boleh dimakan. Keputusan menunjukkan bahawa salutan sorghum Pelbagai kapsul keras filem gliadin tidak dipecahkan di dalam perut, tetapi mengeluarkan ubat di dalam usus pada pH 6.8 . Paik et al. menyediakan zarah phthalate HPMC yang disalut dengan indometasin, dan menyembur cecair pembentuk filem yang boleh dimakan HPMC pada permukaan zarah dadah, dan mengkaji kadar perangkap dadah, saiz zarah purata zarah dadah, filem boleh dimakan keputusan menunjukkan bahawa bersalut HPMCN. ubat oral indometasin boleh mencapai tujuan untuk menutup rasa pahit ubat dan menyasarkan penghantaran dadah. Oladzadabbasabadi et al. kanji sagu diubah suai dengan karagenan dicampur untuk menyediakan filem komposit yang boleh dimakan sebagai pengganti kapsul gelatin tradisional, dan mengkaji kinetik pengeringannya, sifat termomekanik, sifat fizikokimia dan sifat penghalang, Keputusan menunjukkan bahawa filem boleh dimakan komposit mempunyai sifat yang serupa dengan gelatin dan boleh digunakan dalam pengeluaran kapsul farmaseutikal.
1.1.3.3 Aplikasi dalam pengawetan buah-buahan dan sayur-sayuran
Dalam buah-buahan dan sayur-sayuran segar selepas dipetik, tindak balas biokimia dan pernafasan masih berterusan, yang akan mempercepatkan kerosakan tisu buah-buahan dan sayur-sayuran, dan ia mudah menyebabkan kehilangan lembapan dalam buah-buahan dan sayur-sayuran pada suhu bilik, mengakibatkan kualiti tisu dalaman dan sifat deria buah-buahan dan sayur-sayuran. merosot. Oleh itu, pemeliharaan telah menjadi isu terpenting dalam penyimpanan dan pengangkutan buah-buahan dan sayur-sayuran; kaedah pemeliharaan tradisional mempunyai kesan pemeliharaan yang lemah dan kos yang tinggi. Pemeliharaan salutan buah-buahan dan sayur-sayuran pada masa ini merupakan kaedah paling berkesan dalam pemeliharaan suhu bilik. Cecair pembentuk filem yang boleh dimakan disalut pada permukaan buah-buahan dan sayur-sayuran, yang boleh menghalang pencerobohan mikroorganisma dengan berkesan, mengurangkan pernafasan, kehilangan air dan kehilangan nutrien tisu buah dan sayur-sayuran, melambatkan penuaan fisiologi tisu buah-buahan dan sayur-sayuran, dan mengekalkan tisu buah-buahan dan sayur-sayuran Asli gebu dan licin. Penampilan berkilat, untuk mencapai tujuan mengekalkan kesegaran dan memanjangkan tempoh penyimpanan. Orang Amerika menggunakan asetil monogliserida dan keju yang diekstrak daripada minyak sayuran sebagai bahan mentah utama untuk menyediakan filem yang boleh dimakan, dan menggunakannya untuk memotong buah-buahan dan sayur-sayuran untuk mengekalkan kesegaran, mencegah dehidrasi, keperangan dan pencerobohan mikroorganisma, supaya ia dapat dikekalkan selama masa yang lama. Keadaan segar. Jepun menggunakan sisa sutera sebagai bahan mentah untuk menyediakan filem simpan segar kentang, yang boleh mencapai kesan simpan segar setanding dengan simpanan sejuk. Orang Amerika menggunakan minyak sayuran dan buah-buahan sebagai bahan mentah utama untuk membuat cecair salutan, dan mengekalkan buah yang dipotong segar, dan mendapati bahawa kesan pemeliharaan adalah baik.
Marquez et al. menggunakan protein whey dan pektin sebagai bahan mentah, dan menambah glutaminase untuk penyambung silang untuk menyediakan filem boleh dimakan komposit, yang digunakan untuk menyalut epal, tomato dan lobak merah yang dipotong segar, yang boleh mengurangkan kadar penurunan berat badan dengan ketara. , menghalang pertumbuhan mikroorganisma pada permukaan buah-buahan dan sayur-sayuran yang dipotong segar, dan memanjangkan jangka hayat pada premis mengekalkan rasa dan rasa buah-buahan dan sayur-sayuran yang dipotong segar. Shi Lei et al. anggur glob merah bersalut dengan filem boleh dimakan kitosan, yang boleh mengurangkan penurunan berat badan dan kadar reput anggur, mengekalkan warna dan kecerahan anggur, dan melambatkan degradasi pepejal larut . Menggunakan kitosan, natrium alginat, natrium karboksimetilselulosa dan poliakrilat sebagai bahan mentah, Liu et al. menyediakan filem yang boleh dimakan dengan salutan berbilang lapisan untuk penyimpanan segar buah-buahan dan sayur-sayuran, dan mengkaji morfologinya, keterlarutan air, dll. Keputusan menunjukkan bahawa filem komposit natrium karboksimetil selulosa-kitosan-gliserol mempunyai kesan pemeliharaan yang terbaik. Sun Qingshen et al. mengkaji filem komposit pengasingan protein kacang soya, yang digunakan untuk pemeliharaan strawberi, yang boleh mengurangkan transpirasi strawberi dengan ketara, menghalang pernafasan mereka, dan mengurangkan kadar buah busuk . Ferreira et al. menggunakan serbuk sisa buah-buahan dan sayur-sayuran dan serbuk kulit kentang untuk menyediakan filem boleh dimakan komposit, mengkaji keterlarutan air dan sifat mekanikal filem komposit, dan menggunakan kaedah salutan untuk memelihara hawthorn. Keputusan menunjukkan bahawa jangka hayat hawthorn telah dipanjangkan. 50%, kadar penurunan berat badan menurun sebanyak 30-57%, dan asid organik dan kelembapan tidak berubah dengan ketara. Fu Xiaowei et al. mengkaji pemeliharaan lada segar oleh filem boleh dimakan kitosan, dan keputusan menunjukkan bahawa ia boleh mengurangkan dengan ketara keamatan pernafasan lada segar semasa penyimpanan dan melambatkan penuaan lada . Navarro-Tarazaga et al. menggunakan filem boleh dimakan HPMC yang diubah suai lilin lebah untuk memelihara plum. Keputusan menunjukkan bahawa lilin lebah boleh meningkatkan sifat oksigen dan penghalang lembapan dan sifat mekanikal filem HPMC. Kadar penurunan berat buah plum telah dikurangkan dengan ketara, kelembutan dan pendarahan buah semasa penyimpanan telah bertambah baik, dan tempoh penyimpanan plum telah berpanjangan . Tang Liying et al. menggunakan larutan alkali shellac dalam pengubahsuaian kanji, menyediakan filem pembungkusan yang boleh dimakan, dan mengkaji sifat filemnya; pada masa yang sama, menggunakan cecair pembentuk filemnya untuk menyalut mangga untuk kesegaran boleh mengurangkan pernafasan dengan berkesan Ia boleh menghalang fenomena keperangan semasa penyimpanan, mengurangkan kadar penurunan berat badan dan memanjangkan tempoh penyimpanan .
1.1.3.4 Aplikasi dalam pemprosesan dan pengawetan produk daging
Produk daging yang kaya dengan nutrien dan aktiviti air tinggi mudah diceroboh oleh mikroorganisma dalam proses pemprosesan, pengangkutan, penyimpanan dan penggunaan, mengakibatkan warna gelap dan pengoksidaan lemak dan kerosakan lain. Untuk memanjangkan tempoh penyimpanan dan jangka hayat produk daging, adalah perlu untuk cuba menghalang aktiviti enzim dalam produk daging dan pencerobohan mikroorganisma di permukaan, dan mencegah kemerosotan warna dan bau yang disebabkan oleh pengoksidaan lemak. Pada masa ini, pengawetan filem boleh dimakan adalah salah satu kaedah yang biasa digunakan secara meluas dalam pengawetan daging di dalam dan di luar negara. Membandingkannya dengan kaedah tradisional, didapati bahawa pencerobohan mikroorganisma luaran, ketengikan oksidatif lemak dan kehilangan jus telah bertambah baik dengan ketara dalam produk daging yang dibungkus dalam filem yang boleh dimakan, dan kualiti produk daging telah meningkat dengan ketara. Jangka hayat dilanjutkan.
Penyelidikan mengenai filem boleh dimakan produk daging bermula pada akhir 1950-an, dan kes aplikasi yang paling berjaya ialah filem boleh dimakan kolagen, yang telah digunakan secara meluas dalam pengeluaran dan pemprosesan sosej. Emiroglu et al. menambahkan minyak bijan kepada filem boleh dimakan protein kacang soya untuk membuat filem antibakteria, dan mengkaji kesan antibakterianya pada daging lembu beku. Keputusan menunjukkan bahawa filem antibakteria boleh menghalang pembiakan dan pertumbuhan Staphylococcus aureus dengan ketara. Wook et al. menyediakan filem boleh dimakan proanthocyanidin dan menggunakannya untuk menyalut daging babi yang disejukkan untuk kesegaran. Warna, pH, nilai TVB-N, asid tiobarbiturik dan kiraan mikrob daging babi selepas disimpan selama 14 hari telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa filem boleh dimakan proanthocyanidins boleh mengurangkan pembentukan asid thiobarbituric dengan berkesan, mencegah kerosakan asid lemak, mengurangkan pencerobohan dan pembiakan mikroorganisma pada permukaan produk daging, meningkatkan kualiti produk daging, dan memanjangkan tempoh penyimpanan dan jangka hayat . Jiang Shaotong et al. menambahkan polifenol teh dan allicin ke dalam larutan komposit membran kanji-natrium alginat, dan menggunakannya untuk mengekalkan kesegaran daging babi yang disejukkan, yang boleh disimpan pada suhu 0-4 °C selama lebih daripada 19 hari . Cartagena et al. melaporkan kesan antibakteria filem kolagen yang boleh dimakan ditambah dengan agen antimikrob nisin pada pemeliharaan hirisan daging babi, menunjukkan bahawa filem kolagen yang boleh dimakan boleh mengurangkan penghijrahan lembapan kepingan daging babi yang disejukkan, melambatkan ketengikan produk daging, dan menambah 2 Filem kolagen dengan % nisin mempunyai kesan pemeliharaan terbaik. Wang Rui et al. mengkaji perubahan natrium alginat, kitosan dan gentian karboksimetil dengan analisis perbandingan pH, nitrogen asas meruap, kemerahan dan jumlah koloni daging lembu dalam tempoh 16 hari penyimpanan. Tiga jenis filem boleh dimakan vitamin natrium digunakan untuk mengekalkan kesegaran daging lembu sejuk. Keputusan menunjukkan bahawa filem boleh dimakan natrium alginat mempunyai kesan pemeliharaan kesegaran yang ideal. Caprioli et al. payudara ayam belanda yang dimasak dibungkus dengan filem boleh dimakan natrium kaseinat dan kemudian disejukkan pada suhu 4 °C. Kajian telah menunjukkan bahawa filem boleh dimakan sodium caseinate boleh melambatkan daging ayam belanda semasa penyejukan. ketengikan.
1.1.3.5 Aplikasi dalam pemeliharaan produk akuatik
Kemerosotan kualiti produk akuatik terutamanya ditunjukkan dalam pengurangan kelembapan bebas, kemerosotan rasa dan kemerosotan tekstur produk akuatik. Penguraian produk akuatik, pengoksidaan, denaturasi dan penggunaan kering yang disebabkan oleh pencerobohan mikrob adalah semua faktor penting yang mempengaruhi jangka hayat produk akuatik . Penyimpanan beku adalah kaedah biasa untuk pemeliharaan produk akuatik, tetapi juga akan terdapat tahap kemerosotan kualiti tertentu dalam proses, yang amat serius untuk ikan air tawar.
Pemeliharaan filem boleh dimakan bagi produk akuatik bermula pada akhir 1970-an dan kini telah digunakan secara meluas. Filem yang boleh dimakan dengan berkesan boleh mengekalkan produk akuatik beku, mengurangkan kehilangan air, dan juga boleh digabungkan dengan antioksidan untuk mencegah pengoksidaan lemak, dengan itu mencapai tujuan memanjangkan jangka hayat dan jangka hayat. Meenatchisundaram et al. menyediakan filem boleh dimakan komposit berasaskan kanji menggunakan kanji sebagai matriks dan menambah rempah seperti cengkih dan kayu manis, dan menggunakannya untuk pengawetan udang putih. Keputusan menunjukkan bahawa filem kanji boleh dimakan secara berkesan boleh menghalang pertumbuhan mikroorganisma, melambatkan pengoksidaan lemak, memanjangkan jangka hayat udang putih yang disejukkan pada suhu 10 °C dan 4 °C adalah selama 14 dan 12 hari, masing-masing. Cheng Yuanyuan dan yang lain mengkaji pengawet larutan pullulan dan menjalankan ikan air tawar. Pemeliharaan berkesan boleh menghalang pertumbuhan mikroorganisma, melambatkan pengoksidaan protein dan lemak ikan, dan mempunyai kesan pemeliharaan yang sangat baik. Yunus et al. trout pelangi bersalut dengan filem yang boleh dimakan gelatin yang mana minyak pati daun salam telah ditambah, dan mengkaji kesan pengawetan dalam peti sejuk pada 4 °C. Hasil kajian menunjukkan bahawa filem gelatin yang boleh dimakan berkesan dalam mengekalkan kualiti ikan trout pelangi sehingga 22 hari. untuk masa yang lama. Wang Siwei et al. menggunakan natrium alginat, kitosan dan CMC sebagai bahan utama, menambah asid stearik untuk menyediakan cecair filem yang boleh dimakan, dan menggunakannya untuk menyalut Penaeus vannamei untuk kesegaran. Kajian menunjukkan filem komposit CMC dan kitosan Cecair mempunyai kesan pengawetan yang baik dan boleh memanjangkan jangka hayat kira-kira 2 hari. Yang Shengping dan lain-lain menggunakan filem boleh dimakan polifenol chitosan-teh untuk penyejukan dan pemeliharaan ekor rambut segar, yang boleh menghalang pembiakan bakteria pada permukaan ekor rambut dengan berkesan, melambatkan pembentukan asid hidroklorik yang meruap, dan memanjangkan jangka hayat ekor rambut kepada lebih kurang 12 hari.
1.1.3.6 Aplikasi dalam makanan bergoreng
Makanan bergoreng adalah makanan sedia untuk dimakan yang popular dengan pengeluaran yang besar. Ia dibalut dengan polisakarida dan filem boleh dimakan protein, yang boleh menghalang perubahan warna makanan semasa proses menggoreng dan mengurangkan penggunaan minyak. kemasukan oksigen dan lembapan [80]. Menyalut makanan bergoreng dengan getah gellan boleh mengurangkan penggunaan minyak sebanyak 35%-63%, seperti ketika menggoreng sashimi, ia boleh mengurangkan penggunaan minyak sebanyak 63%; apabila menggoreng kerepek ubi, ia dapat mengurangkan penggunaan minyak sebanyak 35%-63%. Mengurangkan penggunaan bahan api sebanyak 60%, dsb. [81].
Singthong et al. membuat filem polisakarida yang boleh dimakan seperti natrium alginat, karboksimetil selulosa dan pektin, yang digunakan untuk salutan jalur pisang goreng, dan mengkaji kadar penyerapan minyak selepas menggoreng. Hasil kajian menunjukkan bahawa pektin dan karboksil Jalur pisang goreng yang disalut dengan metilselulosa menunjukkan kualiti deria yang lebih baik, antaranya filem pektin yang boleh dimakan mempunyai kesan terbaik dalam mengurangkan penyerapan minyak [82]. Holownia et al. bersalut filem HPMC dan MC pada permukaan isi ayam goreng untuk mengkaji perubahan penggunaan minyak, kandungan asid lemak bebas dan nilai warna dalam minyak goreng. Pra salutan boleh mengurangkan penyerapan minyak dan meningkatkan hayat minyak [83]. Sheng Meixiang et al. membuat filem boleh dimakan CMC, kitosan dan protein kacang soya diasingkan, kerepek kentang bersalut, dan menggorengnya pada suhu tinggi untuk mengkaji penyerapan minyak, kandungan air, warna, kandungan akrilamida dan kualiti deria kerepek kentang. , keputusan menunjukkan bahawa filem boleh dimakan pengasingan protein kacang soya mempunyai kesan yang ketara dalam mengurangkan penggunaan minyak kerepek kentang goreng, dan filem boleh dimakan kitosan mempunyai kesan yang lebih baik dalam mengurangkan kandungan akrilamida [84]. Salvador et al. menyalut permukaan cincin sotong goreng dengan kanji gandum, tepung jagung diubah suai, dekstrin dan gluten, yang boleh meningkatkan kerangupan cincin sotong dan mengurangkan kadar penyerapan minyak [85].
1.1.3.7 Penggunaan dalam barangan bakar
Filem yang boleh dimakan boleh digunakan sebagai salutan licin untuk menambah baik penampilan barangan bakar; boleh digunakan sebagai penghalang kepada kelembapan, oksigen, gris, dan lain-lain untuk meningkatkan jangka hayat barangan yang dibakar, contohnya, filem boleh dimakan kitosan digunakan untuk permukaan roti salutan Ia juga boleh digunakan sebagai pelekat untuk makanan ringan dan makanan ringan yang segar, sebagai contoh, kacang tanah panggang sering disalut dengan pelekat untuk menyalut garam dan perasa [87].
Christos et al. membuat filem boleh dimakan natrium alginat dan protein whey dan menyalutnya pada permukaan roti probiotik Lactobacillus rhamnosus. Kajian menunjukkan bahawa kadar kelangsungan hidup probiotik telah meningkat dengan ketara, tetapi kedua-dua jenis roti menunjukkan mekanisme pencernaan adalah sangat serupa, jadi salutan filem yang boleh dimakan tidak mengubah tekstur, rasa dan sifat termofizik roti [88]. Panuwat et al. menambahkan ekstrak gooseberry India ke dalam matriks metil selulosa untuk menyediakan filem komposit yang boleh dimakan, dan menggunakannya untuk mengekalkan kesegaran gajus panggang. Keputusan menunjukkan bahawa filem komposit boleh dimakan boleh menghalang gajus panggang dengan berkesan semasa penyimpanan. Kualiti merosot dan jangka hayat gajus panggang dilanjutkan sehingga 90 hari [89]. Schou et al. membuat filem boleh dimakan yang lutsinar dan fleksibel dengan natrium kaseinat dan gliserin, dan mengkaji sifat mekanikalnya, kebolehtelapan air dan kesan pembungkusannya pada kepingan roti yang dibakar. Keputusan menunjukkan bahawa filem boleh dimakan natrium kaseinat dibalut roti bakar. Selepas roti, kekerasannya boleh dikurangkan dalam masa 6 jam penyimpanan pada suhu bilik [90]. Du et al. menggunakan filem boleh dimakan berasaskan epal dan filem boleh dimakan berasaskan tomato ditambah dengan minyak pati tumbuhan untuk membungkus ayam panggang, yang bukan sahaja menghalang pertumbuhan mikroorganisma sebelum memanggang ayam, tetapi juga meningkatkan rasa ayam selepas dibakar [91]. Javanmard et al. menyediakan filem kanji gandum yang boleh dimakan dan menggunakannya untuk membungkus biji pistachio yang dibakar. Keputusan menunjukkan bahawa filem kanji boleh dimakan boleh menghalang ketengikan oksidatif kacang, meningkatkan kualiti kacang, dan memanjangkan jangka hayatnya [92]. Majid et al. menggunakan filem boleh dimakan protein whey untuk melapisi kacang panggang, yang boleh meningkatkan halangan oksigen, mengurangkan ketengikan kacang, memperbaiki kerapuhan kacang panggang, dan memanjangkan tempoh penyimpanannya [93].
1.1.3.8 Aplikasi dalam produk konfeksi
Industri gula-gula mempunyai keperluan yang tinggi untuk penyebaran komponen yang tidak menentu, jadi untuk coklat dan gula-gula dengan permukaan yang digilap, perlu menggunakan filem boleh dimakan larut air untuk menggantikan cecair salutan yang mengandungi komponen yang tidak menentu. Filem pembungkus yang boleh dimakan boleh membentuk filem pelindung yang licin pada permukaan gula-gula untuk mengurangkan penghijrahan oksigen dan lembapan [19]. Penggunaan filem boleh dimakan protein whey dalam kuih-muih boleh mengurangkan resapan komponen meruapnya dengan ketara. Apabila coklat digunakan untuk membungkus makanan berminyak seperti biskut dan mentega kacang, minyak akan berhijrah ke lapisan luar coklat, menjadikan coklat melekit dan menyebabkan fenomena "fros terbalik", tetapi bahan dalam akan kering, mengakibatkan perubahan rasa. Menambah lapisan bahan pembungkusan filem yang boleh dimakan dengan fungsi penghalang gris boleh menyelesaikan masalah ini [94].
Nelson et al. menggunakan filem boleh dimakan metilselulosa untuk menyalut gula-gula yang mengandungi pelbagai lipid dan menunjukkan kebolehtelapan lipid yang sangat rendah, dengan itu menghalang fenomena pembekuan dalam coklat [95]. Meyers menggunakan filem boleh dimakan hidrogel-lilin dwilapisan pada gula-gula getah, yang boleh meningkatkan lekatannya, mengurangkan volatilisasi air, dan memanjangkan jangka hayatnya [21]. Air yang disediakan oleh Fadini et al. Filem komposit boleh dimakan mentega dekolagen-koko telah dikaji untuk sifat mekanikal dan kebolehtelapan air, dan ia digunakan sebagai salutan untuk produk coklat dengan hasil yang baik [96].
1.1.4 Filem Edible Berasaskan Selulosa
Filem boleh dimakan berasaskan selulosa ialah sejenis filem boleh dimakan yang diperbuat daripada selulosa yang paling banyak dan derivatifnya sebagai bahan mentah utama. Filem boleh dimakan berasaskan selulosa tidak berbau dan tidak berasa, dan mempunyai kekuatan mekanikal yang baik, sifat penghalang minyak, ketelusan, fleksibiliti dan sifat penghalang gas yang baik. Walau bagaimanapun, disebabkan sifat hidrofilik selulosa, rintangan filem boleh dimakan berasaskan selulosa adalah Prestasi air secara amnya agak lemah [82, 97-99].
Filem boleh dimakan berasaskan selulosa yang diperbuat daripada bahan buangan dalam pengeluaran industri makanan boleh mendapatkan filem pembungkusan yang boleh dimakan dengan prestasi cemerlang, dan boleh menggunakan semula bahan buangan untuk meningkatkan nilai tambah produk. Ferreira et al. serbuk sisa buah-buahan dan sayur-sayuran dicampur dengan serbuk kulit kentang untuk menyediakan filem komposit yang boleh dimakan berasaskan selulosa, dan digunakan pada salutan hawthorn untuk mengekalkan kesegaran, dan mencapai hasil yang baik [62]. Tan Huizi et al. menggunakan serat pemakanan yang diekstrak daripada ampas kacang sebagai bahan asas dan menambah sejumlah pemekat untuk menyediakan filem serat kacang soya yang boleh dimakan, yang mempunyai sifat mekanikal yang baik dan sifat penghalang [100], yang digunakan terutamanya untuk pembungkusan perasa mi makanan segera. , ia adalah mudah dan berkhasiat untuk membubarkan bungkusan bahan secara langsung dalam air panas.
Derivatif selulosa larut air, seperti metil selulosa (MC), karboksimetil selulosa (CMC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC), boleh membentuk matriks berterusan dan biasanya digunakan dalam pembangunan dan penyelidikan filem boleh dimakan. Xiao Naiyu et al. menggunakan MC sebagai substrat pembentuk filem utama, menambah polietilena glikol dan kalsium klorida dan bahan tambahan lain, menyediakan filem boleh dimakan MC dengan kaedah pemutus, dan digunakan untuk pemeliharaan olekranon, yang boleh memanjangkan mulut olekranon. Jangka hayat pic ialah 4.5 hari [101]. Esmaeili et al. menyediakan filem boleh dimakan MC dengan tuang dan sapukan pada salutan mikrokapsul minyak pati tumbuhan. Keputusan menunjukkan bahawa filem MC mempunyai kesan penyekatan minyak yang baik dan boleh digunakan pada pembungkusan makanan untuk mengelakkan kerosakan asid lemak [102]. Tian et al. filem boleh dimakan MC yang diubah suai dengan asid stearik dan asid lemak tak tepu, yang boleh meningkatkan sifat menyekat air bagi filem boleh dimakan MC [103]. Lai Fengying et al. mengkaji kesan jenis pelarut ke atas proses pembentukan filem filem boleh dimakan MC dan sifat penghalang dan sifat mekanikal filem boleh dimakan [104].
Membran CMC mempunyai sifat penghalang yang baik kepada O2, CO2 dan minyak, dan digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan [99]. Bifani et al. menyediakan membran CMC dan mengkaji kesan ekstrak daun ke atas sifat penghalang air dan sifat penghalang gas membran. Keputusan menunjukkan bahawa penambahan ekstrak daun boleh meningkatkan sifat lembapan dan penghalang oksigen membran dengan ketara, tetapi tidak untuk CO2. Sifat penghalang adalah berkaitan dengan kepekatan ekstrak [105]. de Moura et al. menyediakan nanopartikel kitosan diperkukuh filem CMC, dan mengkaji kestabilan haba, sifat mekanikal dan keterlarutan air bagi filem komposit. Keputusan menunjukkan bahawa nanozarah kitosan boleh meningkatkan sifat mekanikal dan kestabilan haba filem CMC dengan berkesan. Seks [98]. Ghanbarzadeh et al. menyediakan filem boleh dimakan CMC dan mengkaji kesan gliserol dan asid oleik ke atas sifat fizikokimia filem CMC. Keputusan menunjukkan bahawa sifat penghalang filem telah bertambah baik dengan ketara, tetapi sifat mekanikal dan ketelusan menurun [99]. Cheng et al. menyediakan filem komposit boleh dimakan karboksimetil selulosa-konjac glucomannan, dan mengkaji kesan minyak sawit ke atas sifat fizikokimia filem komposit. Keputusan menunjukkan bahawa mikrosfera lipid yang lebih kecil boleh meningkatkan filem komposit dengan ketara. Hidrofobisiti permukaan dan kelengkungan saluran resapan molekul air boleh meningkatkan prestasi penghalang kelembapan membran [106].
HPMC mempunyai sifat membentuk filem yang baik, dan filemnya fleksibel, telus, tidak berwarna dan tidak berbau, serta mempunyai sifat penghalang minyak yang baik, tetapi sifat mekanikal dan sifat menyekat airnya perlu diperbaiki. Kajian oleh Zuniga et al. menunjukkan bahawa struktur mikro awal dan kestabilan larutan pembentuk filem HPMC boleh menjejaskan permukaan dan struktur dalaman filem dengan ketara, dan cara titisan minyak masuk semasa pembentukan struktur filem boleh menjejaskan penghantaran cahaya dan aktiviti permukaan dengan ketara. filem. Penambahan agen boleh meningkatkan kestabilan larutan pembentuk filem, yang seterusnya menjejaskan struktur permukaan dan sifat optik filem, tetapi sifat mekanikal dan kebolehtelapan udara tidak berkurangan [107]. Klangmuang et al. menggunakan tanah liat dan lilin lebah yang diubah suai secara organik untuk meningkatkan dan mengubah suai filem boleh dimakan HPMC untuk memperbaiki sifat mekanikal dan sifat penghalang filem HPMC. Kajian menunjukkan bahawa selepas pengubahsuaian lilin lebah dan tanah liat, sifat mekanikal filem boleh dimakan HPMC adalah setanding dengan filem boleh dimakan. Prestasi komponen lembapan telah dipertingkatkan [108]. Dogan et al. menyediakan filem boleh dimakan HPMC, dan menggunakan selulosa mikrohabluran untuk meningkatkan dan mengubah suai filem HPMC, dan mengkaji kebolehtelapan air dan sifat mekanikal filem itu. Keputusan menunjukkan bahawa sifat penghalang lembapan filem yang diubah suai tidak berubah dengan ketara. , tetapi sifat mekanikalnya telah bertambah baik dengan ketara [109]. Choi et al. menambahkan daun oregano dan minyak pati bergamot ke dalam matriks HPMC untuk menyediakan filem komposit yang boleh dimakan, dan menggunakannya pada pengawetan salutan plum segar. Kajian menunjukkan bahawa filem komposit yang boleh dimakan secara berkesan boleh menghalang pernafasan plum, mengurangkan pengeluaran etilena, mengurangkan kadar penurunan berat badan, dan meningkatkan kualiti plum [110]. Esteghlal et al. mengadun HPMC dengan gelatin untuk menyediakan filem komposit yang boleh dimakan dan mengkaji filem komposit yang boleh dimakan. Sifat fizikokimia, sifat mekanikal dan keserasian gelatin HPMC menunjukkan bahawa sifat tegangan filem komposit gelatin HPMC tidak berubah dengan ketara, yang boleh digunakan dalam penyediaan kapsul perubatan [111]. Villacres et al. mengkaji sifat mekanikal, sifat penghalang gas dan sifat antibakteria filem komposit boleh dimakan kanji HPMC-ubi kayu. Keputusan menunjukkan bahawa filem komposit mempunyai sifat penghalang oksigen yang baik dan kesan antibakteria [112]. Byun et al. menyediakan membran komposit shellac-HPMC, dan mengkaji kesan jenis pengemulsi dan kepekatan shellac pada membran komposit. Pengemulsi mengurangkan sifat menyekat air membran komposit, tetapi sifat mekanikalnya tidak berkurangan dengan ketara; penambahan syelek sangat meningkatkan kestabilan haba membran HPMC, dan kesannya meningkat dengan peningkatan kepekatan syelek [113].
1.1.5 Filem Edible Berasaskan Kanji
Kanji adalah polimer semula jadi untuk penyediaan filem yang boleh dimakan. Ia mempunyai kelebihan sumber yang luas, harga yang rendah, biokompatibiliti dan nilai pemakanan, dan digunakan secara meluas dalam industri makanan dan farmaseutikal [114-117]. Baru-baru ini, penyelidikan mengenai filem boleh dimakan kanji tulen dan filem komposit boleh dimakan berasaskan kanji untuk penyimpanan dan pemeliharaan makanan telah muncul satu demi satu [118]. Kanji amilosa tinggi dan kanji diubah suai hidroksipropilasinya adalah bahan utama untuk penyediaan filem boleh dimakan berasaskan kanji [119]. Pengubahan kanji adalah sebab utama keupayaannya untuk membentuk filem. Lebih tinggi kandungan amilosa, lebih ketat ikatan antara molekul, lebih mudah untuk menghasilkan retrogradasi, dan lebih baik sifat membentuk filem, dan kekuatan tegangan akhir filem. lebih besar. Amilosa boleh membuat filem larut air dengan kebolehtelapan oksigen yang rendah, dan sifat penghalang filem amilosa tinggi tidak akan berkurangan di bawah persekitaran suhu tinggi, yang boleh melindungi makanan yang dibungkus dengan berkesan [120].
Filem boleh dimakan kanji, tidak berwarna dan tidak berbau, mempunyai ketelusan yang baik, keterlarutan air dan sifat penghalang gas, tetapi ia menunjukkan hidrofilik yang agak kuat dan sifat penghalang lembapan yang lemah, jadi ia digunakan terutamanya dalam pembungkusan oksigen makanan dan penghalang minyak [121-123]. Di samping itu, membran berasaskan kanji terdedah kepada penuaan dan retrogradasi, dan sifat mekanikalnya agak lemah [124]. Bagi mengatasi kelemahan di atas, kanji boleh diubah suai dengan kaedah fizikal, kimia, enzim, genetik dan bahan tambahan untuk memperbaiki sifat filem boleh dimakan berasaskan kanji [114].
Zhang Zhengmao et al. menggunakan filem boleh dimakan kanji ultra-halus untuk melapisi strawberi dan mendapati ia boleh mengurangkan kehilangan air dengan berkesan, melambatkan pengurangan kandungan gula larut, dan memanjangkan tempoh penyimpanan strawberi dengan berkesan [125]. Garcia et al. kanji diubah suai dengan nisbah rantai yang berbeza untuk mendapatkan cecair pembentuk filem kanji yang diubah suai, yang digunakan untuk pengawetan filem salutan strawberi segar. Kadar dan kadar pereputan adalah lebih baik daripada kumpulan tidak bersalut [126]. Ghanbarzadeh et al. kanji diubah suai dengan penyambung silang asid sitrik dan diperolehi filem kanji diubah suai berkait silang secara kimia. Kajian telah menunjukkan bahawa selepas pengubahsuaian silang silang, sifat penghalang kelembapan dan sifat mekanikal filem kanji telah bertambah baik [127]. Gao Qunyu et al. menjalankan rawatan hidrolisis enzimatik kanji dan memperoleh filem boleh dimakan kanji, dan sifat mekanikalnya seperti kekuatan tegangan, pemanjangan dan rintangan lipatan meningkat, dan prestasi penghalang lembapan meningkat dengan peningkatan masa tindakan enzim. bertambah baik dengan ketara [128]. Parra et al. menambah agen penghubung silang kepada kanji ubi kayu untuk menyediakan filem yang boleh dimakan dengan sifat mekanikal yang baik dan kadar penghantaran wap air yang rendah [129]. Fonseca et al. menggunakan natrium hipoklorit untuk mengoksidakan kanji kentang dan menyediakan filem kanji teroksida yang boleh dimakan. Kajian menunjukkan bahawa kadar penghantaran wap air dan keterlarutan airnya telah berkurangan dengan ketara, yang boleh digunakan untuk pembungkusan makanan aktiviti air tinggi [130].
Mengkompaun kanji dengan polimer dan pemplastis boleh dimakan lain adalah kaedah penting untuk meningkatkan sifat filem boleh dimakan berasaskan kanji. Pada masa ini, polimer kompleks yang biasa digunakan kebanyakannya adalah koloid hidrofilik, seperti pektin, selulosa, polisakarida rumpai laut, kitosan, karagenan dan gusi xanthan [131].
Maria Rodriguez et al. menggunakan kanji kentang dan pemplastis atau surfaktan sebagai bahan utama untuk menyediakan filem boleh dimakan berasaskan kanji, menunjukkan bahawa pemplastik boleh meningkatkan fleksibiliti filem dan surfaktan boleh mengurangkan regangan filem [132]. Santana et al. menggunakan nanofibers untuk meningkatkan dan mengubah suai filem boleh dimakan kanji ubi kayu, dan memperoleh filem komposit boleh dimakan berasaskan kanji dengan sifat mekanikal yang lebih baik, sifat penghalang, dan kestabilan haba [133]. Azevedo et al. protein whey terkompaun dengan kanji termoplastik untuk menyediakan bahan filem seragam, menunjukkan bahawa protein whey dan kanji termoplastik mempunyai lekatan antara muka yang kuat, dan protein whey boleh meningkatkan ketersediaan kanji dengan ketara. Penyekatan air dan sifat mekanikal filem boleh dimakan [134]. Edhirej et al. menyediakan filem boleh dimakan berasaskan kanji ubi kayu, dan mengkaji kesan pemplastis terhadap struktur fizikal dan kimia, sifat mekanikal dan sifat terma filem tersebut. Keputusan menunjukkan bahawa jenis dan kepekatan pemplastis boleh menjejaskan filem kanji ubi kayu dengan ketara. Berbanding dengan pemplastik lain seperti urea dan trietilena glikol, pektin mempunyai kesan pemplastikan yang terbaik, dan filem kanji pektin-plastik mempunyai sifat menyekat air yang baik [135]. Saberi et al. menggunakan kanji kacang, guar guar dan gliserin untuk penyediaan filem komposit yang boleh dimakan. Keputusan menunjukkan bahawa kanji kacang memainkan peranan utama dalam ketebalan filem, ketumpatan, kohesi, kebolehtelapan air dan kekuatan tegangan. Guar gum Ia boleh menjejaskan kekuatan tegangan dan modulus keanjalan membran, dan gliserol boleh meningkatkan fleksibiliti membran [136]. Ji et al. kitosan terkompaun dan kanji jagung, dan menambah nanopartikel kalsium karbonat untuk menyediakan filem antibakteria berasaskan kanji. Kajian menunjukkan bahawa ikatan hidrogen antara molekul terbentuk antara kanji dan kitosan, dan sifat mekanikal filem itu dan sifat antibakteria telah dipertingkatkan [137]. Meira et al. filem antibakteria boleh dimakan kanji jagung yang dipertingkatkan dan diubah suai dengan nanopartikel kaolin, dan sifat mekanikal dan haba bagi filem komposit telah diperbaiki, dan kesan antibakteria tidak terjejas [138]. Ortega-Toro et al. menambah HPMC kepada kanji dan menambah asid sitrik untuk menyediakan filem yang boleh dimakan. Kajian menunjukkan bahawa penambahan HPMC dan asid sitrik secara berkesan boleh menghalang penuaan kanji dan mengurangkan kebolehtelapan air filem boleh dimakan, tetapi sifat penghalang oksigen menurun [139].
1.2 Hidrogel polimer
Hidrogel ialah kelas polimer hidrofilik dengan struktur rangkaian tiga dimensi yang tidak larut dalam air tetapi boleh membengkak oleh air. Secara makroskopik, hidrogel mempunyai bentuk yang pasti, tidak boleh mengalir, dan merupakan bahan pepejal. Secara mikroskopik, molekul larut air boleh diedarkan dalam bentuk dan saiz yang berbeza dalam hidrogel dan meresap pada kadar resapan yang berbeza, jadi hidrogel mempamerkan sifat larutan. Struktur dalaman hidrogel mempunyai kekuatan yang terhad dan mudah dimusnahkan. Ia berada dalam keadaan antara pepejal dan cecair. Ia mempunyai keanjalan yang serupa dengan pepejal, dan jelas berbeza daripada pepejal sebenar.
1.2.1 Gambaran keseluruhan hidrogel polimer
1.2.1.1 Pengelasan hidrogel polimer
Hidrogel polimer ialah struktur rangkaian tiga dimensi yang dibentuk oleh ikatan silang fizikal atau kimia antara molekul polimer [143-146]. Ia menyerap sejumlah besar air dalam air untuk membengkak sendiri, dan pada masa yang sama, ia boleh mengekalkan struktur tiga dimensi dan tidak larut dalam air. air.
Terdapat banyak cara untuk mengklasifikasikan hidrogel. Berdasarkan perbezaan sifat penghubung silang, ia boleh dibahagikan kepada gel fizikal dan gel kimia. Gel fizikal dibentuk oleh ikatan hidrogen yang agak lemah, ikatan ion, interaksi hidrofobik, daya van der Waals dan jalinan fizikal antara rantai molekul polimer dan daya fizikal lain, dan boleh ditukar menjadi larutan dalam persekitaran luaran yang berbeza. Ia dipanggil gel boleh balik; gel kimia biasanya merupakan struktur rangkaian tiga dimensi kekal yang dibentuk oleh penghubung silang ikatan kimia seperti ikatan kovalen dengan kehadiran haba, cahaya, pemula, dan lain-lain. Selepas gel terbentuk, ia tidak dapat dipulihkan dan kekal, juga dikenali sebagai Untuk kondensat sebenar [147-149]. Gel fizikal secara amnya tidak memerlukan pengubahsuaian kimia dan mempunyai ketoksikan yang rendah, tetapi sifat mekanikalnya agak lemah dan sukar untuk menahan tekanan luaran yang besar; gel kimia umumnya mempunyai kestabilan dan sifat mekanikal yang lebih baik.
Berdasarkan sumber yang berbeza, hidrogel boleh dibahagikan kepada hidrogel polimer sintetik dan hidrogel polimer semula jadi. Hidrogel polimer sintetik ialah hidrogel yang dibentuk oleh pempolimeran kimia polimer sintetik, terutamanya termasuk asid poliakrilik, polivinil asetat, poliakrilamida, polietilena oksida, dll.; hidrogel polimer semula jadi ialah Hidrogel polimer terbentuk melalui penghubung silang polimer semula jadi seperti polisakarida dan protein dalam alam semula jadi, termasuk selulosa, alginat, kanji, agarose, asid hyaluronik, gelatin, dan kolagen [6, 7, 150], 151]. Hidrogel polimer semula jadi biasanya mempunyai ciri-ciri sumber yang luas, harga yang rendah dan ketoksikan yang rendah, dan hidrogel polimer sintetik biasanya mudah diproses dan mempunyai hasil yang besar.
Berdasarkan tindak balas yang berbeza terhadap persekitaran luaran, hidrogel juga boleh dibahagikan kepada hidrogel tradisional dan hidrogel pintar. Hidrogel tradisional agak tidak sensitif terhadap perubahan dalam persekitaran luaran; hidrogel pintar boleh merasakan perubahan kecil dalam persekitaran luaran dan menghasilkan perubahan yang sepadan dalam struktur fizikal dan sifat kimia [152-156]. Untuk hidrogel sensitif suhu, isipadu berubah mengikut suhu persekitaran. Biasanya, hidrogel polimer tersebut mengandungi kumpulan hidrofilik seperti hidroksil, eter dan amida atau kumpulan hidrofobik seperti metil, etil dan propil. Suhu persekitaran luaran boleh menjejaskan interaksi hidrofilik atau hidrofobik antara molekul gel, ikatan hidrogen dan interaksi antara molekul air dan rantai polimer, dengan itu menjejaskan keseimbangan sistem gel. Untuk hidrogel sensitif pH, sistem biasanya mengandungi kumpulan pengubah suai asid-bes seperti kumpulan karboksil, kumpulan asid sulfonik atau kumpulan amino. Dalam persekitaran pH yang berubah, kumpulan ini boleh menyerap atau melepaskan proton, menukar ikatan hidrogen dalam gel dan perbezaan antara kepekatan ion dalaman dan luaran, mengakibatkan perubahan isipadu gel. Untuk medan elektrik, medan magnet dan hidrogel peka cahaya, masing-masing mengandungi kumpulan berfungsi seperti polielektrolit, oksida logam dan kumpulan fotosensitif. Di bawah rangsangan luar yang berbeza, suhu sistem atau tahap pengionan diubah, dan kemudian isipadu gel diubah mengikut prinsip yang serupa dengan suhu atau hidrogel sensitif pH.
Berdasarkan tingkah laku gel yang berbeza, hidrogel boleh dibahagikan kepada gel yang disebabkan oleh sejuk dan gel yang disebabkan oleh haba [157]. Gel sejuk, yang disebut sebagai gel sejuk untuk jangka pendek, adalah makromolekul yang wujud dalam bentuk gegelung rawak pada suhu tinggi. Semasa proses penyejukan, disebabkan oleh tindakan ikatan hidrogen antara molekul, serpihan heliks terbentuk secara beransur-ansur, dengan itu melengkapkan proses daripada larutan. Peralihan kepada gel [158]; gel teraruh termo, dirujuk sebagai gel termal, adalah makromolekul dalam keadaan larutan pada suhu rendah. Semasa proses pemanasan, struktur rangkaian tiga dimensi terbentuk melalui interaksi hidrofobik, dsb., sekali gus melengkapkan peralihan penggelapan [159], 160].
Hidrogel juga boleh dibahagikan kepada hidrogel homopolimer, hidrogel kopolimer dan hidrogel rangkaian interpenetrasi berdasarkan sifat rangkaian yang berbeza, hidrogel mikroskopik dan hidrogel makroskopik berdasarkan saiz gel yang berbeza, dan sifat terbiodegradasi. Terbahagi secara berbeza kepada hidrogel terurai dan hidrogel tidak terurai.
1.2.1.2 Penggunaan hidrogel polimer semula jadi
Hidrogel polimer semulajadi mempunyai ciri-ciri biokompatibiliti yang baik, fleksibiliti tinggi, sumber yang banyak, kepekaan terhadap alam sekitar, pengekalan air yang tinggi dan ketoksikan yang rendah, dan digunakan secara meluas dalam bioperubatan, pemprosesan makanan, perlindungan alam sekitar, pertanian dan pengeluaran perhutanan dan Ia telah meluas secara meluas. digunakan dalam industri dan bidang lain [142, 161-165].
Penggunaan hidrogel polimer semula jadi dalam bidang berkaitan bioperubatan. Hidrogel polimer semulajadi mempunyai biokompatibiliti yang baik, biodegradasi, dan tiada kesan sampingan toksik, jadi ia boleh digunakan sebagai pembalut luka dan terus menghubungi tisu manusia, yang boleh mengurangkan pencerobohan mikroorganisma secara in vitro dengan berkesan, mencegah kehilangan cecair badan, dan membenarkan oksigen. untuk dilalui. Menggalakkan penyembuhan luka; boleh digunakan untuk menyediakan kanta sentuh, dengan kelebihan memakai selesa, kebolehtelapan oksigen yang baik, dan rawatan tambahan penyakit mata [166, 167]. Polimer semula jadi adalah serupa dengan struktur tisu hidup dan boleh mengambil bahagian dalam metabolisme normal badan manusia, jadi hidrogel tersebut boleh digunakan sebagai bahan perancah kejuruteraan tisu, pembaikan rawan kejuruteraan tisu, dan lain-lain. Perancah kejuruteraan tisu boleh dikelaskan kepada pra- perancah berbentuk dan acuan suntikan. Stent pra-acuan menggunakan air, struktur rangkaian tiga dimensi khas gel membolehkannya memainkan peranan sokongan tertentu dalam tisu biologi sambil menyediakan ruang pertumbuhan khusus dan mencukupi untuk sel, dan juga boleh mendorong pertumbuhan sel, pembezaan, dan degradasi dan penyerapan oleh tubuh manusia [168]. Stent acuan suntikan menggunakan tingkah laku peralihan fasa hidrogel untuk membentuk gel dengan cepat selepas disuntik dalam keadaan larutan mengalir, yang boleh meminimumkan kesakitan pesakit [169]. Sesetengah hidrogel polimer semula jadi adalah sensitif terhadap alam sekitar, jadi ia digunakan secara meluas sebagai bahan pelepasan terkawal dadah, supaya ubat-ubatan yang terkandung di dalamnya boleh dilepaskan ke bahagian tubuh manusia yang diperlukan dalam masa dan cara kuantitatif, mengurangkan toksik dan sampingan. kesan dadah pada tubuh manusia [170].
Penggunaan hidrogel polimer semula jadi dalam bidang berkaitan makanan. Hidrogel polimer semulajadi adalah bahagian penting dalam tiga hidangan sehari, seperti beberapa pencuci mulut, gula-gula, pengganti daging, yogurt dan ais krim. Ia sering digunakan sebagai bahan tambahan makanan dalam komoditi makanan, yang boleh meningkatkan sifat fizikalnya dan memberikan rasa yang licin. Sebagai contoh, ia digunakan sebagai pemekat dalam sup dan sos, sebagai pengemulsi dalam jus, dan sebagai agen penggantungan. Dalam minuman susu, sebagai agen pembentuk gel dalam puding dan aspik, sebagai agen penjernih dan penstabil buih dalam bir, sebagai perencat sineresis dalam keju, sebagai pengikat dalam sosej, sebagai retrogradasi kanji Perencat digunakan dalam roti dan mentega [171-174] ]. Daripada Buku Panduan Bahan Tambahan Makanan, dapat dilihat bahawa sejumlah besar hidrogel polimer semulajadi diluluskan sebagai bahan tambahan makanan untuk pemprosesan makanan [175]. Hidrogel polimer semulajadi digunakan sebagai penguat pemakanan dalam pembangunan produk kesihatan dan makanan berfungsi, seperti serat pemakanan, digunakan dalam produk penurunan berat badan dan produk anti-sembelit [176, 177]; sebagai prebiotik, ia digunakan dalam produk dan produk penjagaan kesihatan kolon untuk mencegah kanser kolon [178]; hidrogel polimer semula jadi boleh dibuat menjadi salutan atau filem yang boleh dimakan atau terdegradasi, yang boleh digunakan dalam bidang bahan pembungkus makanan, seperti pemeliharaan buah-buahan dan sayur-sayuran, dengan menyalutnya pada buah-buahan dan sayur-sayuran Di permukaan, ia boleh memanjangkan jangka hayat. buah-buahan dan sayur-sayuran dan memastikan buah-buahan dan sayur-sayuran segar dan lembut; ia juga boleh digunakan sebagai bahan pembungkus untuk kemudahan makanan seperti sosej dan perasa untuk memudahkan pembersihan [179, 180].
Aplikasi hidrogel polimer semula jadi dalam bidang lain. Dari segi keperluan harian, ia boleh ditambah kepada penjagaan kulit berkrim atau kosmetik, yang bukan sahaja dapat menghalang produk daripada kering dalam simpanan, tetapi juga melembapkan dan melembapkan kulit yang berkekalan; ia boleh digunakan untuk menggayakan, melembapkan dan mengeluarkan wangian yang perlahan dalam solek kecantikan; Ia boleh digunakan dalam keperluan harian seperti tuala kertas dan lampin [181]. Dalam pertanian, ia boleh digunakan untuk menahan kemarau dan melindungi anak benih dan mengurangkan intensiti buruh; sebagai agen salutan untuk benih tumbuhan, ia boleh meningkatkan kadar percambahan benih dengan ketara; apabila digunakan dalam pemindahan anak benih, ia boleh meningkatkan kadar kemandirian anak benih; racun perosak, meningkatkan penggunaan dan mengurangkan pencemaran [182, 183]. Dari segi persekitaran, ia digunakan sebagai flokulan dan penjerap untuk rawatan kumbahan yang selalunya mengandungi ion logam berat, sebatian aromatik dan pewarna untuk melindungi sumber air dan memperbaiki alam sekitar [184]. Dalam industri, ia digunakan sebagai agen penyahhidratan, pelincir penggerudian, bahan pembalut kabel, bahan pengedap dan agen penyimpanan sejuk, dan lain-lain [185].
1.2.2 Termogel hidroksipropil metilselulosa
Selulosa adalah sebatian makromolekul semula jadi yang telah dikaji paling awal, mempunyai hubungan yang paling rapat dengan manusia, dan paling banyak di alam semula jadi. Ia banyak terdapat dalam tumbuhan yang lebih tinggi, alga dan mikroorganisma [186, 187]. Selulosa secara beransur-ansur telah menarik perhatian meluas kerana sumbernya yang luas, harga yang rendah, boleh diperbaharui, terbiodegradasi, selamat, tidak toksik, dan biokompatibiliti yang baik [188].
1.2.2.1 Selulosa dan terbitan eternya
Selulosa ialah polimer rantai panjang linear yang dibentuk oleh sambungan unit struktur D-anhidroglukosa melalui ikatan glikosidik β-1,4 [189-191]. Tidak larut. Kecuali untuk satu kumpulan hujung pada setiap hujung rantai molekul, terdapat tiga kumpulan hidroksil kutub dalam setiap unit glukosa, yang boleh membentuk sejumlah besar ikatan hidrogen intramolekul dan antara molekul dalam keadaan tertentu; dan selulosa ialah struktur polisiklik, dan rantai molekul adalah separa tegar. Rantaian, kehabluran tinggi, dan sangat teratur dalam struktur, jadi ia mempunyai ciri-ciri tahap pempolimeran yang tinggi, orientasi molekul yang baik, dan kestabilan kimia [83, 187]. Memandangkan rantai selulosa mengandungi sejumlah besar kumpulan hidroksil, ia boleh diubah suai secara kimia melalui pelbagai kaedah seperti pengesteran, pengoksidaan, dan eterifikasi untuk mendapatkan derivatif selulosa dengan sifat aplikasi yang sangat baik [192, 193].
Derivatif selulosa adalah salah satu produk yang paling awal dikaji dan dihasilkan dalam bidang kimia polimer. Ia adalah bahan kimia halus polimer dengan pelbagai kegunaan, yang diubah suai secara kimia daripada selulosa polimer semula jadi. Antaranya, eter selulosa digunakan secara meluas. Ia adalah salah satu bahan mentah kimia yang paling penting dalam aplikasi industri [194].
Terdapat banyak jenis eter selulosa, semuanya secara amnya mempunyai sifat unik dan cemerlang, dan telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang seperti makanan dan perubatan [195]. MC ialah jenis eter selulosa yang paling ringkas dengan kumpulan metil. Dengan peningkatan tahap penggantian, ia boleh dibubarkan dalam larutan alkali cair, air, alkohol dan pelarut hidrokarbon aromatik seterusnya, menunjukkan sifat gel terma yang unik. [196]. CMC ialah eter selulosa anionik yang diperoleh daripada selulosa semula jadi melalui pengalkalian dan pengasidan.
Ia adalah eter selulosa yang paling banyak digunakan dan digunakan, yang larut dalam air [197]. HPC, eter selulosa hidroksialkil yang diperoleh melalui selulosa pengalkali dan pengeteran, mempunyai termoplastik yang baik dan juga mempamerkan sifat gel terma, dan suhu gelnya dipengaruhi dengan ketara oleh tahap penggantian hidroksipropil [198]. HPMC, eter campuran yang penting, juga mempunyai sifat gel termal, dan sifat gelnya berkaitan dengan dua substituen dan nisbahnya [199].
1.2.2.2 Struktur hidroksipropil metilselulosa
Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), struktur molekul ditunjukkan dalam Rajah 1-3, ialah eter campuran selulosa larut air bukan ionik biasa. Tindak balas pengeteran metil klorida dan propilena oksida dijalankan untuk mendapatkan [200,201], dan persamaan tindak balas kimia ditunjukkan dalam Rajah 1-4.
Terdapat propoksi hidroksi (-[OCH2CH(CH3)] n OH), metoksi (-OCH3) dan kumpulan hidroksil tidak bertindak balas pada unit struktur HPMC pada masa yang sama, dan prestasinya adalah pantulan tindakan bersama pelbagai kumpulan. [202]. Nisbah antara dua substituen ditentukan oleh nisbah jisim kedua-dua agen pengeteran, kepekatan dan jisim natrium hidroksida, dan nisbah jisim agen pengeteran per unit jisim selulosa [203]. Propoksi hidroksi ialah kumpulan aktif, yang boleh dialkilasi lagi dan dialkilasi hidroksi; kumpulan ini adalah kumpulan hidrofilik dengan rantai bercabang panjang, yang memainkan peranan tertentu dalam pengplastikan di dalam rantai. Methoxy ialah kumpulan penutup akhir, yang membawa kepada ketidakaktifan tapak tindak balas ini selepas tindak balas; kumpulan ini merupakan kumpulan hidrofobik dan mempunyai struktur yang agak pendek [204, 205]. Kumpulan hidroksil yang tidak bertindak balas dan baru diperkenalkan boleh terus digantikan, menghasilkan struktur kimia akhir yang agak kompleks, dan sifat HPMC berbeza dalam julat tertentu. Bagi HPMC, sejumlah kecil penggantian boleh menjadikan sifat fizikokimianya agak berbeza [206], contohnya, sifat fizikokimia HPMC metoksi tinggi dan hidroksipropil rendah adalah hampir dengan MC; Prestasi HPMC hampir sama dengan prestasi HPC.
1.2.2.3 Sifat hidroksipropil metilselulosa
(1) Kebolehtemogelan HPMC
Rantaian HPMC mempunyai ciri penghidratan-penyahhidratan yang unik kerana pengenalan kumpulan hidrofobik-metil dan hidrofilik-hidroksipropil. Ia secara beransur-ansur mengalami penukaran pembentuk gel apabila dipanaskan, dan kembali ke keadaan larutan selepas penyejukan. Iaitu, ia mempunyai sifat-sifat gel yang diinduksi secara terma, dan fenomena penggelapan adalah proses yang boleh diterbalikkan tetapi tidak sama.
Mengenai mekanisme pengajuan HPMC, diterima secara meluas bahawa pada suhu yang lebih rendah (di bawah suhu pengajuan), HPMC dalam larutan dan molekul air kutub diikat bersama oleh ikatan hidrogen untuk membentuk struktur supramolekul seperti "sangkar burung". Terdapat beberapa ikatan mudah antara rantai molekul HPMC terhidrat, selain daripada itu, terdapat beberapa interaksi lain. Apabila suhu meningkat, HPMC mula-mula menyerap tenaga untuk memecahkan ikatan hidrogen antara molekul antara molekul air dan molekul HPMC, memusnahkan struktur molekul seperti sangkar, secara beransur-ansur kehilangan air terikat pada rantai molekul, dan mendedahkan kumpulan hidroksipropil dan metoksi. Apabila suhu terus meningkat (untuk mencapai suhu gel), molekul HPMC secara beransur-ansur membentuk struktur rangkaian tiga dimensi melalui persatuan hidrofobik, gel HPMC akhirnya terbentuk [160, 207, 208].
Penambahan garam tak organik mempunyai beberapa kesan pada suhu gel HPMC, ada yang menurunkan suhu gel akibat fenomena pengasinan, dan yang lain meningkatkan suhu gel akibat fenomena pelarutan garam [209]. Dengan penambahan garam seperti NaCl, fenomena pengasinan keluar berlaku dan suhu gel HPMC menurun [210, 211]. Selepas garam ditambah kepada HPMC, molekul air lebih cenderung untuk bergabung dengan ion garam, supaya ikatan hidrogen antara molekul air dan HPMC dimusnahkan, lapisan air di sekeliling molekul HPMC dimakan, dan molekul HPMC boleh dibebaskan dengan cepat untuk hidrofobisiti. Persatuan, suhu pembentukan gel secara beransur-ansur berkurangan. Sebaliknya, apabila garam seperti NaSCN ditambah, fenomena pelarutan garam berlaku dan suhu gel HPMC meningkat [212]. Urutan kesan penurunan anion pada suhu gel ialah: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , susunan kation pada kenaikan suhu gel ialah: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].
Apabila beberapa molekul kecil organik seperti alkohol monohidrik yang mengandungi kumpulan hidroksil ditambah, suhu gel meningkat dengan peningkatan jumlah penambahan, menunjukkan nilai maksimum dan kemudian berkurangan sehingga berlaku pemisahan fasa [214, 215]. Ini terutamanya disebabkan oleh berat molekulnya yang kecil, yang setanding dengan molekul air mengikut magnitud, dan boleh mencapai kebolehcampuran peringkat molekul selepas pengkompaunan.
(2) Keterlarutan HPMC
HPMC mempunyai sifat tidak larut air panas dan larut air sejuk serupa dengan MC, tetapi boleh dibahagikan kepada jenis penyebaran sejuk dan jenis penyebaran panas mengikut keterlarutan air yang berbeza [203]. HPMC tersebar sejuk boleh dengan cepat tersebar dalam air dalam air sejuk, dan kelikatannya meningkat selepas satu tempoh masa, dan ia benar-benar larut dalam air; HPMC yang tersebar haba, sebaliknya, menunjukkan penggumpalan apabila menambah air pada suhu yang lebih rendah, tetapi ia lebih sukar untuk ditambah. Dalam air bersuhu tinggi, HPMC boleh tersebar dengan cepat, dan kelikatan meningkat selepas suhu menurun, menjadi larutan akueus HPMC sebenar. Keterlarutan HPMC dalam air adalah berkaitan dengan kandungan kumpulan metoksi, yang tidak larut dalam air panas melebihi 85 °C, 65 °C dan 60 °C dari tinggi ke rendah. Secara umumnya, HPMC tidak larut dalam pelarut organik seperti aseton dan kloroform, tetapi larut dalam larutan akueus etanol dan larutan organik campuran.
(3) Toleransi garam HPMC
Sifat bukan ionik HPMC menjadikannya tidak dapat terion dalam air, jadi ia tidak akan bertindak balas dengan ion logam untuk mendakan. Walau bagaimanapun, penambahan garam akan menjejaskan suhu di mana gel HPMC terbentuk. Apabila kepekatan garam meningkat, suhu gel HPMC berkurangan; apabila kepekatan garam lebih rendah daripada titik pemberbukuan, kelikatan larutan HPMC boleh ditingkatkan, jadi dalam penggunaan, tujuan pemekatan boleh dicapai dengan menambah jumlah garam yang sesuai [210, 216].
(4) Rintangan asid dan alkali HPMC
Secara amnya, HPMC mempunyai kestabilan asid-bes yang kuat dan tidak terjejas oleh pH pada pH 2-12. HPMC menunjukkan rintangan kepada tahap tertentu asid cair, tetapi menunjukkan kecenderungan penurunan kelikatan untuk asid pekat; alkali mempunyai sedikit kesan ke atasnya, tetapi boleh meningkat sedikit dan kemudian perlahan-lahan mengurangkan kelikatan larutan [217, 218].
(5) Faktor pengaruh kelikatan HPMC
HPMC adalah pseudoplastik, penyelesaiannya stabil pada suhu bilik, dan kelikatannya dipengaruhi oleh berat molekul, kepekatan dan suhu. Pada kepekatan yang sama, semakin tinggi berat molekul HPMC, semakin tinggi kelikatan; untuk produk berat molekul yang sama, lebih tinggi kepekatan HPMC, lebih tinggi kelikatan; kelikatan produk HPMC berkurangan dengan peningkatan suhu, dan mencapai suhu pembentukan gel, dengan peningkatan mendadak dalam kelikatan akibat penggelapan [9, 219, 220].
(6) Harta lain HPMC
HPMC mempunyai rintangan yang kuat terhadap enzim, dan rintangannya terhadap enzim meningkat dengan tahap penggantian. Oleh itu, produk mempunyai kualiti yang lebih stabil semasa penyimpanan berbanding produk gula lain [189, 212]. HPMC mempunyai sifat pengemulsi tertentu. Kumpulan metoksi hidrofobik boleh diserap pada permukaan fasa minyak dalam emulsi untuk membentuk lapisan penjerapan tebal, yang boleh bertindak sebagai lapisan pelindung; kumpulan hidroksil larut air boleh digabungkan dengan air untuk memperbaiki fasa berterusan. Kelikatan, menghalang penyatuan fasa tersebar, mengurangkan ketegangan permukaan, dan menstabilkan emulsi [221]. HPMC boleh dicampur dengan polimer larut air seperti gelatin, metilselulosa, gam kacang belalang, karagenan dan gam arab untuk membentuk larutan yang seragam dan telus, dan juga boleh dicampur dengan pemplastik seperti gliserin dan polietilena glikol. [200, 201, 214].
1.2.2.4 Masalah yang wujud dalam aplikasi hidroksipropil metilselulosa
Pertama, harga yang tinggi mengehadkan penggunaan meluas HPMC. Walaupun filem HPMC mempunyai ketelusan yang baik, sifat penghalang gris dan sifat mekanikal. Walau bagaimanapun, harganya yang tinggi (kira-kira 100,000/tan) mengehadkan penggunaannya yang meluas, walaupun dalam aplikasi farmaseutikal yang bernilai lebih tinggi seperti kapsul. Sebab mengapa HPMC begitu mahal adalah pertama kerana bahan mentah selulosa yang digunakan untuk menyediakan HPMC agak mahal. Di samping itu, dua kumpulan substituen, kumpulan hidroksipropil dan kumpulan metoksi, dicantumkan pada HPMC pada masa yang sama, yang menjadikan proses penyediaannya sangat sukar. Kompleks, jadi produk HPMC lebih mahal.
Kedua, sifat kelikatan rendah dan kekuatan gel rendah HPMC pada suhu rendah mengurangkan kebolehprosesannya dalam pelbagai aplikasi. HPMC ialah gel termal, yang wujud dalam keadaan larutan dengan kelikatan yang sangat rendah pada suhu rendah, dan boleh membentuk gel seperti pepejal likat pada suhu tinggi, jadi proses pemprosesan seperti salutan, penyemburan dan pencelupan mesti dijalankan pada suhu tinggi . Jika tidak, penyelesaian akan mudah mengalir ke bawah, mengakibatkan pembentukan bahan filem tidak seragam, yang akan menjejaskan kualiti dan prestasi produk. Operasi suhu tinggi sedemikian meningkatkan pekali kesukaran operasi, mengakibatkan penggunaan tenaga pengeluaran yang tinggi dan kos pengeluaran yang tinggi.
1.2.3 Gel sejuk kanji hidroksipropil
Kanji adalah sebatian polimer semula jadi yang disintesis oleh fotosintesis tumbuhan dalam persekitaran semula jadi. Polisakarida konstituennya biasanya disimpan dalam biji dan ubi tumbuhan dalam bentuk butiran bersama-sama dengan protein, gentian, minyak, gula dan mineral. atau dalam akar [222]. Kanji bukan sahaja sumber utama pengambilan tenaga untuk manusia, tetapi juga bahan mentah industri yang penting. Kerana sumbernya yang luas, harga yang rendah, hijau, semula jadi dan boleh diperbaharui, ia telah digunakan secara meluas dalam industri makanan dan perubatan, penapaian, pembuatan kertas, tekstil dan petroleum [223].
1.2.3.1 Kanji dan terbitannya
Kanji ialah polimer tinggi semulajadi yang unit strukturnya ialah unit α-D-anhydroglucose. Unit yang berbeza disambungkan oleh ikatan glikosidik, dan formula molekulnya ialah (C6H10O5) n. Sebahagian daripada rantai molekul dalam butiran kanji disambungkan oleh ikatan glikosidik α-1,4, iaitu amilosa linear; bahagian lain rantai molekul disambungkan oleh ikatan glikosidik α-1,6 atas dasar ini, iaitu amilopektin bercabang [224]. Dalam butiran kanji, terdapat kawasan kristal di mana molekul disusun dalam susunan teratur dan kawasan amorf di mana molekul disusun secara tidak teratur. komposisi bahagian. Tiada sempadan yang jelas antara kawasan hablur dan kawasan amorf, dan molekul amilopektin boleh melalui berbilang kawasan hablur dan kawasan amorf. Berdasarkan sifat semula jadi sintesis kanji, struktur polisakarida dalam kanji berbeza dengan spesies tumbuhan dan tapak sumber [225].
Walaupun kanji telah menjadi salah satu bahan mentah yang penting untuk pengeluaran perindustrian kerana sumbernya yang luas dan sifat boleh diperbaharui, kanji asli secara amnya mempunyai kelemahan seperti keterlarutan air yang lemah dan sifat membentuk filem, kebolehan pengemulsi dan pengegelan yang rendah, dan kestabilan yang tidak mencukupi. Untuk mengembangkan julat aplikasinya, kanji biasanya diubah suai secara fizikokimia untuk menyesuaikannya dengan keperluan aplikasi yang berbeza [38, 114]. Terdapat tiga kumpulan hidroksil bebas pada setiap unit struktur glukosa dalam molekul kanji. Kumpulan hidroksil ini sangat aktif dan memberikan kanji dengan sifat yang serupa dengan poliol, yang memberikan kemungkinan untuk tindak balas denaturasi kanji.
Selepas pengubahsuaian, beberapa sifat kanji asli telah dipertingkatkan ke tahap yang besar, mengatasi kecacatan penggunaan kanji asli, jadi kanji yang diubah suai memainkan peranan penting dalam industri semasa [226]. Pati teroksida adalah salah satu kanji diubah suai yang paling banyak digunakan dengan teknologi yang agak matang. Berbanding dengan kanji asli, kanji teroksida lebih mudah untuk digelatkan. Kelebihan lekatan yang tinggi. Pati tersterifikasi ialah terbitan kanji yang terbentuk melalui pengesteran kumpulan hidroksil dalam molekul kanji. Tahap penggantian yang sangat rendah boleh mengubah sifat kanji asli dengan ketara. Ketelusan dan sifat membentuk filem pes kanji jelas bertambah baik. Pati yang dieterkan ialah tindak balas pengeteran kumpulan hidroksil dalam molekul kanji untuk menghasilkan eter polystarch, dan pengundurannya dilemahkan. Di bawah keadaan alkali yang kuat di mana kanji teroksida dan kanji tersterifikasi tidak boleh digunakan, ikatan eter juga boleh kekal stabil. terdedah kepada hidrolisis. Pati yang diubah suai asid, kanji dirawat dengan asid untuk meningkatkan kandungan amilosa, menghasilkan pengukuhan dan pes kanji yang dipertingkatkan. Ia agak telus dan membentuk gel pepejal apabila disejukkan [114].
1.2.3.2 Struktur kanji hidroksipropil
Kanji hidroksipropil (HPS), yang struktur molekulnya ditunjukkan dalam Rajah 1-4, ialah eter kanji bukan ionik, yang disediakan melalui tindak balas pengeteran propilena oksida dengan kanji di bawah keadaan beralkali [223, 227, 228], dan persamaan tindak balas kimia ditunjukkan dalam Rajah 1-6.
Semasa sintesis HPS, selain bertindak balas dengan kanji untuk menghasilkan kanji hidroksipropil, propilena oksida juga boleh bertindak balas dengan kanji hidroksipropil yang dihasilkan untuk menghasilkan rantai sampingan polioksipropil. darjah penggantian. Darjah penggantian (DS) merujuk kepada purata bilangan kumpulan hidroksil yang digantikan bagi setiap kumpulan glukosil. Kebanyakan kumpulan glukosil kanji mengandungi 3 kumpulan hidroksil yang boleh diganti, jadi DS maksimum ialah 3. Darjah penggantian molar (MS) merujuk kepada jisim purata substituen per mol kumpulan glukosil [223, 229]. Keadaan proses tindak balas hidroksipropilasi, morfologi butiran kanji, dan nisbah amilosa kepada amilopektin dalam kanji asli semuanya mempengaruhi saiz MS.
1.2.3.3 Sifat kanji hidroksipropil
(1) Penggelapan sejuk HPS
Bagi pes kanji HPS yang panas, terutamanya sistem dengan kandungan amilosa yang tinggi, semasa proses penyejukan, rantai molekul amilosa dalam pes kanji berjerat antara satu sama lain untuk membentuk struktur rangkaian tiga dimensi, dan menunjukkan tingkah laku seperti pepejal yang jelas. Ia menjadi elastomer, membentuk gel, dan boleh kembali ke keadaan larutan selepas pemanasan semula, iaitu, ia mempunyai sifat gel sejuk, dan fenomena gel ini mempunyai sifat boleh balik [228].
Amilosa bergelatin digulung secara berterusan untuk membentuk struktur heliks tunggal sepaksi. Bahagian luar struktur heliks tunggal ini adalah kumpulan hidrofilik, dan bahagian dalam adalah rongga hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPS wujud dalam larutan akueus sebagai gegelung rawak dari mana beberapa segmen heliks tunggal terbentang. Apabila suhu diturunkan, ikatan hidrogen antara HPS dan air dipecahkan, air struktur hilang, dan ikatan hidrogen antara rantai molekul terus terbentuk, akhirnya membentuk struktur gel rangkaian tiga dimensi. Fasa pengisian dalam rangkaian gel kanji adalah butiran atau serpihan kanji sisa selepas gelatinisasi, dan jalinan beberapa amilopektin juga menyumbang kepada pembentukan gel [230-232].
(2) Hidrofilisiti HPS
Pengenalan kumpulan hidroksipropil hidrofilik melemahkan kekuatan ikatan hidrogen antara molekul kanji, menggalakkan pergerakan molekul atau segmen kanji, dan mengurangkan suhu lebur mikrokristal kanji; struktur butiran kanji berubah, dan permukaan butiran kanji adalah kasar Apabila suhu meningkat, beberapa keretakan atau lubang muncul, supaya molekul air boleh dengan mudah memasuki bahagian dalam butiran kanji, menjadikan kanji lebih mudah membengkak dan menjadi gelatin, jadi suhu gelatinisasi kanji berkurangan. Apabila tahap penggantian meningkat, suhu gelatinisasi kanji hidroksipropil berkurangan, dan akhirnya ia boleh membengkak dalam air sejuk. Selepas hidroksipropilasi, kebolehliran, kestabilan suhu rendah, ketelusan, keterlarutan, dan sifat pembentuk filem pes kanji telah bertambah baik [233-235].
(3) Kestabilan HPS
HPS ialah eter kanji bukan ionik dengan kestabilan yang tinggi. Semasa tindak balas kimia seperti hidrolisis, pengoksidaan, dan penghubung silang, ikatan eter tidak akan terputus dan substituen tidak akan jatuh. Oleh itu, sifat HPS secara relatifnya kurang dipengaruhi oleh elektrolit dan pH, memastikan ia boleh digunakan dalam pelbagai pH asid-bes [236-238].
1.2.3.4 Aplikasi HPS dalam bidang makanan dan perubatan
HPS tidak toksik dan tawar, dengan prestasi penghadaman yang baik dan kelikatan hidrolisat yang agak rendah. Ia diiktiraf sebagai kanji diubah suai yang boleh dimakan yang selamat di dalam dan luar negara. Seawal tahun 1950-an, Amerika Syarikat meluluskan kanji hidroksipropil untuk kegunaan langsung dalam makanan [223, 229, 238]. HPS ialah kanji yang diubah suai digunakan secara meluas dalam bidang makanan, terutamanya digunakan sebagai agen pemekat, agen penggantungan dan penstabil.
Ia boleh digunakan dalam makanan mudah dan makanan sejuk beku seperti minuman, ais krim dan jem; ia boleh menggantikan sebahagiannya gula-gula yang boleh dimakan berharga tinggi seperti gelatin; ia boleh dijadikan filem yang boleh dimakan dan digunakan sebagai salutan dan pembungkusan makanan [229, 236].
HPS biasanya digunakan dalam bidang perubatan sebagai pengisi, pengikat untuk tanaman ubatan, disintegran untuk tablet, bahan untuk kapsul lembut dan keras farmaseutikal, salutan ubat, agen anti-kondensasi untuk sel darah merah tiruan dan pemekat plasma, dsb. [239] .
1.3 Pengkompaunan Polimer
Bahan polimer digunakan secara meluas dalam semua aspek kehidupan dan merupakan bahan yang sangat diperlukan dan penting. Perkembangan sains dan teknologi yang berterusan menjadikan keperluan manusia semakin pelbagai, dan secara amnya sukar bagi bahan polimer komponen tunggal untuk memenuhi keperluan aplikasi manusia yang pelbagai. Menggabungkan dua atau lebih polimer adalah kaedah yang paling menjimatkan dan berkesan untuk mendapatkan bahan polimer dengan harga yang rendah, prestasi yang sangat baik, pemprosesan yang mudah dan aplikasi yang luas, yang telah menarik perhatian ramai penyelidik dan telah diberi perhatian yang lebih dan lebih [240-242] .
1.3.1 Tujuan dan kaedah sebatian polimer
Tujuan utama pengkompaunan polimer: (l) Untuk mengoptimumkan sifat komprehensif bahan. Polimer yang berbeza dikompaun, supaya sebatian akhir mengekalkan sifat cemerlang satu makromolekul, belajar daripada kekuatan satu sama lain dan melengkapkan kelemahannya, dan mengoptimumkan sifat komprehensif bahan polimer. (2) Kurangkan kos bahan. Sesetengah bahan polimer mempunyai sifat yang sangat baik, tetapi ia mahal. Oleh itu, mereka boleh dikompaun dengan polimer murah lain untuk mengurangkan kos tanpa menjejaskan penggunaan. (3) Meningkatkan sifat pemprosesan bahan. Sesetengah bahan mempunyai sifat yang sangat baik tetapi sukar untuk diproses, dan polimer lain yang sesuai boleh ditambah untuk memperbaiki sifat pemprosesannya. (4) Untuk mengukuhkan sifat tertentu bahan. Untuk meningkatkan prestasi bahan dalam aspek tertentu, polimer lain digunakan untuk mengubah suainya. (5) Membangunkan fungsi baharu bahan.
Kaedah sebatian polimer biasa: (l) Sebatian lebur. Di bawah tindakan ricih peralatan pengkompaunan, polimer yang berbeza dipanaskan hingga melebihi suhu aliran likat untuk pengkompaunan, dan kemudian disejukkan dan digranatkan selepas pengkompaunan. (2) Penyusunan semula penyelesaian. Kedua-dua komponen itu dikacau dan diadun dengan menggunakan pelarut biasa, atau larutan polimer berbeza yang terlarut dikacau sama rata, dan kemudian pelarut dikeluarkan untuk mendapatkan sebatian polimer. (3) Pengkompaunan emulsi. Selepas mengacau dan mencampurkan emulsi polimer yang berbeza daripada jenis pengemulsi yang sama, koagulan ditambah untuk memendakan bersama polimer untuk mendapatkan sebatian polimer. (4) Kopolimerisasi dan pengkompaunan. Termasuk kopolimerisasi rasuah, kopolimerisasi blok dan kopolimerisasi reaktif, proses pengkompaunan disertai dengan tindak balas kimia. (5) Rangkaian interpenetrasi [10].
1.3.2 Penggabungan polisakarida semula jadi
Polisakarida semulajadi adalah kelas biasa bahan polimer dalam alam semula jadi, yang biasanya diubah suai secara kimia dan mempamerkan pelbagai sifat yang sangat baik. Walau bagaimanapun, bahan polisakarida tunggal selalunya mempunyai had prestasi tertentu, jadi polisakarida yang berbeza sering dikompaun untuk mencapai tujuan melengkapkan kelebihan prestasi setiap komponen dan mengembangkan skop aplikasi. Seawal 1980-an, penyelidikan mengenai pengkompaunan polisakarida semula jadi yang berbeza telah meningkat dengan ketara [243]. Penyelidikan sistem kompaun polisakarida semulajadi di dalam dan luar negara kebanyakannya tertumpu kepada sistem kompaun curdlan dan bukan curdlan dan sistem kompaun dua jenis polisakarida bukan dadih.
1.3.2.1 Pengelasan hidrogel polisakarida semulajadi
Polisakarida semulajadi boleh dibahagikan kepada curdlan dan non-curdlan mengikut keupayaannya untuk membentuk gel. Sesetengah polisakarida boleh membentuk gel dengan sendirinya, jadi ia dipanggil curdlan, seperti karagenan, dll.; yang lain tidak mempunyai sifat pembentuk gel sendiri, dan dipanggil polisakarida bukan dadih, seperti gusi xanthan.
Hidrogel boleh diperolehi dengan melarutkan curdlan semulajadi dalam larutan akueus. Berdasarkan keterbalikan gel yang terhasil dan pergantungan suhu modulusnya, ia boleh dibahagikan kepada empat jenis yang berbeza berikut [244]:
(1) Cryogel, larutan polisakarida hanya boleh mendapatkan gel pada suhu rendah, seperti karagenan.
(2) Gel teraruh terma, larutan polisakarida hanya boleh mendapatkan gel pada suhu tinggi, seperti glukomanan.
(3) Larutan polisakarida bukan sahaja boleh mendapatkan gel pada suhu yang lebih rendah, tetapi juga mendapatkan gel pada suhu yang lebih tinggi, tetapi menunjukkan keadaan larutan pada suhu pertengahan.
(4) Larutan hanya boleh mendapatkan gel pada suhu tertentu di tengah. Curdlan semulajadi yang berbeza mempunyai kepekatan kritikal (minimum) tersendiri, di atasnya gel boleh diperolehi. Kepekatan kritikal gel adalah berkaitan dengan panjang berterusan rantai molekul polisakarida; kekuatan gel sangat dipengaruhi oleh kepekatan dan berat molekul larutan, dan secara amnya, kekuatan gel meningkat apabila kepekatan meningkat [245].
1.3.2.2 Sistem kompaun curdlan dan non-curdlan
Penggabungan bukan curdlan dengan curdlan secara amnya meningkatkan kekuatan gel polisakarida [246]. Pengkompaunan gusi konjac dan karagenan meningkatkan kestabilan dan keanjalan gel struktur rangkaian gel komposit, dan meningkatkan kekuatan gelnya dengan ketara. Wei Yu et al. karagenan terkompaun dan gusi konjac, dan membincangkan struktur gel selepas pengkompaunan. Kajian mendapati bahawa selepas pengkompaunan karagenan dan gusi konjac, kesan sinergistik dihasilkan, dan struktur rangkaian yang didominasi oleh karagenan terbentuk, gusi konjac tersebar di dalamnya, dan rangkaian gelnya lebih tumpat daripada karagenan tulen [247]. Kohyama et al. mengkaji sistem kompaun gusi karagenan/konjac, dan keputusan menunjukkan bahawa dengan peningkatan berterusan berat molekul gula konjac, tegasan pecah gel komposit terus meningkat; konjac gum dengan berat molekul yang berbeza menunjukkan pembentukan gel yang serupa. suhu. Dalam sistem kompaun ini, pembentukan rangkaian gel dilakukan oleh karagenan, dan interaksi antara dua molekul curdlan menghasilkan pembentukan kawasan berkait silang yang lemah [248]. Nishinari et al. mengkaji sistem kompaun gellan gum/konjac gum, dan keputusan menunjukkan bahawa kesan kation monovalen pada gel kompaun adalah lebih ketara. Ia boleh meningkatkan modulus sistem dan suhu pembentukan gel. Kation divalen boleh menggalakkan pembentukan gel komposit pada tahap tertentu, tetapi jumlah yang berlebihan akan menyebabkan pemisahan fasa dan mengurangkan modulus sistem [246]. Breneer et al. mengkaji sebatian karaginan, gula-gula getah belalang dan gula-gula getah konjac, dan mendapati bahawa karagenan, gula-gula kacang belalang dan gula-gula getah konjac boleh menghasilkan kesan sinergistik, dan nisbah optimum ialah gula-gula kacang belalang/karaginan 1:5.5, gula-gula konjak/karaginan 1:7 , dan apabila ketiga-tiganya digabungkan bersama, kesan sinergistik adalah sama seperti gusi karagenan/konjac, menunjukkan bahawa tiada pengkompaunan khas bagi ketiga-tiganya. interaksi [249].
1.3.2.2 Dua sistem kompaun bukan curdlan
Dua polisakarida semulajadi yang tidak mempunyai sifat gel boleh mempamerkan sifat gel melalui pengkompaunan, menghasilkan produk gel [250]. Menggabungkan gula-gula getah belalang dengan gula-gula xanthan menghasilkan kesan sinergistik yang mendorong pembentukan gel baru [251]. Produk gel baru juga boleh diperolehi dengan menambahkan gusi xanthan kepada konjac glucomannan untuk pengkompaunan [252]. Wei Yanxia et al. mengkaji sifat reologi kompleks gusi kacang belalang dan gusi xanthan. Hasil kajian menunjukkan bahawa sebatian gula belalang dan gula xanthan menghasilkan kesan sinergistik. Apabila nisbah isipadu kompaun ialah 4:6, kesan sinergistik terkuat [253]. Fitzsimons et al. glukomanan konjac terkompaun dengan gusi xanthan pada suhu bilik dan di bawah pemanasan. Keputusan menunjukkan bahawa semua sebatian mempamerkan sifat gel, mencerminkan kesan sinergi antara kedua-duanya. Suhu pengkompaunan dan keadaan struktur gusi xanthan tidak menjejaskan interaksi antara keduanya [254]. Guo Shoujun dan lain-lain mengkaji campuran asal najis babi gusi kacang dan gula xanthan, dan keputusan menunjukkan bahawa najis babi gusi kacang dan gusi xanthan mempunyai kesan sinergi yang kuat. Nisbah sebatian optimum gula-gula getah najis babi dan pelekat kompaun gusi xanthan ialah 6/4 (b/b). Ia adalah 102 kali ganda daripada larutan tunggal gusi kacang soya, dan gel terbentuk apabila kepekatan gusi kompaun mencapai 0.4%. Pelekat kompaun mempunyai kelikatan yang tinggi, kestabilan yang baik dan sifat reologi, dan merupakan gusi makanan yang sangat baik [255].
1.3.3 Keserasian komposit polimer
Keserasian, dari sudut termodinamik, merujuk kepada mencapai keserasian peringkat molekul, juga dikenali sebagai keterlarutan bersama. Menurut teori model Flory-Huggins, perubahan tenaga bebas sistem sebatian polimer semasa proses pengkompaunan mematuhi formula tenaga bebas Gibbs:
△���=△���—T△S (1-1)
Antaranya, △���ialah tenaga bebas kompleks, △���ialah haba kompleks, ialah entropi kompleks; ialah suhu mutlak; sistem kompleks ialah sistem yang serasi hanya apabila tenaga bebas berubah △���semasa proses kompleks [256].
Konsep kebolehcampuran timbul daripada fakta bahawa sangat sedikit sistem yang boleh mencapai keserasian termodinamik. Kebolehcampuran merujuk kepada keupayaan komponen yang berbeza untuk membentuk kompleks homogen, dan kriteria yang biasa digunakan ialah kompleks mempamerkan satu titik peralihan kaca.
Berbeza daripada keserasian termodinamik, keserasian umum merujuk kepada keupayaan setiap komponen dalam sistem kompaun untuk menampung satu sama lain, yang dicadangkan dari sudut praktikal [257].
Berdasarkan keserasian umum, sistem sebatian polimer boleh dibahagikan kepada sistem serasi sepenuhnya, separa serasi dan tidak serasi sepenuhnya. Sistem yang serasi sepenuhnya bermakna sebatian itu boleh bercampur secara termodinamik pada tahap molekul; sistem separa serasi bermakna sebatian itu serasi dalam julat suhu atau komposisi tertentu; sistem yang tidak serasi sepenuhnya bermakna bahawa sebatian adalah Kebolehcampuran peringkat Molekul tidak boleh dicapai pada sebarang suhu atau komposisi.
Disebabkan oleh perbezaan struktur tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeza, kebanyakan sistem kompleks polimer sebahagiannya serasi atau tidak serasi [11, 12]. Bergantung pada pemisahan fasa sistem kompaun dan tahap pencampuran, keserasian sistem separa serasi juga akan sangat berbeza [11]. Sifat makroskopik komposit polimer berkait rapat dengan morfologi mikroskopik dalaman dan sifat fizikal dan kimia setiap komponen. 240], maka adalah sangat penting untuk mengkaji morfologi mikroskopik dan keserasian sistem kompaun.
Kaedah Penyelidikan dan Pencirian untuk Keserasian Sebatian Binari:
(1) Suhu peralihan kaca T���kaedah perbandingan. Membandingkan T���daripada sebatian dengan T���komponennya, jika hanya satu T���muncul dalam kompaun, sistem kompaun adalah sistem yang serasi; jika terdapat dua T���, dan dua T���kedudukan sebatian adalah dalam dua kumpulan Di tengah-tengah titik T���menunjukkan bahawa sistem kompaun adalah sistem serasi separa; jika terdapat dua T���, dan ia terletak pada kedudukan dua komponen T���, ia menunjukkan bahawa sistem kompaun adalah sistem yang tidak serasi.
T���Instrumen ujian yang sering digunakan dalam kaedah perbandingan ialah penganalisis termomekanikal dinamik (DMA) dan kalorimeter pengimbasan pembezaan (DSC). Kaedah ini dengan cepat boleh menilai keserasian sistem kompaun, tetapi jika T���daripada dua komponen adalah serupa, satu T���juga akan muncul selepas pengkompaunan, jadi kaedah ini mempunyai kekurangan tertentu [10].
(2) Kaedah pemerhatian morfologi. Pertama, perhatikan morfologi makroskopik sebatian. Jika kompaun mempunyai pemisahan fasa yang jelas, ia boleh dinilai awal bahawa sistem kompaun adalah sistem yang tidak serasi. Kedua, morfologi mikroskopik dan struktur fasa sebatian diperhatikan oleh mikroskop. Kedua-dua komponen yang serasi sepenuhnya akan membentuk keadaan homogen. Oleh itu, sebatian dengan keserasian yang baik boleh melihat taburan fasa seragam dan saiz zarah fasa tersebar kecil. dan antara muka kabur.
Instrumen ujian yang sering digunakan dalam kaedah cerapan topografi ialah mikroskop optik dan mikroskop elektron pengimbasan (SEM). Kaedah cerapan topografi boleh digunakan sebagai kaedah tambahan dalam kombinasi dengan kaedah pencirian lain。
(3) Kaedah ketelusan. Dalam sistem kompaun separa serasi, kedua-dua komponen boleh serasi dalam julat suhu dan komposisi tertentu, dan pemisahan fasa akan berlaku di luar julat ini. Dalam proses transformasi sistem kompaun daripada sistem homogen kepada sistem dua fasa, penghantaran cahayanya akan berubah, jadi keserasiannya boleh dikaji dengan mengkaji ketelusan kompaun.
Kaedah ini hanya boleh digunakan sebagai kaedah tambahan, kerana apabila indeks biasan kedua-dua polimer adalah sama, sebatian yang diperoleh dengan menggabungkan dua polimer yang tidak serasi juga telus.
(4) Kaedah reologi. Dalam kaedah ini, perubahan mendadak parameter viskoelastik kompaun digunakan sebagai tanda pemisahan fasa, sebagai contoh, perubahan mendadak lengkung suhu kelikatan digunakan untuk menandakan pemisahan fasa, dan perubahan mendadak yang ketara. lengkung tegasan-suhu ricih digunakan sebagai tanda pemisahan fasa. Sistem pengkompaunan tanpa pemisahan fasa selepas pengkompaunan mempunyai keserasian yang baik, dan yang mempunyai pemisahan fasa adalah sistem yang tidak serasi atau separa serasi [258].
(5) Kaedah lengkung Han. Han's curve lg���'(���) lg G”, jika lengkung Han bagi sistem kompaun tidak mempunyai pergantungan suhu, dan lengkung Han pada suhu berbeza membentuk lengkung utama, sistem kompaun adalah serasi; jika sistem kompaun serasi Lengkung Han adalah bergantung kepada suhu. Jika lengkung Han dipisahkan antara satu sama lain pada suhu yang berbeza dan tidak boleh membentuk lengkung utama, sistem kompaun tidak serasi atau separa serasi. Oleh itu, keserasian sistem kompaun boleh dinilai mengikut pemisahan lengkung Han.
(6) Kaedah kelikatan larutan. Kaedah ini menggunakan perubahan kelikatan larutan untuk mencirikan keserasian sistem kompaun. Di bawah kepekatan larutan yang berbeza, kelikatan sebatian diplot terhadap komposisi. Jika ia adalah hubungan linear, ia bermakna sistem kompaun adalah serasi sepenuhnya; jika ia adalah hubungan tak linear, ia bermakna sistem kompaun itu serasi sebahagiannya; jika ia adalah lengkung berbentuk S, maka ia menunjukkan bahawa sistem kompaun tidak serasi sepenuhnya [10].
(7) Spektroskopi inframerah. Selepas dua polimer dikompaun, jika keserasian adalah baik, akan berlaku interaksi seperti ikatan hidrogen, dan kedudukan jalur kumpulan ciri pada spektrum inframerah setiap kumpulan pada rantai polimer akan beralih. Pengimbangan jalur kumpulan ciri kompleks dan setiap komponen boleh menilai keserasian sistem kompleks.
Selain itu, keserasian kompleks juga boleh dikaji oleh penganalisis termogravimetrik, pembelauan sinar-X, penyerakan sinar-X sudut kecil, penyerakan cahaya, penyerakan elektron neutron, resonans magnet nuklear dan teknik ultrasonik [10].
1.3.4 Kemajuan penyelidikan pengkompaunan kanji hidroksipropil metilselulosa/hidroksipropil
1.3.4.1 Penggabungan hidroksipropil metilselulosa dan bahan lain
Sebatian HPMC dan bahan lain digunakan terutamanya dalam sistem pelepasan terkawal dadah dan bahan pembungkusan filem yang boleh dimakan atau terurai. Dalam aplikasi pelepasan terkawal dadah, polimer yang sering dikompaun dengan HPMC termasuk polimer sintetik seperti polivinil alkohol (PVA), kopolimer asid laktik-glikolik asid (PLGA) dan polikaprolakton (PCL), serta protein, Polimer semula jadi seperti polisakarida. Abdel-Zaher et al. mengkaji komposisi struktur, kestabilan terma dan hubungannya dengan prestasi komposit HPMC/PVA, dan keputusan menunjukkan bahawa terdapat beberapa kebolehcampuran dengan kehadiran dua polimer [259]. Zabihi et al. menggunakan kompleks HPMC/PLGA untuk menyediakan mikrokapsul untuk pelepasan insulin terkawal dan berterusan, yang boleh mencapai pelepasan berterusan dalam perut dan usus [260]. Javed et al. HPMC hidrofilik terkompaun dan PCL hidrofobik dan menggunakan kompleks HPMC/PCL sebagai bahan mikrokapsul untuk pelepasan dadah yang dikawal dan berterusan, yang boleh dilepaskan di bahagian tubuh manusia yang berlainan dengan melaraskan nisbah pengkompaunan [261]. Ding et al. mengkaji sifat reologi seperti kelikatan, kelikatan dinamik, pemulihan rayapan, dan thixotropy kompleks HPMC/kolagen yang digunakan dalam bidang pelepasan dadah terkawal, memberikan panduan teori untuk aplikasi industri [262]. Arthanari, Cai dan Rai et al. [263-265] Kompleks HPMC dan polisakarida seperti kitosan, gusi xanthan, dan natrium alginat digunakan dalam proses pembebasan vaksin dan dadah, dan hasilnya menunjukkan kesan pelepasan ubat yang boleh dikawal [263-265].
Dalam pembangunan bahan pembungkusan filem yang boleh dimakan atau boleh terurai, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC adalah polimer semula jadi seperti lipid, protein dan polisakarida. Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva et al. menyediakan membran komposit yang boleh dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya dalam pemeliharaan plum, tomato ceri dan sitrus, masing-masing. Keputusan menunjukkan bahawa membran kompleks HPMC/lipid mempunyai kesan antibakteria yang baik dalam penyimpanan segar [266-268]. Shetty, Rubilar, dan Ding et al. mengkaji sifat mekanikal, kestabilan terma, struktur mikro, dan interaksi antara komponen filem komposit boleh dimakan yang disediakan daripada HPMC, protein sutera, isolat protein whey, dan kolagen, masing-masing [269-271]. Esteghlal et al. merumuskan HPMC dengan gelatin untuk menyediakan filem yang boleh dimakan untuk digunakan dalam bahan pembungkusan berasaskan bio [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro et al. menyediakan filem komposit boleh dimakan HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/kanji, dan mengkaji kestabilan haba, sifat mekanikal, struktur mikro dan sifat antibakterianya [139, 272-274]. Kompaun HPMC/PLA juga boleh digunakan sebagai bahan pembungkus untuk komoditi makanan, biasanya melalui penyemperitan [275].
Dalam pembangunan bahan pembungkusan filem yang boleh dimakan atau boleh terurai, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC adalah polimer semula jadi seperti lipid, protein dan polisakarida. Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva et al. menyediakan membran komposit yang boleh dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya dalam pemeliharaan plum, tomato ceri dan sitrus, masing-masing. Keputusan menunjukkan bahawa membran kompleks HPMC/lipid mempunyai kesan antibakteria yang baik dalam penyimpanan segar [266-268]. Shetty, Rubilar, dan Ding et al. mengkaji sifat mekanikal, kestabilan terma, struktur mikro, dan interaksi antara komponen filem komposit boleh dimakan yang disediakan daripada HPMC, protein sutera, isolat protein whey, dan kolagen, masing-masing [269-271]. Esteghlal et al. merumuskan HPMC dengan gelatin untuk menyediakan filem yang boleh dimakan untuk digunakan dalam bahan pembungkusan berasaskan bio [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro et al. menyediakan filem komposit boleh dimakan HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/kanji, dan mengkaji kestabilan haba, sifat mekanikal, struktur mikro dan sifat antibakterianya [139, 272-274]. Kompaun HPMC/PLA juga boleh digunakan sebagai bahan pembungkus untuk komoditi makanan, biasanya melalui penyemperitan [275].
1.3.4.2 Penggabungan kanji dan bahan lain
Penyelidikan mengenai pengkompaunan kanji dan bahan-bahan lain pada mulanya tertumpu kepada pelbagai bahan poliester alifatik hidrofobik, termasuk asid polilaktik (PLA), polikaprolakton (PCL), asid suksinik polibutena (PBSA), dsb. 276]. Muller et al. mengkaji struktur dan sifat komposit kanji/PLA dan interaksi antara keduanya, dan keputusan menunjukkan bahawa interaksi antara keduanya adalah lemah dan sifat mekanikal komposit adalah lemah [277]. Correa, Komur dan Diaz-Gomez et al. mengkaji sifat mekanikal, sifat reologi, sifat gel dan keserasian dua komponen kompleks kanji/PCL, yang digunakan untuk pembangunan bahan terbiodegradasi, Bahan bioperubatan dan Bahan Perancah Kejuruteraan Tisu [278-280]. Ohkika et al. didapati bahawa adunan tepung jagung dan PBSA sangat menjanjikan. Apabila kandungan kanji adalah 5-30%, peningkatan kandungan butiran kanji boleh meningkatkan modulus dan mengurangkan tegasan tegangan dan pemanjangan semasa putus [281,282]. Poliester alifatik hidrofobik secara termodinamik tidak serasi dengan kanji hidrofilik, dan pelbagai penyerasi dan bahan tambahan biasanya ditambah untuk menambah baik antara muka fasa antara kanji dan poliester. Szadkowska, Ferri, dan Li et al. mengkaji kesan pemplastis berasaskan silanol, minyak biji rami anhidrida maleik, dan derivatif minyak sayuran yang berfungsi pada struktur dan sifat kompleks kanji/PLA, masing-masing [283-285]. Ortega-Toro, Yu et al. menggunakan asid sitrik dan difenilmetana diisosianat untuk menyerasikan sebatian kanji/PCL dan sebatian kanji/PBSA, masing-masing, untuk meningkatkan sifat dan kestabilan bahan [286, 287].
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, semakin banyak penyelidikan telah dilakukan mengenai pengkompaunan kanji dengan polimer semula jadi seperti protein, polisakarida dan lipid. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen dan Zhang et al masing-masing mengkaji sifat fizikokimia kanji/zein, protein kanji/whey dan kompleks kanji/gelatin, dan hasilnya semuanya mencapai hasil yang baik, yang boleh digunakan untuk biomaterial dan kapsul makanan [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon dan Ren et al. mengkaji penghantaran cahaya, sifat mekanikal, sifat antibakteria dan kepekatan kitosan bagi filem komposit kanji/kitosan, masing-masing, dan menambah ekstrak semulajadi, polifenol teh dan agen antibakteria semula jadi yang lain untuk meningkatkan kesan antibakteria filem komposit. Hasil kajian menunjukkan filem komposit kanji/kitosan mempunyai potensi besar dalam pembungkusan aktif makanan dan ubat [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis, dan Zhang et al. mengkaji sifat kanji/selulosa nanokristal, kanji/karboksimetilselulosa, kanji/metilselulosa, dan filem komposit kanji/hidroksipropilmetilselulosa, masing-masing, dan aplikasi utama dalam bahan pembungkus yang boleh dimakan/terbiodegradasi [293-295]. Dafe, Jumaidin dan Lascombes et al. mengkaji sebatian kanji/gulasi makanan seperti kanji/pektin, kanji/agar dan kanji/karaginan, terutamanya digunakan dalam bidang makanan dan pembungkusan makanan [296-298]. Sifat fizikokimia pati ubi kayu/minyak jagung, kompleks kanji/lipid telah dikaji oleh Perez, De et al., terutamanya untuk membimbing proses pengeluaran makanan tersemperit [299, 300].
1.3.4.3 Pengkompaunan hidroksipropil metilselulosa dan kanji
Pada masa ini, tidak banyak kajian mengenai sistem kompaun HPMC dan kanji di dalam dan di luar negara, dan kebanyakannya menambah sejumlah kecil HPMC ke dalam matriks kanji untuk memperbaiki fenomena penuaan kanji. Jimenez et al. menggunakan HPMC untuk mengurangkan penuaan kanji asli untuk meningkatkan kebolehtelapan membran kanji. Keputusan menunjukkan bahawa penambahan HPMC mengurangkan penuaan kanji dan meningkatkan fleksibiliti membran komposit. Kebolehtelapan oksigen membran komposit meningkat dengan ketara, tetapi prestasi kalis air tidak. Berapa banyak yang telah berubah [301]. Villacres, Basch et al. dikompaun HPMC dan kanji ubi kayu untuk menyediakan bahan pembungkus filem komposit HPMC/kanji, dan mengkaji kesan pengplastikan gliserin pada filem komposit dan kesan kalium sorbat dan nisin pada sifat antibakteria filem komposit. Keputusan Ia menunjukkan bahawa dengan peningkatan kandungan HPMC, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit meningkat, pemanjangan pada pecah berkurangan, dan kebolehtelapan wap air mempunyai sedikit kesan; kalium sorbat dan nisin boleh menambah baik filem komposit. Kesan antibakteria dua agen antibakteria adalah lebih baik apabila digunakan bersama [112, 302]. Ortega-Toro et al. mengkaji sifat membran komposit penekan panas HPMC/kanji, dan mengkaji kesan asid sitrik ke atas sifat membran komposit. Keputusan menunjukkan bahawa HPMC telah tersebar dalam fasa berterusan kanji, dan kedua-dua asid sitrik dan HPMC mempunyai kesan ke atas penuaan kanji. kepada tahap perencatan tertentu [139]. Ayorinde et al. menggunakan filem komposit HPMC/kanji untuk salutan amlodipine oral, dan keputusan menunjukkan bahawa masa hancur dan kadar pelepasan filem komposit adalah sangat baik [303].
Zhao Ming et al. mengkaji kesan kanji pada kadar pengekalan air filem HPMC, dan keputusan menunjukkan bahawa kanji dan HPMC mempunyai kesan sinergi tertentu, yang mengakibatkan peningkatan keseluruhan dalam kadar pengekalan air [304]. Zhang et al. mengkaji sifat filem sebatian HPMC/HPS dan sifat reologi larutan. Keputusan menunjukkan bahawa sistem kompaun HPMC/HPS mempunyai keserasian tertentu, prestasi membran kompaun adalah baik, dan sifat reologi HPS kepada HPMC Mempunyai kesan pengimbangan yang baik [305, 306]. Terdapat beberapa kajian mengenai sistem kompaun HPMC/kanji dengan kandungan HPMC yang tinggi, dan kebanyakannya adalah dalam penyelidikan prestasi cetek, dan penyelidikan teori mengenai sistem kompaun agak kurang, terutamanya gel HPMC/HPS sejuk-panas terbalik. -gel komposit fasa. Kajian mekanistik masih dalam keadaan kosong.
1.4 Reologi kompleks polimer
Dalam proses pemprosesan bahan polimer, aliran dan ubah bentuk pasti akan berlaku, dan reologi ialah sains yang mengkaji undang-undang aliran dan ubah bentuk bahan [307]. Aliran adalah sifat bahan cecair, manakala ubah bentuk adalah sifat bahan pepejal (hablur). Perbandingan umum aliran cecair dan ubah bentuk pepejal adalah seperti berikut:
Dalam aplikasi industri praktikal bahan polimer, kelikatan dan kelikatannya menentukan prestasi pemprosesannya. Dalam proses pemprosesan dan pengacuan, dengan perubahan kadar ricih, kelikatan bahan polimer mungkin mempunyai magnitud yang besar beberapa pesanan magnitud. Tukar [308]. Sifat reologi seperti kelikatan dan penipisan ricih secara langsung mempengaruhi kawalan pengepaman, perfusi, serakan dan penyemburan semasa pemprosesan bahan polimer, dan merupakan sifat terpenting bahan polimer.
1.4.1 Kelikatan polimer
Di bawah daya luaran, cecair polimer bukan sahaja boleh mengalir, tetapi juga menunjukkan ubah bentuk, menunjukkan sejenis prestasi "viskoelastisitas", dan intipatinya ialah kewujudan bersama "dua fasa pepejal-cecair" [309]. Walau bagaimanapun, kelikatan ini bukan kelikatan linear pada ubah bentuk kecil, tetapi kelikatan tak linear di mana bahan mempamerkan ubah bentuk yang besar dan tegasan yang berpanjangan [310].
Larutan berair polisakarida semulajadi juga dipanggil hidrosol. Dalam larutan cair, makromolekul polisakarida adalah dalam bentuk gegelung yang dipisahkan antara satu sama lain. Apabila kepekatan meningkat kepada nilai tertentu, gegelung makromolekul saling menembusi dan bertindih antara satu sama lain. Nilai itu dipanggil kepekatan kritikal [311]. Di bawah kepekatan kritikal, kelikatan larutan agak rendah, dan ia tidak dipengaruhi oleh kadar ricih, menunjukkan kelakuan bendalir Newtonian; apabila kepekatan kritikal dicapai, makromolekul yang pada asalnya bergerak secara berasingan mula terikat antara satu sama lain, dan kelikatan larutan meningkat dengan ketara. meningkat [312]; manakala apabila kepekatan melebihi kepekatan kritikal, penipisan ricih diperhatikan dan larutan mempamerkan kelakuan bendalir bukan Newtonian [245].
Sesetengah hidrosol boleh membentuk gel dalam keadaan tertentu, dan sifat viskoelastiknya biasanya dicirikan oleh modulus penyimpanan G', modulus kehilangan G” dan pergantungan frekuensinya. Modulus storan sepadan dengan keanjalan sistem, manakala modulus kehilangan sepadan dengan kelikatan sistem [311]. Dalam larutan cair, tidak ada keterikatan antara molekul, jadi dalam julat frekuensi yang luas, G′ jauh lebih kecil daripada G″, dan menunjukkan pergantungan frekuensi yang kuat. Oleh kerana G′ dan G″ adalah berkadar dengan frekuensi ω dan kuadratiknya, masing-masing, apabila frekuensi lebih tinggi, G′ > G″. Apabila kepekatan lebih tinggi daripada kepekatan kritikal, G′ dan G″ masih mempunyai pergantungan frekuensi. Apabila frekuensi lebih rendah, G′ < G″, dan kekerapan meningkat secara beransur-ansur, kedua-duanya akan bersilang, dan berbalik kepada G′ > dalam kawasan frekuensi tinggi G”.
Titik kritikal di mana hidrosol polisakarida semulajadi berubah menjadi gel dipanggil titik gel. Terdapat banyak definisi titik gel, dan yang paling biasa digunakan ialah definisi viskoelastik dinamik dalam reologi. Apabila modulus penyimpanan G′ sistem adalah sama dengan modulus kehilangan G″, ia adalah titik gel, dan G′ > G″ pembentukan Gel [312, 313].
Sesetengah molekul polisakarida semulajadi membentuk persatuan yang lemah, dan struktur gelnya mudah dimusnahkan, dan G' lebih besar sedikit daripada G", menunjukkan pergantungan frekuensi yang lebih rendah; manakala beberapa molekul polisakarida semula jadi boleh membentuk kawasan penghubung silang yang stabil, yang Struktur gel lebih kuat, G′ jauh lebih besar daripada G″, dan tidak mempunyai pergantungan frekuensi [311].
1.4.2 Tingkah laku reologi kompleks polimer
Untuk sistem sebatian polimer yang serasi sepenuhnya, sebatian itu adalah sistem homogen, dan kelikatannya secara amnya ialah jumlah sifat-sifat polimer tunggal, dan kelikatannya boleh diterangkan dengan peraturan empirikal yang mudah [314]. Amalan telah membuktikan bahawa sistem homogen tidak kondusif untuk peningkatan sifat mekanikalnya. Sebaliknya, beberapa sistem kompleks dengan struktur yang dipisahkan fasa mempunyai prestasi yang sangat baik [315].
Keserasian sistem kompaun separa serasi akan dipengaruhi oleh faktor seperti nisbah kompaun sistem, kadar ricih, suhu dan struktur komponen, menunjukkan keserasian atau pemisahan fasa, dan peralihan daripada keserasian kepada pemisahan fasa tidak dapat dielakkan. membawa kepada perubahan ketara dalam viskoelastik sistem [316, 317]. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, terdapat banyak kajian mengenai kelakuan viskoelastik sistem kompleks polimer separa serasi. Penyelidikan menunjukkan bahawa tingkah laku reologi sistem kompaun dalam zon keserasian membentangkan ciri-ciri sistem homogen. Dalam zon pemisahan fasa, tingkah laku reologi adalah berbeza sama sekali daripada zon homogen dan sangat kompleks.
Memahami sifat reologi sistem pengkompaunan di bawah kepekatan yang berbeza, nisbah pengkompaunan, kadar ricih, suhu, dll. adalah sangat penting untuk pemilihan teknologi pemprosesan yang betul, reka bentuk formula yang rasional, kawalan ketat terhadap kualiti produk, dan pengurangan pengeluaran yang sesuai penggunaan tenaga. [309]. Sebagai contoh, untuk bahan sensitif suhu, kelikatan bahan boleh diubah dengan melaraskan suhu. Dan meningkatkan prestasi pemprosesan; memahami zon penipisan ricih bahan, pilih kadar ricih yang sesuai untuk mengawal prestasi pemprosesan bahan, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran.
1.4.3 Faktor yang mempengaruhi sifat reologi sebatian
1.4.3.1 Komposisi
Sifat fizikal dan kimia serta struktur dalaman sistem kompaun adalah gambaran menyeluruh tentang gabungan sumbangan sifat setiap komponen dan interaksi antara komponen. Oleh itu, sifat fizikal dan kimia setiap komponen itu sendiri mempunyai peranan yang menentukan dalam sistem kompaun. Tahap keserasian antara polimer yang berbeza berbeza-beza, ada yang sangat serasi, dan ada yang hampir tidak serasi sepenuhnya.
1.4.3.2 Nisbah sistem kompaun
Kelikatan dan sifat mekanikal sistem sebatian polimer akan berubah dengan ketara dengan perubahan nisbah sebatian. Ini kerana nisbah kompaun menentukan sumbangan setiap komponen kepada sistem kompaun, dan juga mempengaruhi setiap komponen. interaksi dan pengagihan fasa. Xie Yajie et al. mengkaji kitosan/hidroksipropil selulosa dan mendapati bahawa kelikatan sebatian meningkat dengan ketara dengan peningkatan kandungan hidroksipropil selulosa [318]. Zhang Yayuan et al. mengkaji kompleks gusi xanthan dan kanji jagung dan mendapati bahawa apabila nisbah gusi xanthan ialah 10%, pekali ketekalan, tegasan hasil dan indeks bendalir sistem kompleks meningkat dengan ketara. Jelas sekali [319].
1.4.3.3 Kadar ricih
Kebanyakan cecair polimer adalah cecair pseudoplastik, yang tidak mematuhi hukum aliran Newton. Ciri utama ialah kelikatan pada asasnya tidak berubah di bawah ricih rendah, dan kelikatan berkurangan secara mendadak dengan peningkatan kadar ricih [308, 320]. Lengkung aliran cecair polimer boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kawasan: rantau Newtonian ricih rendah, kawasan penipisan ricih dan kawasan kestabilan ricih tinggi. Apabila kadar ricih cenderung kepada sifar, tegasan dan terikan menjadi linear, dan kelakuan aliran cecair adalah serupa dengan cecair Newtonian. Pada masa ini, kelikatan cenderung kepada nilai tertentu, yang dipanggil kelikatan ricih sifar η0. η0 mencerminkan masa kelonggaran maksimum bahan dan merupakan parameter penting bahan polimer, yang berkaitan dengan purata berat molekul polimer dan tenaga pengaktifan aliran likat. Dalam zon penipisan ricih, kelikatan secara beransur-ansur berkurangan dengan peningkatan kadar ricih, dan fenomena "penipisan ricih" berlaku. Zon ini adalah zon aliran tipikal dalam pemprosesan bahan polimer. Dalam kawasan kestabilan ricih yang tinggi, apabila kadar ricih terus meningkat, kelikatan cenderung kepada pemalar lain, kelikatan ricih tak terhingga η∞, tetapi rantau ini biasanya sukar dicapai.
1.4.3.4 Suhu
Suhu secara langsung memberi kesan kepada keamatan gerakan terma rawak molekul, yang boleh menjejaskan interaksi antara molekul dengan ketara seperti resapan, orientasi rantai molekul, dan kekusutan. Secara umum, semasa aliran bahan polimer, pergerakan rantai molekul dijalankan dalam segmen; apabila suhu meningkat, isipadu bebas meningkat, dan rintangan aliran segmen berkurangan, jadi kelikatan berkurangan. Walau bagaimanapun, bagi sesetengah polimer, apabila suhu meningkat, perkaitan hidrofobik berlaku di antara rantai, jadi kelikatan meningkat sebaliknya.
Pelbagai polimer mempunyai darjah kepekaan yang berbeza terhadap suhu, dan polimer tinggi yang sama mempunyai kesan yang berbeza terhadap prestasi mekanismenya dalam julat suhu yang berbeza.
1.5 Kepentingan penyelidikan, tujuan penyelidikan dan kandungan penyelidikan topik ini
1.5.1 Kepentingan penyelidikan
Walaupun HPMC adalah bahan yang selamat dan boleh dimakan yang digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan, ia mempunyai ciri-ciri pembentukan filem, penyebaran, penebalan dan penstabilan yang baik. Filem HPMC juga mempunyai ketelusan yang baik, sifat penghalang minyak, dan sifat mekanikal. Walau bagaimanapun, harganya yang tinggi (kira-kira 100,000/tan) mengehadkan penggunaannya yang meluas, walaupun dalam aplikasi farmaseutikal yang bernilai lebih tinggi seperti kapsul. Selain itu, HPMC ialah gel teraruh terma, yang wujud dalam keadaan larutan dengan kelikatan rendah pada suhu rendah, dan boleh membentuk gel seperti pepejal likat pada suhu tinggi, jadi proses pemprosesan seperti salutan, penyemburan dan pencelupan mesti dibawa. keluar pada suhu tinggi, mengakibatkan penggunaan tenaga pengeluaran yang tinggi dan kos pengeluaran yang tinggi. Sifat seperti kelikatan yang lebih rendah dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah mengurangkan kebolehprosesan HPMC dalam banyak aplikasi.
Sebaliknya, HPS adalah bahan yang boleh dimakan murah (kira-kira 20,000/tan) yang juga digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan. Sebab mengapa HPMC begitu mahal ialah bahan mentah selulosa yang digunakan untuk menyediakan HPMC lebih mahal daripada bahan mentah kanji yang digunakan untuk menyediakan HPS. Selain itu, HPMC dicantumkan dengan dua substituen, hidroksipropil dan metoksi. Akibatnya, proses penyediaan adalah sangat rumit, jadi harga HPMC jauh lebih tinggi daripada HPS. Projek ini berharap dapat menggantikan beberapa HPMC mahal dengan HPS berharga rendah, dan mengurangkan harga produk atas dasar mengekalkan fungsi yang serupa.
Selain itu, HPS ialah gel sejuk, yang wujud dalam keadaan gel viskoelastik pada suhu rendah dan membentuk larutan yang mengalir pada suhu tinggi. Oleh itu, menambah HPS kepada HPMC boleh mengurangkan suhu gel HPMC dan meningkatkan kelikatannya pada suhu rendah. dan kekuatan gel, meningkatkan kebolehprosesannya pada suhu rendah. Selain itu, filem boleh dimakan HPS mempunyai sifat penghalang oksigen yang baik, jadi penambahan HPS ke dalam HPMC boleh meningkatkan sifat penghalang oksigen filem boleh dimakan.
Secara ringkasnya, gabungan HPMC dan HPS: Pertama, ia mempunyai kepentingan teori yang penting. HPMC ialah gel panas, dan HPS ialah gel sejuk. Dengan menggabungkan kedua-duanya, secara teorinya terdapat titik peralihan antara gel panas dan sejuk. Penubuhan sistem kompaun gel sejuk dan panas HPMC/HPS dan penyelidikan mekanismenya boleh menyediakan cara baharu untuk penyelidikan sistem kompaun gel fasa terbalik sejuk dan panas ini, panduan teori yang ditubuhkan. Kedua, ia dapat mengurangkan kos pengeluaran dan meningkatkan keuntungan produk. Melalui gabungan HPS dan HPMC, kos pengeluaran dapat dikurangkan dari segi bahan mentah dan penggunaan tenaga pengeluaran, dan keuntungan produk dapat ditingkatkan dengan banyaknya. Ketiga, ia boleh meningkatkan prestasi pemprosesan dan mengembangkan aplikasi. Penambahan HPS boleh meningkatkan kepekatan dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah, dan meningkatkan prestasi pemprosesannya pada suhu rendah. Selain itu, prestasi produk boleh dipertingkatkan. Dengan menambahkan HPS untuk menyediakan filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS, sifat penghalang oksigen bagi filem boleh dimakan boleh dipertingkatkan.
Keserasian sistem sebatian polimer secara langsung boleh menentukan morfologi mikroskopik dan sifat komprehensif sebatian, terutamanya sifat mekanikal. Oleh itu, adalah sangat penting untuk mengkaji keserasian sistem kompaun HPMC/HPS. Kedua-dua HPMC dan HPS adalah polisakarida hidrofilik dengan unit-glukosa struktur yang sama dan diubah suai oleh hidroksipropil kumpulan berfungsi yang sama, yang meningkatkan keserasian sistem kompaun HPMC/HPS. Walau bagaimanapun, HPMC ialah gel sejuk dan HPS ialah gel panas, dan tingkah laku gel songsang kedua-duanya membawa kepada fenomena pemisahan fasa sistem kompaun HPMC/HPS. Ringkasnya, morfologi fasa dan peralihan fasa sistem komposit gel sejuk-panas HPMC/HPS adalah agak kompleks, jadi keserasian dan pemisahan fasa sistem ini akan menjadi sangat menarik.
Struktur morfologi dan tingkah laku reologi sistem kompleks polimer saling berkaitan. Di satu pihak, tingkah laku reologi semasa pemprosesan akan memberi kesan yang besar terhadap struktur morfologi sistem; sebaliknya, tingkah laku reologi sistem dapat mencerminkan dengan tepat perubahan dalam struktur morfologi sistem. Oleh itu, adalah amat penting untuk mengkaji sifat reologi sistem kompaun HPMC/HPS untuk membimbing pengeluaran, pemprosesan dan kawalan kualiti.
Sifat makroskopik seperti struktur morfologi, keserasian dan reologi sistem sebatian gel sejuk dan panas HPMC/HPS adalah dinamik, dan dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti kepekatan larutan, nisbah sebatian, kadar ricih dan suhu. Hubungan antara struktur morfologi mikroskopik dan sifat makroskopik sistem komposit boleh dikawal dengan mengawal struktur morfologi dan keserasian sistem komposit.
1.5.2 Tujuan penyelidikan
Sistem sebatian gel fasa terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS telah dibina, sifat reologinya telah dikaji, dan kesan struktur fizikal dan kimia komponen, nisbah sebatian dan keadaan pemprosesan ke atas sifat reologi sistem telah diterokai. Filem komposit HPMC/HPS yang boleh dimakan telah disediakan, dan sifat makroskopik seperti sifat mekanikal, kebolehtelapan udara dan sifat optik filem telah dikaji, dan faktor dan undang-undang yang mempengaruhi telah diterokai. Kaji secara sistematik peralihan fasa, keserasian dan pemisahan fasa sistem kompleks gel fasa terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS, terokai faktor dan mekanisme yang mempengaruhinya, dan wujudkan hubungan antara struktur morfologi mikroskopik dan sifat makroskopik. Struktur morfologi dan keserasian sistem komposit digunakan untuk mengawal sifat bahan komposit.
1.5.3 Kandungan penyelidikan
Bagi mencapai tujuan kajian yang diharapkan, makalah ini akan melakukan kajian berikut:
(1) Bina sistem sebatian gel fasa terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS, dan gunakan rheometer untuk mengkaji sifat reologi larutan sebatian, terutamanya kesan kepekatan, nisbah sebatian dan kadar ricih ke atas kelikatan dan indeks aliran sistem kompaun. Pengaruh dan undang-undang sifat reologi seperti thixotropy dan thixotropy telah disiasat, dan mekanisme pembentukan gel komposit sejuk dan panas telah diterokai secara awal.
(2) Filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS telah disediakan, dan mikroskop elektron pengimbasan digunakan untuk mengkaji pengaruh sifat sedia ada setiap komponen dan nisbah komposisi pada morfologi mikroskopik filem komposit; penguji sifat mekanikal digunakan untuk mengkaji sifat sedia ada setiap komponen, komposisi filem komposit Pengaruh nisbah dan kelembapan relatif persekitaran terhadap sifat mekanikal filem komposit; penggunaan penguji kadar penghantaran oksigen dan spektrofotometer UV-Vis untuk mengkaji kesan sifat sedia ada komponen dan nisbah kompaun ke atas sifat penghantaran oksigen dan cahaya filem komposit Keserasian dan pemisahan fasa HPMC/HPS sejuk- sistem komposit gel songsang panas dikaji dengan mengimbas mikroskop elektron, analisis termogravimetri dan analisis termomekanikal dinamik.
(3) Hubungan antara morfologi mikroskopik dan sifat mekanikal sistem komposit gel songsang sejuk-panas HPMC/HPS telah diwujudkan. Filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS telah disediakan, dan pengaruh kepekatan kompaun dan nisbah kompaun pada taburan fasa dan peralihan fasa sampel dikaji dengan mikroskop optik dan kaedah pewarnaan iodin; Peraturan pengaruh kepekatan kompaun dan nisbah kompaun ke atas sifat mekanikal dan sifat penghantaran cahaya sampel telah diwujudkan. Hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanikal sistem komposit gel songsang sejuk-panas HPMC/HPS telah disiasat.
(4) Kesan tahap penggantian HPS pada sifat reologi dan sifat gel sistem komposit gel fasa terbalik sejuk-panas HPMC/HPS. Kesan tahap penggantian HPS, kadar ricih dan suhu ke atas kelikatan dan sifat reologi lain sistem kompaun, serta titik peralihan gel, pergantungan frekuensi modulus dan sifat gel lain serta hukumnya dikaji dengan menggunakan rheometer. Taburan fasa yang bergantung kepada suhu dan peralihan fasa sampel telah dikaji dengan pewarnaan iodin, dan mekanisme penggelapan sistem kompleks gel fasa terbalik sejuk-panas HPMC/HPS telah diterangkan.
(5) Kesan pengubahsuaian struktur kimia HPS pada sifat makroskopik dan keserasian sistem komposit gel fasa terbalik sejuk-panas HPMC/HPS. Filem komposit HPMC/HPS yang boleh dimakan telah disediakan, dan kesan darjah penggantian hidroksipropil HPS pada struktur kristal dan struktur domain mikro filem komposit telah dikaji oleh teknologi penyerakan sinar-X sudut kecil sinaran synchrotron. Undang-undang pengaruh darjah penggantian hidroksipropil HPS pada sifat mekanikal membran komposit dikaji oleh penguji sifat mekanikal; undang-undang pengaruh darjah penggantian HPS pada kebolehtelapan oksigen membran komposit dikaji oleh penguji kebolehtelapan oksigen; Pengaruh hidroksipropil HPS darjah penggantian kumpulan terhadap kestabilan terma filem komposit HPMC/HPS.
Bab 2 Kajian reologi sistem kompaun HPMC/HPS
Filem boleh dimakan berasaskan polimer semulajadi boleh disediakan dengan kaedah basah yang agak mudah [321]. Pertama, polimer dibubarkan atau tersebar dalam fasa cecair untuk menyediakan cecair pembentuk filem yang boleh dimakan atau penggantungan pembentuk filem, dan kemudian dipekatkan dengan mengeluarkan pelarut. Di sini, operasi biasanya dilakukan dengan pengeringan pada suhu yang lebih tinggi sedikit. Proses ini biasanya digunakan untuk menghasilkan filem yang boleh dimakan yang telah dibungkus sebelumnya, atau untuk menyalut produk secara langsung dengan larutan pembentuk filem dengan mencelup, memberus atau menyembur. Reka bentuk pemprosesan filem yang boleh dimakan memerlukan pemerolehan data reologi yang tepat bagi cecair pembentuk filem, yang sangat penting untuk kawalan kualiti produk bagi filem dan salutan pembungkus yang boleh dimakan [322].
HPMC ialah pelekat haba, yang membentuk gel pada suhu tinggi dan berada dalam keadaan larutan pada suhu rendah. Sifat gel terma ini menjadikan kelikatannya pada suhu rendah sangat rendah, yang tidak kondusif untuk proses pengeluaran tertentu seperti mencelup, memberus dan mencelup. operasi, mengakibatkan kebolehprosesan yang lemah pada suhu rendah. Sebaliknya, HPS ialah gel sejuk, keadaan gel likat pada suhu rendah dan suhu tinggi. Keadaan penyelesaian kelikatan rendah. Oleh itu, melalui gabungan kedua-duanya, sifat reologi HPMC seperti kelikatan pada suhu rendah dapat diseimbangkan pada tahap tertentu.
Bab ini memberi tumpuan kepada kesan kepekatan larutan, nisbah sebatian dan suhu ke atas sifat reologi seperti kelikatan ricih sifar, indeks aliran dan thixotropy sistem sebatian gel songsang sejuk-panas HPMC/HPS. Peraturan penambahan digunakan untuk membincangkan terlebih dahulu keserasian sistem kompaun.
2.2 Kaedah eksperimen
2.2.1 Penyediaan larutan kompaun HPMC/HPS
Mula-mula timbang serbuk kering HPMC dan HPS, dan campurkan mengikut kepekatan 15% (b/b) dan nisbah berbeza 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10; kemudian tambah 70 °C Dalam air C, kacau dengan cepat selama 30 minit pada 120 rpm/min untuk memencarkan HPMC sepenuhnya; kemudian panaskan larutan hingga melebihi 95 °C, kacau dengan cepat selama 1 jam pada kelajuan yang sama untuk menggelatkan HPS sepenuhnya; gelatinisasi selesai Selepas itu, suhu larutan dikurangkan dengan pantas kepada 70 °C, dan HPMC dibubarkan sepenuhnya dengan mengacau pada kelajuan perlahan 80 rpm/min selama 40 minit. (Semua w/w dalam artikel ini ialah: jisim asas kering sampel/jumlah jisim larutan).
2.2.2 Sifat reologi sistem kompaun HPMC/HPS
2.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Rheometer putaran dilengkapi dengan sepasang pengapit selari atas dan bawah, dan aliran ricih mudah boleh direalisasikan melalui gerakan relatif antara pengapit. Rheometer boleh diuji dalam mod langkah, mod aliran dan mod ayunan: dalam mod langkah, rheometer boleh menggunakan tegasan sementara pada sampel, yang digunakan terutamanya untuk menguji tindak balas ciri sementara dan masa keadaan mantap sampel. Penilaian dan tindak balas viskoelastik seperti kelonggaran tekanan, rayapan dan pemulihan; dalam mod aliran, rheometer boleh menggunakan tegasan linear pada sampel, yang digunakan terutamanya untuk menguji pergantungan kelikatan sampel pada kadar ricih dan pergantungan kelikatan pada suhu dan thixotropy; dalam mod ayunan, rheometer boleh menjana tegasan ayunan berselang-seli sinusoidal, yang digunakan terutamanya untuk penentuan rantau viskoelastik linear, penilaian kestabilan terma dan suhu gelilasi sampel.
2.2.2.2 Kaedah ujian mod aliran
Lekapan plat selari dengan diameter 40 mm digunakan, dan jarak plat ditetapkan kepada 0.5 mm.
1. Kelikatan berubah mengikut masa. Suhu ujian ialah 25 °C, kadar ricih ialah 800 s-1, dan masa ujian ialah 2500 s.
2. Kelikatan berbeza mengikut kadar ricih. Suhu ujian 25 °C, kadar pra-ricih 800 s-1, masa pra-ricih 1000 s; kadar ricih 10²-10³s.
Tegasan ricih (τ ) dan kadar ricih (γ) mengikut undang-undang kuasa Ostwald-de Waele:
̇τ=K.γ n (2-1)
di mana τ ialah tegasan ricih, Pa;
γ ialah kadar ricih, s-1;
n ialah indeks kecairan;
K ialah pekali kelikatan, Pa·sn.
Hubungan antara kelikatan (ŋ) larutan polimer dan kadar ricih (γ) boleh dipasang oleh modulus carren:
Antaranya,ŋ0kelikatan ricih, Pa s;
ŋ∞ialah kelikatan ricih tak terhingga, Pa s;
λ ialah masa berehat, s;
n ialah indeks penipisan ricih；
3. Kaedah ujian thixotropy tiga peringkat. Suhu ujian ialah 25 °C, a. Peringkat pegun, kadar ricih ialah 1 s-1, dan masa ujian ialah 50 s; b. Peringkat ricih, kadar ricih ialah 1000 s-1, dan masa ujian ialah 20 s; c. Proses pemulihan struktur, kadar ricih ialah 1 s-1, dan masa ujian ialah 250 s.
Dalam proses pemulihan struktur, tahap pemulihan struktur selepas masa pemulihan yang berbeza dinyatakan oleh kadar kelikatan pemulihan:
DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%
Antaranya,ŋt ialah kelikatan pada masa pemulihan struktur ts, Pa s;
hŋialah kelikatan pada penghujung peringkat pertama, Pa s.
2.3 Keputusan dan Perbincangan
2.3.1 Kesan masa ricih ke atas sifat reologi sistem sebatian
Pada kadar ricih malar, kelikatan ketara mungkin menunjukkan arah aliran yang berbeza dengan peningkatan masa ricih. Rajah 2-1 menunjukkan lengkung tipikal kelikatan berbanding masa dalam sistem kompaun HPMC/HPS. Ia boleh dilihat dari rajah bahawa dengan lanjutan masa ricih, kelikatan ketara berkurangan secara berterusan. Apabila masa ricih mencapai kira-kira 500 s, kelikatan mencapai keadaan stabil, yang menunjukkan bahawa kelikatan sistem kompaun di bawah ricih berkelajuan tinggi mempunyai nilai tertentu. Kebergantungan masa, iaitu, thixotropy dipamerkan dalam julat masa tertentu.
Oleh itu, apabila mengkaji undang-undang variasi kelikatan sistem kompaun dengan kadar ricih, sebelum ujian ricih keadaan mantap sebenar, tempoh pra-ricih berkelajuan tinggi tertentu diperlukan untuk menghapuskan pengaruh thixotropy pada sistem kompaun . Oleh itu, undang-undang variasi kelikatan dengan kadar ricih sebagai faktor tunggal diperolehi. Dalam eksperimen ini, kelikatan semua sampel mencapai keadaan mantap sebelum 1000 s pada kadar ricih tinggi 800 1/s dengan masa, yang tidak diplotkan di sini. Oleh itu, dalam reka bentuk eksperimen masa hadapan, pra-ricih selama 1000 s pada kadar ricih tinggi 800 1/s telah diterima pakai untuk menghapuskan kesan thixotropy semua sampel.
2.3.2 Kesan kepekatan ke atas sifat reologi sistem sebatian
Secara amnya, kelikatan larutan polimer meningkat dengan peningkatan kepekatan larutan. Rajah 2-2 menunjukkan kesan kepekatan ke atas pergantungan kadar ricih bagi kelikatan formulasi HPMC/HPS. Daripada rajah, kita dapat melihat bahawa pada kadar ricih yang sama, kelikatan sistem kompaun meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan kepekatan larutan. Kelikatan larutan kompaun HPMC/HPS dengan kepekatan berbeza menurun secara beransur-ansur dengan peningkatan kadar ricih, menunjukkan fenomena penipisan ricih yang jelas, yang menunjukkan bahawa larutan kompaun dengan kepekatan yang berbeza tergolong dalam cecair pseudoplastik. Walau bagaimanapun, pergantungan kadar ricih kelikatan menunjukkan arah aliran yang berbeza dengan perubahan kepekatan larutan. Apabila kepekatan larutan rendah, fenomena penipisan ricih penyelesaian komposit adalah kecil; dengan peningkatan kepekatan larutan, fenomena penipisan ricih larutan komposit lebih jelas.
2.3.2.1 Kesan kepekatan ke atas kelikatan ricih sifar sistem kompaun
Lengkung kadar ricih kelikatan sistem kompaun pada kepekatan berbeza telah dipasang oleh model Carren, dan kelikatan ricih sifar larutan kompaun diekstrapolasi (0.9960 < R₂< 0.9997). Kesan kepekatan ke atas kelikatan larutan sebatian boleh dikaji dengan lebih lanjut dengan mengkaji hubungan antara kelikatan ricih sifar dan kepekatan. Daripada Rajah 2-3, dapat dilihat bahawa hubungan antara kelikatan ricih sifar dan kepekatan larutan sebatian mengikut undang-undang kuasa:
di mana k dan m ialah pemalar.
Dalam koordinat logaritma berganda, bergantung kepada magnitud cerun m, dapat dilihat bahawa pergantungan pada kepekatan membentangkan dua arah aliran yang berbeza. Menurut teori Dio-Edwards, pada kepekatan rendah, cerun lebih tinggi (m = 11.9, R2 = 0.9942), yang tergolong dalam larutan cair; manakala pada kepekatan tinggi, cerunnya agak rendah (m = 2.8, R2 = 0.9822), yang tergolong dalam larutan sub- Pekat. Oleh itu, kepekatan kritikal C* sistem kompaun boleh ditentukan menjadi 8% melalui persimpangan kedua-dua wilayah ini. Mengikut hubungan sepunya antara keadaan berbeza dan kepekatan polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem kompaun HPMC/HPS dalam larutan suhu rendah dicadangkan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2-3.
HPS ialah gel sejuk, ia adalah keadaan gel pada suhu rendah, dan ia adalah keadaan larutan pada suhu tinggi. Pada suhu ujian (25 °C), HPS ialah keadaan gel, seperti yang ditunjukkan dalam kawasan rangkaian biru dalam rajah; sebaliknya, HPMC ialah gel panas, Pada suhu ujian, ia berada dalam keadaan larutan, seperti yang ditunjukkan dalam molekul garis merah.
Dalam larutan cair C <C*, rantai molekul HPMC terutamanya wujud sebagai struktur rantai bebas, dan isipadu yang dikecualikan menjadikan rantai terpisah antara satu sama lain; lebih-lebih lagi, fasa gel HPS berinteraksi dengan beberapa molekul HPMC untuk membentuk keseluruhan. Bentuk dan rantai molekul bebas HPMC wujud secara berasingan antara satu sama lain, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-2a.
Dengan peningkatan kepekatan, jarak antara rantai molekul bebas dan kawasan fasa secara beransur-ansur berkurangan. Apabila kepekatan kritikal C* dicapai, molekul HPMC yang berinteraksi dengan fasa gel HPS secara beransur-ansur meningkat, dan rantai molekul HPMC bebas mula bersambung antara satu sama lain, membentuk fasa HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC saling berkait. dan berhubung antara satu sama lain. Keadaan mikrogel ditunjukkan dalam Rajah 2-2b.
Dengan peningkatan kepekatan selanjutnya, C > C*, jarak antara fasa gel HPS dikurangkan lagi, dan rantai polimer HPMC yang tersangkut dan kawasan fasa HPS menjadi lebih kompleks dan interaksi lebih sengit, jadi penyelesaian menunjukkan tingkah laku. serupa dengan polimer cair, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-2c.
2.3.2.2 Kesan kepekatan ke atas kelakuan bendalir sistem kompaun
Undang-undang kuasa Ostwald-de Waele (lihat formula (2-1)) digunakan untuk menyesuaikan tegasan ricih dan lengkung kadar ricih (tidak ditunjukkan dalam teks) sistem kompaun dengan kepekatan yang berbeza, dan indeks aliran n dan pekali kelikatan K boleh diperolehi. , keputusan pemasangan adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2-1.
Jadual 2-1 Indeks kelakuan aliran (n) dan indeks ketekalan bendalir (K) larutan HPS/HPMC dengan pelbagai kepekatan pada 25 °C
Eksponen aliran bendalir Newton ialah n = 1, eksponen aliran bendalir pseudoplastik ialah n < 1, dan semakin jauh n menyimpang dari 1, semakin kuat pseudoplastik cecair, dan eksponen aliran bendalir dilatan ialah n > 1. Ia boleh dilihat daripada Jadual 2-1 bahawa nilai n bagi larutan sebatian dengan kepekatan yang berbeza semuanya kurang daripada 1, menunjukkan bahawa larutan sebatian adalah semua cecair pseudoplastik. Pada kepekatan rendah, nilai n larutan tersusun semula adalah hampir kepada 0, yang menunjukkan bahawa larutan sebatian berkepekatan rendah adalah hampir dengan cecair Newtonian, kerana dalam larutan sebatian kepekatan rendah, rantai polimer wujud secara bebas antara satu sama lain. Dengan peningkatan kepekatan larutan, nilai n sistem kompaun secara beransur-ansur menurun, yang menunjukkan bahawa peningkatan kepekatan meningkatkan kelakuan pseudoplastik larutan kompaun. Interaksi seperti jalinan berlaku antara dan dengan fasa HPS, dan kelakuan alirannya lebih hampir dengan leburan polimer.
Pada kepekatan rendah, pekali kelikatan K sistem kompaun adalah kecil (C < 8%, K < 1 Pa·sn), dan dengan peningkatan kepekatan, nilai K sistem kompaun meningkat secara beransur-ansur, menunjukkan bahawa kelikatan sistem kompaun menurun, yang konsisten dengan pergantungan kepekatan kelikatan ricih sifar.
2.3.3 Pengaruh nisbah sebatian terhadap sifat reologi sistem sebatian
Rajah 2-4 Kelikatan vs. kadar ricih larutan HPMC/HPS dengan nisbah adunan berbeza pada 25 °C
Jadual 2-2 Indeks kelakuan aliran (n) dan indeks ketekalan bendalir (K) larutan HPS/HPMC dengan pelbagai nisbah adunan pada 25 °
Rajah 2-4 menunjukkan kesan nisbah pengkompaunan ke atas pergantungan kadar ricih kelikatan larutan pengkompaunan HPMC/HPS. Dapat dilihat dari rajah bahawa kelikatan sistem kompaun dengan kandungan HPS rendah (HPS < 20%) tidak berubah dengan ketara dengan peningkatan kadar ricih, terutamanya kerana dalam sistem kompaun dengan kandungan HPS rendah, HPMC dalam keadaan larutan. pada suhu rendah ialah fasa berterusan; kelikatan sistem kompaun dengan kandungan HPS yang tinggi secara beransur-ansur berkurangan dengan peningkatan kadar ricih, menunjukkan fenomena penipisan ricih yang jelas, yang menunjukkan bahawa larutan kompaun adalah cecair pseudoplastik. Pada kadar ricih yang sama, kelikatan larutan kompaun meningkat dengan peningkatan kandungan HPS, terutamanya kerana HPS berada dalam keadaan gel yang lebih likat pada suhu rendah.
Menggunakan undang-undang kuasa Ostwald-de Waele (lihat formula (2-1)) untuk menyesuaikan keluk kadar tegasan-ricih ricih (tidak ditunjukkan dalam teks) sistem kompaun dengan nisbah kompaun yang berbeza, eksponen aliran n dan pekali kelikatan K, keputusan pemasangan ditunjukkan dalam Jadual 2-2. Dapat dilihat dari jadual bahawa 0.9869 < R2 < 0.9999, hasil pemasangan adalah lebih baik. Indeks aliran n sistem kompaun menurun secara beransur-ansur dengan peningkatan kandungan HPS, manakala pekali kelikatan K menunjukkan trend yang meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan kandungan HPS, menunjukkan bahawa penambahan HPS menjadikan larutan kompaun lebih likat dan sukar untuk mengalir. . Trend ini selaras dengan keputusan penyelidikan Zhang, tetapi untuk nisbah pengkompaunan yang sama, nilai n penyelesaian terkompaun adalah lebih tinggi daripada keputusan Zhang [305], yang terutamanya kerana pra-ricih dilakukan dalam eksperimen ini untuk menghapuskan kesan thixotropy. dihapuskan; hasil Zhang adalah hasil gabungan tindakan thixotropy dan kadar ricih; pemisahan kedua-dua kaedah ini akan dibincangkan secara terperinci dalam Bab 5.
2.3.3.1 Pengaruh nisbah sebatian ke atas kelikatan ricih sifar sistem sebatian
Hubungan antara sifat reologi sistem sebatian polimer homogen dan sifat reologi komponen dalam sistem mematuhi peraturan penjumlahan logaritma. Untuk sistem sebatian dua komponen, hubungan antara sistem sebatian dan setiap komponen boleh dinyatakan dengan persamaan berikut:
Antaranya, F ialah parameter sifat reologi sistem kompleks;
F1, F2 ialah parameter reologi komponen 1 dan komponen 2, masing-masing;
∅1 dan ∅2 ialah pecahan jisim komponen 1 dan komponen 2, masing-masing, dan ∅1 ∅2 .
Oleh itu, kelikatan sifar ricih sistem sebatian selepas sebatian dengan nisbah sebatian yang berbeza boleh dikira mengikut prinsip penjumlahan logaritma untuk mengira nilai ramalan yang sepadan. Nilai eksperimen bagi larutan sebatian dengan nisbah sebatian yang berbeza masih diekstrapolasi dengan pemasangan carren bagi lengkung kadar ricih kelikatan. Nilai ramalan bagi kelikatan ricih sifar sistem kompaun HPMC/HPS dengan nisbah kompaun yang berbeza dibandingkan dengan nilai eksperimen, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2-5.
Bahagian garis putus-putus dalam rajah ialah nilai ramalan kelikatan ricih sifar larutan kompaun yang diperolehi oleh peraturan jumlah logaritma, dan graf garis putus-putus ialah nilai eksperimen sistem kompaun dengan nisbah pengkompaunan yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa nilai eksperimen larutan kompaun mempamerkan sisihan positif-negatif tertentu berbanding dengan peraturan pengkompaunan, menunjukkan bahawa sistem kompaun tidak dapat mencapai keserasian termodinamik, dan sistem kompaun ialah penyebaran fasa berterusan pada suhu rendah Struktur "pulau laut" sistem dua fasa; dan dengan pengurangan berterusan nisbah pengkompaunan HPMC/HPS, fasa berterusan sistem pengkompaunan berubah selepas nisbah pengkompaunan ialah 4:6. Bab ini membincangkan penyelidikan secara terperinci.
Dapat dilihat dengan jelas daripada rajah bahawa apabila nisbah kompaun HPMC/HPS adalah besar, sistem kompaun mempunyai sisihan negatif, yang mungkin disebabkan oleh kelikatan HPS yang tinggi diedarkan dalam keadaan fasa tersebar di tengah fasa berterusan HPMC kelikatan bawah. . Dengan peningkatan kandungan HPS, terdapat sisihan positif dalam sistem kompaun, menunjukkan bahawa peralihan fasa berterusan berlaku dalam sistem kompaun pada masa ini. HPS dengan kelikatan tinggi menjadi fasa berterusan sistem kompaun, manakala HPMC tersebar dalam fasa berterusan HPS dalam keadaan yang lebih seragam.
2.3.3.2 Pengaruh nisbah sebatian terhadap kelakuan bendalir sistem sebatian
Rajah 2-6 menunjukkan indeks aliran n sistem terkompaun sebagai fungsi kandungan HPS. Oleh kerana indeks aliran n dipasang daripada koordinat log-logaritma, n di sini ialah jumlah linear. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa dengan peningkatan kandungan HPS, indeks alir n sistem kompaun secara beransur-ansur berkurangan, menunjukkan bahawa HPS mengurangkan sifat bendalir Newton bagi larutan kompaun dan memperbaiki kelakuan bendalir pseudoplastiknya. Bahagian bawah adalah keadaan gel dengan kelikatan yang lebih tinggi. Dari rajah juga dapat dilihat bahawa hubungan indeks aliran sistem kompaun dan kandungan HPS menepati hubungan linear (R2 ialah 0.98062), ini menunjukkan bahawa sistem kompaun mempunyai keserasian yang baik.
2.3.3.3 Pengaruh nisbah sebatian ke atas pekali kelikatan sistem sebatian
Rajah 2-7 menunjukkan pekali kelikatan K larutan terkompaun sebagai fungsi kandungan HPS. Dapat dilihat dari rajah bahawa nilai K HPMC tulen adalah sangat kecil, manakala nilai K HPS tulen adalah yang terbesar, yang berkaitan dengan sifat gel HPMC dan HPS, yang masing-masing berada dalam keadaan larutan dan gel pada suhu rendah. Apabila kandungan komponen kelikatan rendah adalah tinggi, iaitu, apabila kandungan HPS rendah, pekali kelikatan larutan kompaun adalah hampir dengan komponen kelikatan rendah HPMC; manakala apabila kandungan komponen berkelikatan tinggi adalah tinggi, nilai K larutan kompaun meningkat dengan peningkatan kandungan HPS meningkat dengan ketara, yang menunjukkan bahawa HPS meningkatkan kelikatan HPMC pada suhu rendah. Ini terutamanya mencerminkan sumbangan kelikatan fasa berterusan kepada kelikatan sistem kompaun. Dalam kes yang berbeza di mana komponen kelikatan rendah ialah fasa berterusan dan komponen kelikatan tinggi ialah fasa berterusan, sumbangan kelikatan fasa berterusan kepada kelikatan sistem kompaun jelas berbeza. Apabila HPMC kelikatan rendah ialah fasa berterusan, kelikatan sistem kompaun terutamanya mencerminkan sumbangan kelikatan fasa berterusan; dan apabila HPS berkelikatan tinggi ialah fasa berterusan, HPMC sebagai fasa tersebar akan mengurangkan kelikatan HPS berkelikatan tinggi. kesan.
2.3.4 Thixotropy
Thixotropy boleh digunakan untuk menilai kestabilan bahan atau pelbagai sistem, kerana thixotropy boleh mendapatkan maklumat tentang struktur dalaman dan tahap kerosakan di bawah daya ricih [323-325]. Thixotropy boleh dikaitkan dengan kesan temporal dan sejarah ricih yang membawa kepada perubahan mikrostruktur [324, 326]. Kaedah thixotropic tiga peringkat telah digunakan untuk mengkaji kesan nisbah sebatian yang berbeza terhadap sifat thixotropic sistem sebatian. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 2-5, semua sampel mempamerkan darjah thixotropy yang berbeza. Pada kadar ricih yang rendah, kelikatan larutan kompaun meningkat dengan ketara dengan peningkatan kandungan HPS, yang konsisten dengan perubahan kelikatan ricih sifar dengan kandungan HPS.
Darjah pemulihan struktur DSR bagi sampel komposit pada masa pemulihan yang berbeza dikira dengan formula (2-3), seperti ditunjukkan dalam Jadual 2-1. Jika DSR < 1, sampel mempunyai rintangan ricih yang rendah, dan sampel adalah thixotropic; sebaliknya, jika DSR > 1, sampel mempunyai anti-thixotropy. Daripada jadual, kita dapat melihat bahawa nilai DSR HPMC tulen adalah sangat tinggi, hampir 1, ini kerana molekul HPMC adalah rantai tegar, dan masa kelonggarannya adalah pendek, dan struktur pulih dengan cepat di bawah daya ricih yang tinggi. Nilai DSR HPS adalah agak rendah, yang mengesahkan sifat thixotropicnya yang kuat, terutamanya kerana HPS ialah rantai fleksibel dan masa kelonggarannya adalah panjang. Struktur tidak pulih sepenuhnya dalam jangka masa ujian.
Untuk penyelesaian kompaun, dalam masa pemulihan yang sama, apabila kandungan HPMC lebih besar daripada 70%, DSR berkurangan dengan cepat dengan peningkatan kandungan HPS, kerana rantai molekul HPS adalah rantai yang fleksibel, dan bilangan rantai molekul tegar. dalam sistem kompaun bertambah dengan penambahan HPS. Jika ia dikurangkan, masa kelonggaran keseluruhan segmen molekul sistem kompaun adalah berpanjangan, dan thixotropy sistem kompaun tidak dapat dipulihkan dengan cepat di bawah tindakan ricih tinggi. Apabila kandungan HPMC kurang daripada 70%, DSR meningkat dengan peningkatan kandungan HPS, yang menunjukkan bahawa terdapat interaksi antara rantai molekul HPS dan HPMC dalam sistem kompaun, yang meningkatkan ketegaran keseluruhan molekul. segmen dalam sistem kompaun dan memendekkan masa kelonggaran sistem kompaun dikurangkan, dan thixotropy dikurangkan.
Di samping itu, nilai DSR sistem terkompaun adalah jauh lebih rendah daripada HPMC tulen, yang menunjukkan bahawa thixotropy HPMC telah bertambah baik dengan ketara melalui pengkompaunan. Nilai DSR kebanyakan sampel dalam sistem kompaun adalah lebih besar daripada nilai HPS tulen, menunjukkan bahawa kestabilan HPS telah bertambah baik pada tahap tertentu.
Ia juga boleh dilihat dari jadual bahawa pada masa pemulihan yang berbeza, nilai DSR semuanya menunjukkan titik terendah apabila kandungan HPMC adalah 70%, dan apabila kandungan kanji lebih besar daripada 60%, nilai DSR kompleks lebih tinggi daripada iaitu HPS tulen. Nilai DSR dalam masa 10 saat daripada semua sampel adalah sangat hampir dengan nilai DSR akhir, yang menunjukkan bahawa struktur sistem komposit pada asasnya menyelesaikan kebanyakan tugas pemulihan struktur dalam masa 10 saat. Perlu diingat bahawa sampel komposit dengan kandungan HPS yang tinggi menunjukkan trend meningkat pada mulanya dan kemudian menurun dengan pemanjangan masa pemulihan, yang menunjukkan bahawa sampel komposit juga menunjukkan tahap thixotropy tertentu di bawah tindakan ricih rendah, dan struktur mereka lebih tidak stabil.
Analisis kualitatif thixotropy tiga peringkat adalah konsisten dengan keputusan ujian cincin thixotropic yang dilaporkan, tetapi keputusan analisis kuantitatif tidak konsisten dengan keputusan ujian cincin thixotropic. Thixotropy sistem kompaun HPMC/HPS diukur dengan kaedah cincin thixotropic dengan peningkatan kandungan HPS [305]. Degenerasi mula-mula berkurangan dan kemudian meningkat. Ujian cincin thixotropic hanya boleh membuat spekulasi kewujudan fenomena thixotropic, tetapi tidak dapat mengesahkannya, kerana cincin thixotropic adalah hasil daripada tindakan serentak masa ricih dan kadar ricih [325-327].
2.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, gel terma HPMC dan gel sejuk HPS digunakan sebagai bahan mentah utama untuk membina sistem komposit dua fasa gel sejuk dan panas. Pengaruh sifat reologi seperti kelikatan, corak aliran dan thixotropy. Mengikut hubungan sepunya antara keadaan berbeza dan kepekatan polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem kompaun HPMC/HPS dalam larutan suhu rendah dicadangkan. Menurut prinsip penjumlahan logaritma bagi sifat-sifat komponen yang berbeza dalam sistem kompaun, keserasian sistem kompaun telah dikaji. Penemuan utama adalah seperti berikut:
- Sampel kompaun dengan kepekatan yang berbeza semuanya menunjukkan tahap penipisan ricih tertentu, dan tahap penipisan ricih meningkat dengan peningkatan kepekatan.
- Dengan peningkatan kepekatan, indeks aliran sistem kompaun menurun, dan kelikatan ricih sifar dan pekali kelikatan meningkat, menunjukkan bahawa kelakuan seperti pepejal sistem kompaun telah dipertingkatkan.
- Terdapat kepekatan kritikal (8%) dalam sistem kompaun HPMC/HPS, di bawah kepekatan kritikal, rantai molekul HPMC dan kawasan fasa gel HPS dalam larutan kompaun dipisahkan antara satu sama lain dan wujud secara bebas; apabila kepekatan kritikal dicapai, dalam larutan kompaun Keadaan mikrogel terbentuk dengan fasa HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC berjalin dan bersambung antara satu sama lain; di atas kepekatan kritikal, rantai makromolekul HPMC yang sesak dan jalinannya dengan kawasan fasa HPS adalah lebih kompleks, dan interaksinya lebih kompleks. lebih sengit, jadi penyelesaiannya berkelakuan seperti cair polimer.
- Nisbah pengkompaunan mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat reologi larutan kompaun HPMC/HPS. Dengan peningkatan kandungan HPS, fenomena penipisan ricih sistem kompaun lebih jelas, indeks aliran berkurangan secara beransur-ansur, dan kelikatan ricih sifar dan pekali kelikatan meningkat secara beransur-ansur. meningkat, menunjukkan bahawa tingkah laku seperti pepejal kompleks bertambah baik dengan ketara.
- Kelikatan ricih sifar sistem kompaun menunjukkan sisihan positif-negatif tertentu berbanding peraturan penjumlahan logaritma. Sistem kompaun ialah sistem dua fasa dengan struktur "pulau laut" fasa tersebar berterusan pada suhu rendah, dan, Apabila nisbah pengkompaunan HPMC/HPS menurun selepas 4:6, fasa berterusan sistem pengkompaunan berubah.
- Terdapat hubungan linear antara indeks aliran dan nisbah sebatian bagi larutan terkompaun dengan nisbah sebatian yang berbeza, yang menunjukkan bahawa sistem sebatian mempunyai keserasian yang baik.
- Bagi sistem kompaun HPMC/HPS, apabila komponen kelikatan rendah ialah fasa berterusan dan komponen kelikatan tinggi ialah fasa berterusan, sumbangan kelikatan fasa berterusan kepada kelikatan sistem kompaun adalah berbeza dengan ketara. Apabila HPMC kelikatan rendah ialah fasa berterusan, kelikatan sistem kompaun terutamanya mencerminkan sumbangan kelikatan fasa berterusan; manakala apabila HPS berkelikatan tinggi ialah fasa berterusan, HPMC sebagai fasa serakan akan mengurangkan kelikatan HPS berkelikatan tinggi. kesan.
- Thixotropy tiga peringkat digunakan untuk mengkaji kesan nisbah pengkompaunan ke atas thixotropy sistem terkompaun. Thixotropy sistem terkompaun menunjukkan trend pertama menurun dan kemudian meningkat dengan penurunan nisbah pengkompaunan HPMC/HPS.
- Keputusan eksperimen di atas menunjukkan bahawa melalui pengkompaunan HPMC dan HPS, sifat reologi kedua-dua komponen, seperti kelikatan, fenomena penipisan ricih dan thixotropy, telah diseimbangkan pada tahap tertentu.
Bab 3 Penyediaan dan Sifat Filem Komposit Boleh Dimakan HPMC/HPS
Pengkompaunan polimer ialah cara paling berkesan untuk mencapai kesepaduan prestasi berbilang komponen, membangunkan bahan baharu dengan prestasi cemerlang, mengurangkan harga produk dan mengembangkan julat aplikasi bahan [240-242, 328]. Kemudian, disebabkan oleh perbezaan struktur molekul tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeza, kebanyakan sistem pengkompaunan polimer tidak serasi atau separa serasi [11, 12]. Sifat mekanikal dan sifat makroskopik lain sistem sebatian polimer berkait rapat dengan sifat fizikokimia setiap komponen, nisbah sebatian setiap komponen, keserasian antara komponen, dan struktur mikroskopik dalaman dan faktor lain [240, 329].
Dari sudut struktur kimia, kedua-dua HPMC dan HPS adalah curdlan hidrofilik, mempunyai unit struktur yang sama - glukosa, dan diubah suai oleh kumpulan berfungsi yang sama - kumpulan hidroksipropil, jadi HPMC dan HPS harus mempunyai fasa yang baik. Kapasitansi. Walau bagaimanapun, HPMC ialah gel teraruh terma, yang berada dalam keadaan larutan dengan kelikatan yang sangat rendah pada suhu rendah, dan membentuk koloid pada suhu tinggi; HPS ialah gel yang disebabkan oleh sejuk, yang merupakan gel suhu rendah dan berada dalam keadaan larutan pada suhu tinggi; keadaan gel dan tingkah laku adalah bertentangan sama sekali. Penggabungan HPMC dan HPS tidak kondusif untuk pembentukan sistem homogen dengan keserasian yang baik. Dengan mengambil kira kedua-dua struktur kimia dan termodinamik, ia adalah mempunyai kepentingan teori dan nilai praktikal yang besar untuk menggabungkan HPMC dengan HPS untuk mewujudkan sistem kompaun gel sejuk-panas.
Bab ini memberi tumpuan kepada kajian sifat-sifat sedia ada komponen dalam sistem sebatian gel sejuk dan panas HPMC/HPS, nisbah sebatian dan kelembapan relatif persekitaran pada morfologi mikroskopik, keserasian dan pemisahan fasa, sifat mekanikal, sifat optik. , dan sifat kejatuhan haba sistem kompaun. Dan pengaruh sifat makroskopik seperti sifat halangan oksigen.
3.1 Bahan dan Peralatan
3.1.1 Bahan eksperimen utama
3.1.2 Instrumen dan peralatan utama
3.2 Kaedah eksperimen
3.2.1 Penyediaan filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
Serbuk kering 15% (b/b) HPMC dan HPS dicampur dengan 3% (b/b) Pemplastis polietilena glikol dikompaun dalam air ternyahion untuk mendapatkan cecair pembentuk filem terkompaun, dan filem komposit boleh dimakan HPMC/ HPS disediakan dengan kaedah pemutus.
Kaedah penyediaan: mula-mula timbang serbuk kering HPMC dan HPS, dan campurkan mengikut nisbah yang berbeza; kemudian masukkan ke dalam air 70 °C, dan kacau dengan cepat pada 120 rpm/min selama 30 minit untuk memencarkan HPMC sepenuhnya; kemudian panaskan larutan kepada Di atas 95 °C, kacau dengan cepat pada kelajuan yang sama selama 1 jam untuk menjadikan HPS tergelatin sepenuhnya; selepas gelatinisasi selesai, suhu larutan dikurangkan dengan cepat kepada 70 °C, dan larutan dikacau pada kelajuan perlahan 80 rpm/min selama 40 minit. Larutkan HPMC sepenuhnya. Tuangkan 20 g larutan pembentuk filem campuran ke dalam bekas petri polistirena berdiameter 15 cm, tuangkan rata, dan keringkan pada suhu 37 °C. Filem kering dikupas dari cakera untuk mendapatkan membran komposit yang boleh dimakan.
Filem yang boleh dimakan semuanya diseimbangkan pada kelembapan 57% selama lebih daripada 3 hari sebelum ujian, dan bahagian filem boleh dimakan yang digunakan untuk ujian sifat mekanikal telah diseimbangkan pada kelembapan 75% selama lebih daripada 3 hari.
3.2.2 Mikromorfologi filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
3.2.2.1 Prinsip analisis pengimbasan mikroskop elektron
Pistol elektron pada bahagian atas Scanning Electron Microscopy (SEM) boleh mengeluarkan jumlah elektron yang tinggi. Selepas dikurangkan dan difokuskan, ia boleh membentuk pancaran elektron dengan tenaga dan keamatan tertentu. Didorong oleh medan magnet gegelung pengimbasan, mengikut susunan masa dan ruang tertentu Imbas permukaan sampel titik demi titik. Oleh kerana perbezaan ciri-ciri kawasan mikro permukaan, interaksi antara sampel dan pancaran elektron akan menghasilkan isyarat elektron sekunder dengan intensiti yang berbeza, yang dikumpulkan oleh pengesan dan ditukar kepada isyarat elektrik, yang dikuatkan oleh video. dan input kepada Grid tiub gambar, selepas melaraskan kecerahan tiub gambar, imej elektron sekunder boleh diperolehi yang boleh mencerminkan morfologi dan ciri-ciri rantau mikro pada permukaan sampel. Berbanding dengan mikroskop optik tradisional, resolusi SEM agak tinggi, kira-kira 3nm-6nm lapisan permukaan sampel, yang lebih sesuai untuk pemerhatian ciri struktur mikro pada permukaan bahan.
3.2.2.2 Kaedah ujian
Filem boleh dimakan diletakkan di dalam desikator untuk pengeringan, dan saiz filem boleh dimakan yang sesuai telah dipilih, ditampal pada peringkat sampel khas SEM dengan pelekat konduktif, dan kemudian disalut emas dengan penyalut vakum. Semasa ujian, sampel dimasukkan ke dalam SEM, dan morfologi mikroskopik sampel diperhatikan dan diambil gambar pada pembesaran 300 kali dan 1000 kali di bawah voltan pecutan rasuk elektron sebanyak 5 kV.
3.2.3 Pemindahan cahaya filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
3.2.3.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-Vis
Spektrofotometer UV-Vis boleh memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 200~800nm dan menyinarinya pada objek. Beberapa panjang gelombang cahaya tertentu dalam cahaya kejadian diserap oleh bahan, dan peralihan tahap tenaga getaran molekul dan peralihan tahap tenaga elektronik berlaku. Oleh kerana setiap bahan mempunyai struktur spatial molekul, atom dan molekul yang berbeza, setiap bahan mempunyai spektrum penyerapan khusus, dan kandungan bahan boleh ditentukan atau ditentukan mengikut tahap penyerapan pada beberapa panjang gelombang tertentu pada spektrum penyerapan. Oleh itu, analisis spektrofotometri UV-Vis adalah salah satu kaedah yang berkesan untuk mengkaji komposisi, struktur dan interaksi bahan.
Apabila pancaran cahaya mengenai objek, sebahagian daripada cahaya kejadian diserap oleh objek, dan bahagian lain cahaya kejadian dihantar melalui objek; nisbah keamatan cahaya yang dihantar kepada keamatan cahaya kejadian ialah ketransmisian.
Formula untuk hubungan antara penyerapan dan penghantaran ialah:
Antaranya, A ialah penyerapan;
T ialah penghantaran, %.
Penyerapan akhir telah diperbetulkan secara seragam oleh penyerapan × 0.25 mm/tebal.
3.2.3.2 Kaedah ujian
Sediakan 5% larutan HPMC dan HPS, campurkan mengikut nisbah yang berbeza, tuangkan 10 g larutan pembentuk filem ke dalam bekas petri polistirena dengan diameter 15 cm, dan keringkan pada suhu 37 °C untuk membentuk filem. Potong filem yang boleh dimakan menjadi jalur segi empat tepat 1mm×3mm, masukkan ke dalam kuvet, dan buat filem yang boleh dimakan dekat dengan dinding dalam kuvet. Spektrofotometer UV-3802 UV-vis WFZ digunakan untuk mengimbas sampel pada panjang gelombang penuh 200-800 nm, dan setiap sampel telah diuji 5 kali.
3.2.4 Sifat termomekanik dinamik filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
3.2.4.1 Prinsip analisis termomekanikal dinamik
Analisis Termomekanikal Dinamik (DMA) ialah instrumen yang boleh mengukur hubungan antara jisim dan suhu sampel di bawah beban kejutan tertentu dan suhu yang diprogramkan, dan boleh menguji sifat mekanikal sampel di bawah tindakan tegasan dan masa berselang-seli berkala, suhu dan suhu. hubungan kekerapan.
Polimer molekul tinggi mempunyai sifat viskoelastik, yang boleh menyimpan tenaga mekanikal seperti elastomer di satu pihak, dan menggunakan tenaga seperti lendir di sisi lain. Apabila daya ulang-alik berkala digunakan, bahagian elastik menukarkan tenaga kepada tenaga berpotensi dan menyimpannya; manakala bahagian likat menukarkan tenaga kepada tenaga haba dan kehilangannya. Bahan polimer umumnya mempamerkan dua keadaan keadaan kaca suhu rendah dan keadaan getah suhu tinggi, dan suhu peralihan antara kedua-dua keadaan ialah suhu peralihan kaca. Suhu peralihan kaca secara langsung mempengaruhi struktur dan sifat bahan, dan merupakan salah satu suhu ciri yang paling penting bagi polimer.
Dengan menganalisis sifat termomekanik dinamik polimer, kelikatan polimer boleh diperhatikan, dan parameter penting yang menentukan prestasi polimer boleh diperolehi, supaya ia boleh digunakan dengan lebih baik pada persekitaran penggunaan sebenar. Di samping itu, analisis termomekanikal dinamik sangat sensitif terhadap peralihan kaca, pemisahan fasa, penghubung silang, penghabluran dan gerakan molekul pada semua peringkat segmen molekul, dan boleh memperoleh banyak maklumat tentang struktur dan sifat polimer. Ia sering digunakan untuk mengkaji molekul polimer. tingkah laku pergerakan. Menggunakan mod sapuan suhu DMA, kejadian peralihan fasa seperti peralihan kaca boleh diuji. Berbanding dengan DSC, DMA mempunyai sensitiviti yang lebih tinggi dan lebih sesuai untuk analisis bahan yang mensimulasikan penggunaan sebenar.
3.2.4.2 Kaedah ujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, rata dan tidak rosak, dan potong menjadi jalur segi empat tepat 10mm×20mm. Sampel telah diuji dalam mod tegangan menggunakan penganalisis termomekanik dinamik Pydris Diamond dari PerkinElmer, Amerika Syarikat. Julat suhu ujian ialah 25~150 °C, kadar pemanasan ialah 2 °C/min, kekerapan ialah 1 Hz, dan ujian diulang dua kali untuk setiap sampel. Semasa eksperimen, modulus storan (E') dan modulus kehilangan (E") sampel telah direkodkan, dan nisbah modulus kehilangan kepada modulus storan, iaitu sudut tangen tan δ, juga boleh dikira.
3.2.5 Kestabilan terma filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
3.2.5.1 Prinsip analisis termogravimetrik
Penganalisis Gravimetrik Termal (TGA) boleh mengukur perubahan jisim sampel dengan suhu atau masa pada suhu yang diprogramkan, dan boleh digunakan untuk mengkaji kemungkinan penyejatan, lebur, pemejalwapan, dehidrasi, penguraian dan pengoksidaan bahan semasa proses pemanasan. . dan fenomena fizikal dan kimia yang lain. Lengkung hubungan antara jisim jirim dan suhu (atau masa) yang diperoleh secara langsung selepas sampel diuji dipanggil termogravimetrik (lengkung TGA). penurunan berat badan dan maklumat lain. Keluk Termogravimetrik Terbitan (lengkung DTG) boleh diperolehi selepas terbitan tertib pertama keluk TGA, yang mencerminkan perubahan kadar penurunan berat sampel yang diuji dengan suhu atau masa, dan titik puncak ialah titik maksimum pemalar. kadar.
3.2.5.2 Kaedah ujian
Pilih filem yang boleh dimakan dengan ketebalan seragam, potong menjadi bulatan dengan diameter yang sama dengan cakera ujian penganalisis termogravimetrik, dan kemudian letakkannya rata pada cakera ujian, dan ujinya dalam suasana nitrogen dengan kadar aliran 20 mL/min . Julat suhu ialah 30-700 °C, kadar pemanasan ialah 10 °C/min, dan setiap sampel diuji dua kali.
3.2.6.1 Prinsip analisis sifat tegangan
3.2.6 Sifat tegangan bagi filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
Penguji sifat mekanikal boleh menggunakan beban tegangan statik pada spline di sepanjang paksi membujur di bawah keadaan suhu, kelembapan dan kelajuan tertentu sehingga spline patah. Semasa ujian, beban yang dikenakan pada splin dan jumlah ubah bentuknya telah direkodkan oleh penguji sifat mekanikal, dan lengkung tegasan-terikan semasa ubah bentuk tegangan spline telah dilukis. Daripada lengkung tegasan-terikan, kekuatan tegangan (ζt), pemanjangan putus (εb) dan modulus keanjalan (E) boleh dikira untuk menilai sifat tegangan filem.
Hubungan tegasan-tegangan bahan secara amnya boleh dibahagikan kepada dua bahagian: rantau ubah bentuk anjal dan rantau ubah bentuk plastik. Dalam zon ubah bentuk elastik, tegasan dan ketegangan bahan mempunyai hubungan linear, dan ubah bentuk pada masa ini boleh dipulihkan sepenuhnya, yang selaras dengan undang-undang Cook; dalam zon ubah bentuk plastik, tegasan dan terikan bahan tidak lagi linear, dan ubah bentuk yang berlaku pada masa ini adalah tidak dapat dipulihkan, akhirnya bahan pecah.
Formula pengiraan kekuatan tegangan：
Di mana: ialah kekuatan tegangan, MPa;
p ialah beban maksimum atau beban putus, N;
b ialah lebar sampel, mm;
d ialah ketebalan sampel, mm.
Formula untuk mengira pemanjangan semasa putus:
Di mana: εb ialah pemanjangan semasa putus, %;
L ialah jarak antara garis penanda apabila sampel pecah, mm;
L0 ialah panjang tolok asal sampel, mm.
Formula pengiraan modulus elastik:
Antaranya: E ialah modulus elastik, MPa;
ζ ialah tegasan, MPa;
ε ialah ketegangan.
3.2.6.2 Kaedah ujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, rata dan tidak rosak, rujuk kepada standard kebangsaan GB13022-91, dan potong menjadi spline berbentuk dumbbell dengan jumlah panjang 120mm, jarak awal antara lekapan 86mm, jarak antara tanda 40mm, dan lebar 10mm. Spline diletakkan pada kelembapan 75% dan 57% (dalam suasana tepu natrium klorida dan larutan natrium bromida), dan diseimbangkan selama lebih daripada 3 hari sebelum diukur. Dalam eksperimen ini, penguji sifat mekanikal ASTM D638, 5566 Instron Corporation of the United States dan pengapit pneumatik 2712-003nya digunakan untuk ujian. Kelajuan tegangan ialah 10 mm/min, dan sampel diulang 7 kali, dan nilai purata dikira.
3.2.7 Kebolehtelapan oksigen filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS
3.2.7.1 Prinsip analisis kebolehtelapan oksigen
Selepas sampel ujian dipasang, rongga ujian dibahagikan kepada dua bahagian, A dan B; aliran oksigen ketulenan tinggi dengan kadar aliran tertentu disalurkan ke dalam rongga A, dan aliran nitrogen dengan kadar aliran tertentu disalurkan ke dalam rongga B; semasa proses ujian, rongga A Oksigen meresap melalui sampel ke dalam rongga B, dan oksigen yang menyusup ke dalam rongga B dibawa oleh aliran nitrogen dan meninggalkan rongga B untuk mencapai sensor oksigen. Sensor oksigen mengukur kandungan oksigen dalam aliran nitrogen dan mengeluarkan isyarat elektrik yang sepadan, dengan itu mengira oksigen sampel. penghantaran.
3.2.7.2 Kaedah ujian
Pilih filem komposit boleh dimakan yang tidak rosak, potong menjadi sampel berbentuk berlian 10.16 x 10.16 cm, salut permukaan tepi pengapit dengan gris vakum, dan kepitkan sampel pada blok ujian. Diuji mengikut ASTM D-3985, setiap sampel mempunyai kawasan ujian 50 cm2.
3.3 Keputusan dan Perbincangan
3.3.1 Analisis struktur mikro bagi filem komposit yang boleh dimakan
Interaksi antara komponen cecair pembentuk filem dan keadaan pengeringan-menentukan struktur akhir filem dan memberi kesan serius kepada pelbagai sifat fizikal dan kimia filem [330, 331]. Sifat gel yang wujud dan nisbah sebatian setiap komponen boleh menjejaskan morfologi sebatian, yang seterusnya mempengaruhi struktur permukaan dan sifat akhir membran [301, 332]. Oleh itu, analisis mikrostruktur filem boleh memberikan maklumat yang berkaitan tentang penyusunan semula molekul setiap komponen, yang seterusnya dapat membantu kita memahami dengan lebih baik sifat halangan, sifat mekanikal dan sifat optik filem tersebut.
Mikrograf mikroskop elektron pengimbasan permukaan filem boleh dimakan HPS/HPMC dengan nisbah berbeza ditunjukkan dalam Rajah 3-1. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 3-1, beberapa sampel menunjukkan retakan mikro pada permukaan, yang mungkin disebabkan oleh pengurangan kelembapan dalam sampel semasa ujian, atau oleh serangan pancaran elektron dalam rongga mikroskop [122]. , 139]. Dalam rajah, membran HPS tulen dan HPMC tulen. Membran menunjukkan permukaan mikroskopik yang agak licin, dan struktur mikro membran HPS tulen adalah lebih homogen dan lebih licin daripada membran HPMC tulen, yang mungkin disebabkan terutamanya oleh makromolekul kanji (molekul amilosa dan molekul amilopektin) semasa proses penyejukan.) mencapai penyusunan semula molekul yang lebih baik. dalam larutan akueus. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa sistem amilosa-amilopektin-air dalam proses penyejukan
Mungkin terdapat mekanisme persaingan antara pembentukan gel dan pemisahan fasa. Jika kadar pemisahan fasa lebih rendah daripada kadar pembentukan gel, pemisahan fasa tidak akan berlaku dalam sistem, jika tidak, pemisahan fasa akan berlaku dalam sistem [333, 334]. Selain itu, apabila kandungan amilosa melebihi 25%, gelatinisasi amilosa dan struktur rangkaian amilosa berterusan boleh menghalang penampilan pemisahan fasa dengan ketara [334]. Kandungan amilosa HPS yang digunakan dalam kertas ini adalah 80%, jauh lebih tinggi daripada 25%, dengan itu lebih menggambarkan fenomena bahawa membran HPS tulen lebih homogen dan lebih licin daripada membran HPMC tulen.
Ia boleh dilihat daripada perbandingan angka bahawa permukaan semua filem komposit adalah agak kasar, dan beberapa bonjolan tidak teratur bertaburan, menunjukkan bahawa terdapat tahap ketidakbolehcampuran tertentu antara HPMC dan HPS. Selain itu, membran komposit dengan kandungan HPMC yang tinggi menunjukkan struktur yang lebih homogen daripada yang mempunyai kandungan HPS yang tinggi. Pemeluwapan berasaskan HPS pada suhu pembentukan filem 37 °C
Berdasarkan sifat gel, HPS membentangkan keadaan gel likat; manakala berdasarkan sifat gel terma HPMC, HPMC mempersembahkan keadaan larutan seperti air. Dalam membran komposit dengan kandungan HPS tinggi (7:3 HPS/HPMC), HPS likat ialah fasa berterusan, dan HPMC seperti air tersebar dalam fasa berterusan HPS berkelikatan tinggi sebagai fasa tersebar, yang tidak kondusif kepada pengagihan seragam fasa tersebar; Dalam filem komposit dengan kandungan HPMC tinggi (3:7 HPS/HPMC), HPMC kelikatan rendah berubah menjadi fasa berterusan, dan HPS likat tersebar dalam fasa HPMC kelikatan rendah sebagai fasa tersebar, yang kondusif untuk pembentukan fasa homogen. sistem kompaun.
Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa walaupun semua filem komposit menunjukkan struktur permukaan yang kasar dan tidak homogen, tiada antara muka fasa yang jelas ditemui, menunjukkan bahawa HPMC dan HPS mempunyai keserasian yang baik. Filem komposit HPMC/kanji tanpa pemplastis seperti PEG menunjukkan pemisahan fasa yang jelas [301], dengan itu menunjukkan bahawa kedua-dua pengubahsuaian hidroksipropil kanji dan pemplastis PEG boleh meningkatkan keserasian sistem komposit.
3.3.2 Analisis sifat optik bagi filem komposit yang boleh dimakan
Sifat penghantaran cahaya bagi filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS dengan nisbah yang berbeza telah diuji oleh spektrofotometer UV-vis, dan spektrum UV ditunjukkan dalam Rajah 3-2. Lebih besar nilai penghantaran cahaya, lebih seragam dan telus filem itu; sebaliknya, semakin kecil nilai penghantaran cahaya, semakin tidak sekata dan legap filem itu. Ia boleh dilihat daripada Rajah 3-2(a) bahawa semua filem komposit menunjukkan arah aliran yang sama dengan peningkatan panjang gelombang pengimbasan dalam julat pengimbasan panjang gelombang penuh, dan ketransmisian cahaya meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan panjang gelombang. Pada 350nm, lengkung cenderung ke dataran tinggi.
Pilih ketransmisian pada panjang gelombang 500nm untuk perbandingan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3-2(b), ketransmisian filem HPS tulen adalah lebih rendah daripada filem HPMC tulen, dan dengan peningkatan kandungan HPMC, ketransmisian berkurangan terlebih dahulu, dan kemudian meningkat selepas mencapai nilai minimum. Apabila kandungan HPMC meningkat kepada 70%, penghantaran cahaya filem komposit lebih besar daripada HPS tulen. Adalah diketahui umum bahawa sistem homogen akan mempamerkan ketransmisian cahaya yang lebih baik, dan nilai ketransmisian yang diukur UV secara amnya lebih tinggi; bahan yang tidak homogen biasanya lebih legap dan mempunyai nilai penghantaran UV yang lebih rendah. Nilai hantaran bagi filem komposit (7:3, 5:5) adalah lebih rendah daripada HPS tulen dan filem HPMC, menunjukkan bahawa terdapat tahap pemisahan fasa tertentu antara dua komponen HPS dan HPMC.
Rajah 3-2 spektrum UV pada semua panjang gelombang (a), dan pada 500 nm (b), untuk filem campuran HPS/HPMC. Bar mewakili min ± sisihan piawai. ac: huruf yang berbeza adalah berbeza dengan ketara dengan nisbah campuran pelbagai (p < 0.05), digunakan dalam disertasi penuh
3.3.3 Analisis termomekanikal dinamik bagi filem komposit yang boleh dimakan
Rajah 3-3 menunjukkan sifat termomekanik dinamik bagi filem boleh dimakan HPMC/HPS dengan formulasi yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada Rajah 3-3(a) bahawa modulus storan (E') berkurangan dengan peningkatan kandungan HPMC. Di samping itu, modulus penyimpanan semua sampel menurun secara beransur-ansur dengan peningkatan suhu, kecuali modulus penyimpanan filem HPS tulen (10:0) meningkat sedikit selepas suhu dinaikkan kepada 70 °C. Pada suhu tinggi, bagi filem komposit dengan kandungan HPMC yang tinggi, modulus penyimpanan filem komposit mempunyai arah aliran menurun yang jelas dengan peningkatan suhu; manakala bagi sampel yang mempunyai kandungan HPS yang tinggi, modulus storan hanya berkurangan sedikit dengan peningkatan suhu.
Rajah 3-3 Modulus penyimpanan (E′) (a) dan tangen kehilangan (tan δ) (b) filem campuran HPS/HPMC
Ia boleh dilihat daripada Rajah 3-3(b) bahawa sampel dengan kandungan HPMC lebih tinggi daripada 30% (5:5, 3:7, 0:10) semuanya menunjukkan puncak peralihan kaca, dan dengan peningkatan kandungan HPMC, peralihan kaca suhu peralihan beralih kepada suhu tinggi, menunjukkan bahawa fleksibiliti rantai polimer HPMC berkurangan. Sebaliknya, membran HPS tulen mempamerkan puncak sampul surat yang besar sekitar 67 °C, manakala membran komposit dengan kandungan HPS 70% tidak mempunyai peralihan kaca yang jelas. Ini mungkin kerana terdapat tahap interaksi tertentu antara HPMC dan HPS, dengan itu menyekat pergerakan segmen molekul HPMC dan HPS.
3.3.4 Analisis kestabilan terma bagi filem komposit yang boleh dimakan
Rajah 3-4 lengkung TGA (a) dan lengkung terbitannya (DTG) (b) filem campuran HPS/HPMC
Kestabilan terma filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS telah diuji oleh penganalisis termogravimetrik. Rajah 3-4 menunjukkan lengkung termogravimetrik (TGA) dan lengkung kadar penurunan berat (DTG) bagi filem komposit. Daripada keluk TGA dalam Rajah 3-4(a), dapat dilihat bahawa sampel membran komposit dengan nisbah berbeza menunjukkan dua peringkat perubahan termogravimetrik yang jelas dengan peningkatan suhu. Pemeruapan air yang diserap oleh makromolekul polisakarida menghasilkan fasa kecil penurunan berat badan pada 30–180 °C sebelum degradasi haba sebenar berlaku. Selepas itu, terdapat fasa penurunan berat badan yang lebih besar pada 300~450 °C, di sini fasa degradasi haba HPMC dan HPS.
Daripada lengkung DTG dalam Rajah 3-4(b), dapat dilihat bahawa suhu puncak degradasi terma HPS tulen dan HPMC tulen ialah 338 °C dan 400 °C, masing-masing, dan suhu puncak degradasi haba HPMC tulen ialah lebih tinggi daripada HPS, menunjukkan bahawa HPMC Kestabilan haba yang lebih baik daripada HPS. Apabila kandungan HPMC ialah 30% (7:3), satu puncak muncul pada 347 °C, yang sepadan dengan puncak ciri HPS, tetapi suhunya lebih tinggi daripada puncak degradasi haba HPS; apabila kandungan HPMC adalah 70% ( 3:7), hanya puncak ciri HPMC muncul pada 400 °C; apabila kandungan HPMC adalah 50%, dua puncak degradasi haba muncul pada lengkung DTG, masing-masing 345 °C dan 396 °C. Puncak sepadan dengan puncak ciri HPS dan HPMC, masing-masing, tetapi puncak degradasi haba yang sepadan dengan HPS adalah lebih kecil, dan kedua-dua puncak mempunyai anjakan tertentu. Ia boleh dilihat bahawa kebanyakan membran komposit hanya menunjukkan puncak tunggal ciri yang sepadan dengan komponen tertentu, dan ia diimbangi berbanding dengan membran komponen tulen, yang menunjukkan bahawa terdapat perbezaan tertentu antara komponen HPMC dan HPS. tahap keserasian. Suhu puncak degradasi haba membran komposit adalah lebih tinggi daripada HPS tulen, menunjukkan bahawa HPMC boleh meningkatkan kestabilan haba membran HPS pada tahap tertentu.
3.3.5 Analisis sifat mekanikal bagi filem komposit boleh dimakan
Sifat tegangan filem komposit HPMC/HPS dengan nisbah yang berbeza diukur oleh penganalisis sifat mekanikal pada 25 °C, kelembapan relatif 57% dan 75%. Rajah 3-5 menunjukkan modulus keanjalan (a), pemanjangan pada putus (b) dan kekuatan tegangan (c) filem komposit HPMC/HPS dengan nisbah yang berbeza di bawah kelembapan relatif yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa apabila kelembapan relatif ialah 57%, modulus elastik dan kekuatan tegangan filem HPS tulen adalah yang terbesar, dan HPMC tulen adalah yang terkecil. Dengan peningkatan kandungan HPS, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit meningkat secara berterusan. Pemanjangan pecah membran HPMC tulen jauh lebih besar daripada membran HPS tulen, dan kedua-duanya lebih besar daripada membran komposit.
Apabila kelembapan relatif lebih tinggi (75%) berbanding kelembapan relatif 57%, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan semua sampel berkurangan, manakala pemanjangan semasa putus meningkat dengan ketara. Ini terutamanya kerana air, sebagai plasticizer umum, boleh mencairkan matriks HPMC dan HPS, mengurangkan daya antara rantai polimer, dan meningkatkan mobiliti segmen polimer. Pada kelembapan relatif yang tinggi, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem HPMC tulen adalah lebih tinggi daripada filem HPS tulen, tetapi pemanjangan pada pecah adalah lebih rendah, hasil yang berbeza sama sekali daripada keputusan pada kelembapan rendah. Perlu diingat bahawa variasi sifat mekanikal filem komposit dengan nisbah komponen pada kelembapan yang tinggi sebanyak 75% adalah bertentangan sepenuhnya dengan yang pada kelembapan yang rendah berbanding dengan kes pada kelembapan relatif 57%. Di bawah kelembapan yang tinggi, kandungan lembapan filem meningkat, dan air bukan sahaja mempunyai kesan plasticizing tertentu pada matriks polimer, tetapi juga menggalakkan penghabluran semula kanji. Berbanding dengan HPMC, HPS mempunyai kecenderungan yang lebih kuat untuk mengkristal semula, jadi kesan kelembapan relatif pada HPS adalah lebih besar daripada HPMC.
Rajah 3-5 Sifat tegangan filem HPS/HPMC dengan nisbah HPS/HPMC berbeza diseimbangkan di bawah keadaan kerendahan hati (RH) relatif yang berbeza. *: huruf nombor yang berbeza adalah berbeza secara ketara dengan pelbagai RH, digunakan dalam disertasi penuh
3.3.6 Analisis Kebolehtelapan Oksigen Filem Komposit Boleh Dimakan
Filem komposit yang boleh dimakan digunakan sebagai bahan pembungkus makanan untuk memanjangkan jangka hayat makanan, dan prestasi penghalang oksigennya adalah salah satu petunjuk penting. Oleh itu, kadar penghantaran oksigen bagi filem boleh dimakan dengan nisbah HPMC/HPS yang berbeza diukur pada suhu 23 °C, dan keputusan ditunjukkan dalam Rajah 3-6. Ia dapat dilihat dari rajah bahawa kebolehtelapan oksigen membran HPS tulen adalah jauh lebih rendah daripada membran HPMC tulen, menunjukkan bahawa membran HPS mempunyai sifat penghalang oksigen yang lebih baik daripada membran HPMC. Oleh kerana kelikatan yang rendah dan kewujudan kawasan amorfus, HPMC mudah untuk membentuk struktur rangkaian berketumpatan rendah yang agak longgar dalam filem; berbanding dengan HPS, ia mempunyai kecenderungan yang lebih tinggi untuk mengkristal semula, dan ia mudah untuk membentuk struktur padat dalam filem. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa filem kanji mempunyai sifat penghalang oksigen yang baik berbanding dengan polimer lain [139, 301, 335, 336].
Rajah 3-6 Kebolehtelapan oksigen bagi filem campuran HPS/HPMC
Penambahan HPS boleh mengurangkan kebolehtelapan oksigen membran HPMC dengan ketara, dan kebolehtelapan oksigen membran komposit berkurangan secara mendadak dengan peningkatan kandungan HPS. Penambahan HPS tak telap oksigen boleh meningkatkan liku-liku saluran oksigen dalam membran komposit, yang seterusnya membawa kepada penurunan kadar resapan oksigen dan akhirnya menurunkan kebolehtelapan oksigen. Keputusan yang sama telah dilaporkan untuk kanji asli yang lain [139,301].
3.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, menggunakan HPMC dan HPS sebagai bahan mentah utama, dan menambah polietilena glikol sebagai pemplastik, filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS dengan nisbah berbeza telah disediakan dengan kaedah tuangan. Pengaruh sifat sedia ada komponen dan nisbah sebatian pada morfologi mikroskopik membran komposit dikaji dengan mengimbas mikroskop elektron; sifat mekanikal membran komposit telah dikaji oleh penguji sifat mekanikal. Pengaruh sifat inheren komponen dan nisbah pengkompaunan ke atas sifat penghalang oksigen dan penghantaran cahaya filem komposit telah dikaji oleh penguji penghantaran oksigen dan spektrofotometer UV-vis. Pengimbasan mikroskop elektron, analisis termogravimetrik dan analisis haba dinamik telah digunakan. Analisis mekanikal dan kaedah analisis lain digunakan untuk mengkaji keserasian dan pemisahan fasa sistem kompaun gel sejuk-panas. Penemuan utama adalah seperti berikut:
- Berbanding dengan HPMC tulen, HPS tulen lebih mudah untuk membentuk morfologi permukaan mikroskopik yang homogen dan licin. Ini disebabkan terutamanya oleh penyusunan semula molekul yang lebih baik bagi makromolekul kanji (molekul amilosa dan molekul amilopektin) dalam larutan akueus kanji semasa proses penyejukan.
- Sebatian dengan kandungan HPMC yang tinggi lebih berkemungkinan membentuk struktur membran homogen. Ini terutamanya berdasarkan sifat gel HPMC dan HPS. Pada suhu pembentukan filem, HPMC dan HPS masing-masing menunjukkan keadaan larutan kelikatan rendah dan keadaan gel kelikatan tinggi. Fasa serakan berkelikatan tinggi tersebar dalam fasa berterusan kelikatan rendah. , lebih mudah untuk membentuk sistem homogen.
- Kelembapan relatif mempunyai kesan ketara ke atas sifat mekanikal filem komposit HPMC/HPS, dan tahap kesannya meningkat dengan peningkatan kandungan HPS. Pada kelembapan relatif yang lebih rendah, kedua-dua modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit meningkat dengan peningkatan kandungan HPS, dan pemanjangan semasa pecah filem komposit adalah jauh lebih rendah daripada filem komponen tulen. Dengan peningkatan kelembapan relatif, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit berkurangan, dan pemanjangan pada pecah meningkat dengan ketara, dan hubungan antara sifat mekanikal filem komposit dan nisbah pengkompaunan menunjukkan corak perubahan yang bertentangan sepenuhnya di bawah berbeza. kelembapan relatif. Sifat mekanikal membran komposit dengan nisbah pengkompaunan yang berbeza menunjukkan persilangan di bawah keadaan kelembapan relatif yang berbeza, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimumkan prestasi produk mengikut keperluan aplikasi yang berbeza.
- Penambahan HPS telah meningkatkan sifat penghalang oksigen membran komposit dengan ketara. Kebolehtelapan oksigen membran komposit menurun secara mendadak dengan peningkatan kandungan HPS.
- Dalam sistem kompaun gel sejuk dan panas HPMC/HPS, terdapat keserasian tertentu antara kedua-dua komponen. Tiada antara muka dua fasa yang jelas ditemui dalam imej SEM bagi semua filem komposit, kebanyakan filem komposit hanya mempunyai satu titik peralihan kaca dalam keputusan DMA, dan hanya satu puncak degradasi haba muncul dalam lengkung DTG kebanyakan komposit. filem. Ia menunjukkan bahawa terdapat deskriptif tertentu antara HPMC dan HPS.
Keputusan eksperimen di atas menunjukkan bahawa pengkompaunan HPS dan HPMC bukan sahaja dapat mengurangkan kos pengeluaran filem boleh dimakan HPMC, tetapi juga meningkatkan prestasinya. Sifat mekanikal, sifat penghalang oksigen dan sifat optik filem komposit boleh dimakan boleh dicapai dengan melaraskan nisbah pengkompaunan kedua-dua komponen dan kelembapan relatif persekitaran luaran.
Bab 4 Hubungan antara Mikromorfologi dan Sifat Mekanikal Sistem Kompaun HPMC/HPS
Berbanding dengan entropi pencampuran yang lebih tinggi semasa pencampuran aloi logam, entropi pencampuran semasa pengkompaunan polimer biasanya sangat kecil, dan haba pengkompaunan semasa pengkompaunan biasanya positif, mengakibatkan proses pengkompaunan polimer. Perubahan tenaga bebas Gibbs dalam adalah positif (���>), oleh itu, formulasi polimer cenderung untuk membentuk sistem dua fasa yang dipisahkan fasa, dan formulasi polimer yang serasi sepenuhnya sangat jarang berlaku [242].
Sistem sebatian boleh larut biasanya boleh mencapai kebolehcampuran tahap molekul dalam termodinamik dan membentuk sebatian homogen, jadi kebanyakan sistem sebatian polimer tidak boleh larut. Walau bagaimanapun, banyak sistem sebatian polimer boleh mencapai keadaan serasi dalam keadaan tertentu dan menjadi sistem sebatian dengan keserasian tertentu [257].
Sifat makroskopik seperti sifat mekanikal sistem komposit polimer bergantung pada sebahagian besar daripada interaksi dan morfologi fasa komponennya, terutamanya keserasian antara komponen dan komposisi fasa berterusan dan tersebar [301]. Oleh itu, adalah sangat penting untuk mengkaji morfologi mikroskopik dan sifat makroskopik sistem komposit dan mewujudkan hubungan antara mereka, yang sangat penting untuk mengawal sifat bahan komposit dengan mengawal struktur fasa dan keserasian sistem komposit.
Dalam proses mengkaji morfologi dan rajah fasa sistem kompleks, adalah sangat penting untuk memilih cara yang sesuai untuk membezakan komponen yang berbeza. Walau bagaimanapun, perbezaan antara HPMC dan HPS agak sukar, kerana kedua-duanya mempunyai ketelusan yang baik dan indeks biasan yang serupa, jadi sukar untuk membezakan kedua-dua komponen dengan mikroskop optik; di samping itu, kerana kedua-duanya adalah bahan berasaskan karbon organik, jadi kedua-duanya mempunyai penyerapan tenaga yang sama, jadi ia juga sukar untuk mengimbas mikroskop elektron untuk membezakan pasangan komponen dengan tepat. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier boleh mencerminkan perubahan dalam rajah morfologi dan fasa sistem kompleks protein-kanji dengan nisbah luas jalur polisakarida pada 1180-953 cm-1 dan jalur amida pada 1750-1483 cm-1 [52, 337], tetapi teknik ini sangat kompleks dan biasanya memerlukan sinaran sinkrotron Teknik inframerah transformasi Fourier untuk menjana kontras yang mencukupi untuk sistem hibrid HPMC/HPS. Terdapat juga teknik untuk mencapai pemisahan komponen ini, seperti mikroskop elektron penghantaran dan penyerakan sinar-X sudut kecil, tetapi teknik ini biasanya kompleks [338]. Dalam subjek ini, kaedah analisis mikroskop optik pencelupan iodin mudah digunakan, dan prinsip bahawa kumpulan akhir struktur heliks amilosa boleh bertindak balas dengan iodin untuk membentuk kompleks kemasukan digunakan untuk mewarnakan sistem kompaun HPMC/HPS dengan pencelupan iodin, jadi bahawa HPS Komponen dibezakan daripada komponen HPMC dengan warna berbeza di bawah mikroskop cahaya. Oleh itu, kaedah analisis mikroskop optik pewarna iodin adalah kaedah penyelidikan yang mudah dan berkesan untuk morfologi dan rajah fasa sistem kompleks berasaskan kanji.
Dalam bab ini, morfologi mikroskopik, taburan fasa, peralihan fasa dan struktur mikro lain sistem kompaun HPMC/HPS telah dikaji melalui analisis mikroskop optik pewarna iodin; dan sifat mekanikal dan sifat makroskopik lain; dan melalui analisis korelasi morfologi mikroskopik dan sifat makroskopik kepekatan larutan yang berbeza dan nisbah sebatian, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem kompaun HPMC/HPS telah diwujudkan, untuk mengawal HPMC/HPS. Sediakan asas bagi sifat bahan komposit.
4.1 Bahan dan Peralatan
4.1.1 Bahan eksperimen utama
4.2 Kaedah eksperimen
4.2.1 Penyediaan larutan kompaun HPMC/HPS
Sediakan larutan HPMC dan larutan HPS pada kepekatan 3%, 5%, 7% dan 9%, lihat 2.2.1 untuk kaedah penyediaan. Campurkan penyelesaian HPMC dan penyelesaian HPS mengikut 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Nisbah yang berbeza dicampur pada kelajuan 250 rmp/min pada 21 °C selama 30 minit, dan larutan campuran dengan kepekatan yang berbeza dan nisbah yang berbeza diperolehi.
4.2.2 Penyediaan membran komposit HPMC/HPS
Lihat 3.2.1.
4.2.3 Penyediaan kapsul komposit HPMC/HPS
Rujuk kepada larutan yang disediakan mengikut kaedah dalam 2.2.1, gunakan acuan keluli tahan karat untuk mencelup, dan keringkan pada suhu 37 °C. Tarik keluar kapsul kering, potong lebihan, dan letakkan bersama untuk membentuk sepasang.
4.2.4 Mikroskop optik filem komposit HPMC/HPS
4.2.4.1 Prinsip Analisis Mikroskopi Optik
Mikroskop optik menggunakan prinsip optik pembesaran pengimejan oleh kanta cembung, dan menggunakan dua kanta menumpu untuk mengembangkan sudut bukaan bahan kecil berdekatan ke mata, dan membesarkan saiz bahan kecil yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. sehingga saiz bahan dapat dilihat oleh mata manusia.
4.2.4.2 Kaedah ujian
Larutan sebatian HPMC/HPS yang berlainan kepekatan dan nisbah sebatian telah dikeluarkan pada 21 °C, dijatuhkan pada slaid kaca, dibuang ke dalam lapisan nipis, dan dikeringkan pada suhu yang sama. Filem telah diwarnakan dengan larutan iodin 1% (1 g iodin dan 10 g kalium iodida diletakkan dalam kelalang volumetrik 100-mL, dan dilarutkan dalam etanol), diletakkan di dalam bidang mikroskop cahaya untuk pemerhatian dan gambar.
4.2.5 Transmisi cahaya filem komposit HPMC/HPS
4.2.5.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-vis
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.5.1 Kaedah ujian
Lihat 3.2.3.2.
4.2.6 Sifat tegangan bagi filem komposit HPMC/HPS
4.2.6.1 Prinsip analisis sifat tegangan
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.6.1 Kaedah ujian
Sampel telah diuji selepas menyeimbangkan pada kelembapan 73% selama 48 jam. Lihat 3.2.3.2 untuk kaedah ujian.
4.3 Keputusan dan Perbincangan
4.3.1 Pemerhatian ketelusan produk
Rajah 4-1 menunjukkan filem dan kapsul yang boleh dimakan yang disediakan dengan menggabungkan HPMC dan HPS dalam nisbah pengkompaunan 70:30. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, produk mempunyai ketelusan yang baik, yang menunjukkan bahawa HPMC dan HPS mempunyai indeks biasan yang serupa, dan sebatian homogen boleh diperolehi selepas menggabungkan kedua-duanya.
4.3.2 Imej mikroskop optik kompleks HPMC/HPS sebelum dan selepas pewarnaan
Rajah 4-2 menunjukkan morfologi biasa sebelum dan selepas pencelupan kompleks HPMC/HPS dengan nisbah sebatian berbeza diperhatikan di bawah mikroskop optik. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, adalah sukar untuk membezakan fasa HPMC dan fasa HPS dalam rajah tidak tercemar; HPMC tulen yang dicelup dan HPS tulen menunjukkan warna tersendiri, kerana tindak balas HPS dan iodin melalui pewarnaan iodin Warnanya menjadi lebih gelap. Oleh itu, dua fasa dalam sistem kompaun HPMC/HPS dibezakan secara ringkas dan jelas, yang seterusnya membuktikan bahawa HPMC dan HPS tidak bercampur dan tidak boleh membentuk sebatian homogen. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, apabila kandungan HPS meningkat, kawasan kawasan gelap (fasa HPS) dalam rajah terus meningkat seperti yang dijangkakan, sekali gus mengesahkan bahawa penyusunan semula dua fasa berlaku semasa proses ini. Apabila kandungan HPMC lebih tinggi daripada 40%, HPMC membentangkan keadaan fasa berterusan, dan HPS tersebar dalam fasa berterusan HPMC sebagai fasa tersebar. Sebaliknya, apabila kandungan HPMC lebih rendah daripada 40%, HPS menunjukkan keadaan fasa berterusan, dan HPMC tersebar dalam fasa berterusan HPS sebagai fasa tersebar. Oleh itu, dalam larutan kompaun 5% HPMC/HPS, dengan peningkatan kandungan HPS, sebaliknya berlaku apabila nisbah kompaun ialah HPMC/HPS 40:60. Fasa berterusan berubah daripada fasa HPMC awal kepada fasa HPS kemudian. Dengan memerhatikan bentuk fasa, dapat dilihat bahawa fasa HPMC dalam matriks HPS adalah sfera selepas serakan, manakala bentuk serakan fasa HPS dalam matriks HPMC adalah lebih tidak teratur.
Selain itu, dengan mengira nisbah luas kawasan berwarna terang (HPMC) kepada kawasan berwarna gelap (HPS) dalam kompleks HPMC/HPS selepas pencelupan (tanpa mengambil kira situasi mesophase), didapati luas HPMC (warna terang)/HPS (warna gelap) dalam rajah Nisbah sentiasa lebih besar daripada nisbah kompaun HPMC/HPS sebenar. Sebagai contoh, dalam rajah pewarnaan sebatian HPMC/HPS dengan nisbah kompaun 50:50, luas HPS dalam kawasan antara fasa tidak dikira, dan nisbah kawasan terang/gelap ialah 71/29. Keputusan ini mengesahkan kewujudan sejumlah besar mesophase dalam sistem komposit HPMC/HPS.
Umum mengetahui bahawa sistem sebatian polimer yang serasi sepenuhnya agak jarang berlaku kerana semasa proses sebatian polimer, haba sebatian biasanya positif dan entropi sebatian biasanya berubah sedikit, sekali gus menghasilkan tenaga bebas semasa sebatian berubah kepada nilai positif. Walau bagaimanapun, dalam sistem kompaun HPMC/HPS, HPMC dan HPS masih menjanjikan untuk menunjukkan tahap keserasian yang lebih tinggi, kerana HPMC dan HPS adalah kedua-dua polisakarida hidrofilik, mempunyai unit struktur yang sama - glukosa, dan lulus kumpulan berfungsi yang sama diubah suai dengan hidroksipropil. Fenomena pelbagai mesophases dalam sistem kompaun HPMC/HPS juga menunjukkan bahawa HPMC dan HPS dalam kompaun mempunyai tahap keserasian tertentu, dan fenomena yang sama berlaku dalam sistem campuran alkohol kanji-polivinil dengan pemplastik ditambah. juga muncul [339].
4.3.3 Hubungan antara morfologi mikroskopik dan sifat makroskopik sistem sebatian
Hubungan antara morfologi, fenomena pemisahan fasa, ketelusan dan sifat mekanikal sistem komposit HPMC/HPS telah dikaji secara terperinci. Rajah 4-3 menunjukkan kesan kandungan HPS terhadap sifat makroskopik seperti ketelusan dan modulus tegangan sistem kompaun HPMC/HPS. Dapat dilihat dari rajah bahawa ketelusan HPMC tulen adalah lebih tinggi daripada HPS tulen, terutamanya kerana penghabluran semula kanji mengurangkan ketelusan HPS, dan pengubahsuaian hidroksipropil kanji juga merupakan sebab penting untuk pengurangan ketelusan kanji. HPS [340, 341]. Ia boleh didapati daripada rajah bahawa penghantaran sistem kompaun HPMC/HPS akan mempunyai nilai minimum dengan perbezaan kandungan HPS. Transmisi sistem kompaun, dalam julat kandungan HPS di bawah 70%, meningkat denganit berkurangan dengan peningkatan kandungan HPS; apabila kandungan HPS melebihi 70%, ia meningkat dengan peningkatan kandungan HPS. Fenomena ini bermakna sistem kompaun HPMC/HPS tidak boleh larut, kerana fenomena pemisahan fasa sistem membawa kepada penurunan penghantaran cahaya. Sebaliknya, modulus Young sistem kompaun juga muncul sebagai titik minimum dengan perkadaran yang berbeza, dan modulus Young terus menurun dengan peningkatan kandungan HPS, dan mencapai titik terendah apabila kandungan HPS adalah 60%. Modulus terus meningkat, dan modulus meningkat sedikit. Modulus Young sistem kompaun HPMC/HPS menunjukkan nilai minimum, yang juga menunjukkan bahawa sistem kompaun adalah sistem yang tidak boleh larut. Titik terendah pemancaran cahaya sistem kompaun HPMC/HPS adalah konsisten dengan titik peralihan fasa fasa berterusan HPMC kepada fasa tersebar dan titik terendah nilai modulus Young dalam Rajah 4-2.
4.3.4 Kesan kepekatan larutan terhadap morfologi mikroskopik sistem sebatian
Rajah 4-4 menunjukkan kesan kepekatan larutan terhadap morfologi dan peralihan fasa sistem sebatian HPMC/HPS. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, kepekatan rendah sistem kompaun HPMC/HPS 3%, dalam nisbah kompaun HPMC/HPS ialah 40:60, rupa struktur berterusan bersama boleh diperhatikan; manakala dalam kepekatan tinggi larutan 7%, struktur berterusan bersama ini diperhatikan dalam rajah dengan nisbah kompaun 50:50. Keputusan ini menunjukkan bahawa titik peralihan fasa sistem kompaun HPMC/HPS mempunyai pergantungan kepekatan tertentu, dan nisbah kompaun HPMC/HPS peralihan fasa meningkat dengan peningkatan kepekatan larutan kompaun, dan HPS cenderung membentuk fasa berterusan. . . Di samping itu, domain HPS yang tersebar dalam fasa berterusan HPMC menunjukkan bentuk dan morfologi yang serupa dengan perubahan kepekatan; manakala fasa serakan HPMC yang tersebar dalam fasa selanjar HPS menunjukkan bentuk dan morfologi yang berbeza pada kepekatan yang berbeza. dan dengan peningkatan kepekatan larutan, kawasan penyebaran HPMC menjadi semakin tidak teratur. Sebab utama fenomena ini ialah kelikatan larutan HPS adalah lebih tinggi daripada larutan HPMC pada suhu bilik, dan kecenderungan fasa HPMC untuk membentuk keadaan sfera yang kemas ditindas disebabkan oleh ketegangan permukaan.
4.3.5 Kesan kepekatan larutan ke atas sifat mekanikal sistem sebatian
Sepadan dengan morfologi Rajah 4-4, Rajah 4-5 menunjukkan sifat tegangan bagi filem komposit yang terbentuk di bawah larutan kepekatan yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa modulus Young dan pemanjangan pada pecah sistem komposit HPMC/HPS cenderung menurun dengan peningkatan kepekatan larutan, yang konsisten dengan transformasi beransur-ansur HPMC daripada fasa berterusan kepada fasa tersebar dalam Rajah 4. -4. Morfologi mikroskopik adalah konsisten. Oleh kerana modulus Young bagi homopolimer HPMC adalah lebih tinggi daripada HPS, adalah diramalkan bahawa modulus Young sistem komposit HPMC/HPS akan bertambah baik apabila HPMC ialah fasa berterusan.
4.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, larutan sebatian HPMC/HPS dan filem komposit boleh dimakan dengan kepekatan dan nisbah sebatian yang berbeza telah disediakan, dan morfologi mikroskopik dan peralihan fasa sistem sebatian HPMC/HPS telah diperhatikan oleh analisis mikroskop optik pewarnaan iodin untuk membezakan fasa kanji. Transmisi cahaya dan sifat mekanikal bagi filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS telah dikaji oleh spektrofotometer UV-vis dan penguji sifat mekanikal, dan kesan kepekatan yang berbeza dan nisbah pengkompaunan pada sifat optik dan sifat mekanikal sistem pengkompaunan telah dikaji. Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem kompaun HPMC/HPS telah diwujudkan dengan menggabungkan struktur mikro sistem komposit, seperti struktur mikro, peralihan fasa dan pemisahan fasa, dan sifat makroskopik seperti sifat optik dan sifat mekanikal. Penemuan utama adalah seperti berikut:
- Kaedah analisis mikroskop optik untuk membezakan fasa kanji melalui pewarnaan iodin adalah kaedah yang paling mudah, langsung dan berkesan untuk mengkaji morfologi dan peralihan fasa sistem sebatian berasaskan kanji. Dengan pewarnaan iodin, fasa kanji kelihatan lebih gelap dan lebih gelap di bawah mikroskop cahaya, manakala HPMC tidak diwarnakan dan oleh itu kelihatan lebih cerah dalam warna.
- Sistem kompaun HPMC/HPS tidak bercampur, dan terdapat titik peralihan fasa dalam sistem kompaun, dan titik peralihan fasa ini mempunyai pergantungan nisbah kompaun tertentu dan pergantungan kepekatan larutan.
- Sistem kompaun HPMC/HPS mempunyai keserasian yang baik, dan sejumlah besar mesofasa terdapat dalam sistem kompaun. Dalam fasa perantaraan, fasa selanjar tersebar dalam fasa tersebar dalam keadaan zarah.
- Fasa tersebar HPS dalam matriks HPMC menunjukkan bentuk sfera yang sama pada kepekatan yang berbeza; HPMC menunjukkan morfologi tidak teratur dalam matriks HPS, dan ketidakteraturan morfologi meningkat dengan peningkatan kepekatan.
- Hubungan antara struktur mikro, peralihan fasa, ketelusan dan sifat mekanikal sistem komposit HPMC/HPS telah diwujudkan. a. Titik terendah ketelusan sistem kompaun adalah konsisten dengan titik peralihan fasa HPMC daripada fasa selanjar ke fasa terserak dan titik minimum penurunan modulus tegangan. b. Modulus Young dan pemanjangan semasa putus berkurangan dengan peningkatan kepekatan larutan, yang secara sebabnya berkaitan dengan perubahan morfologi HPMC daripada fasa berterusan kepada fasa terserak dalam sistem sebatian.
Secara ringkasnya, sifat makroskopik sistem komposit HPMC/HPS berkait rapat dengan struktur morfologi mikroskopiknya, peralihan fasa, pemisahan fasa dan fenomena lain, dan sifat komposit boleh dikawal dengan mengawal struktur fasa dan keserasian komposit. sistem.
Bab 5 Pengaruh Ijazah Penggantian Hidroksipropil HPS terhadap Sifat Rheologi Sistem Kompaun HPMC/HPS
Telah diketahui umum bahawa perubahan kecil dalam struktur kimia kanji boleh membawa kepada perubahan dramatik dalam sifat reologinya. Oleh itu, pengubahsuaian kimia menawarkan kemungkinan untuk memperbaiki dan mengawal sifat reologi produk berasaskan kanji [342]. Sebaliknya, menguasai pengaruh struktur kimia kanji ke atas sifat reologinya boleh lebih memahami sifat struktur produk berasaskan kanji, dan menyediakan asas untuk reka bentuk kanji yang diubah suai dengan sifat fungsi kanji yang lebih baik [235]. Kanji hidroksipropil ialah kanji diubah suai profesional yang digunakan secara meluas dalam bidang makanan dan perubatan. Ia biasanya disediakan oleh tindak balas eterifikasi kanji asli dengan propilena oksida di bawah keadaan alkali. Hydroxypropyl ialah kumpulan hidrofilik. Pengenalan kumpulan ini ke dalam rantai molekul kanji boleh memecahkan atau melemahkan ikatan hidrogen intramolekul yang mengekalkan struktur butiran kanji. Oleh itu, sifat fizikokimia kanji hidroksipropil adalah berkaitan dengan tahap penggantian kumpulan hidroksipropil pada rantai molekulnya [233, 235, 343, 344].
Banyak kajian telah menyiasat kesan darjah penggantian hidroksipropil ke atas sifat fizikokimia kanji hidroksipropil. Han et al. mengkaji kesan kanji berlilin hidroksipropil dan tepung jagung hidroksipropil ke atas struktur dan ciri retrogradasi kek pulut Korea. Kajian mendapati hidroksipropilasi dapat mengurangkan suhu gelatinisasi kanji dan meningkatkan kapasiti pegangan air kanji. prestasi, dan dengan ketara menghalang fenomena penuaan kanji dalam kek pulut Korea [345]. Kaur et al. mengkaji kesan penggantian hidroksipropil pada sifat fizikokimia pelbagai jenis kanji kentang, dan mendapati bahawa tahap penggantian hidroksipropil kanji kentang berbeza-beza dengan varieti yang berbeza, dan kesannya terhadap sifat kanji dengan saiz zarah yang besar Lebih ketara; tindak balas hidroksipropilasi menyebabkan banyak serpihan dan alur pada permukaan butiran kanji; penggantian hidroksipropil boleh meningkatkan dengan ketara sifat bengkak, keterlarutan air dan keterlarutan kanji dalam dimetil sulfoksida, dan meningkatkan ketelusan kanji pes [346]. Lawal et al. mengkaji kesan penggantian hidroksipropil terhadap sifat kanji ubi keledek. Kajian menunjukkan bahawa selepas pengubahsuaian hidroksipropil, kapasiti pembengkakan bebas dan keterlarutan air kanji telah bertambah baik; penghabluran semula dan pengunduran kanji asli telah dihalang; Kecernaan bertambah baik [347]. Schmitz et al. menyediakan kanji ubi kayu hidroksipropil dan mendapati ia mempunyai kapasiti pembengkakan dan kelikatan yang lebih tinggi, kadar penuaan yang lebih rendah, dan kestabilan beku-cairan yang lebih tinggi [344].
Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kajian tentang sifat reologi kanji hidroksipropil, dan kesan pengubahsuaian hidroksipropil terhadap sifat reologi dan sifat gel sistem kompaun berasaskan kanji jarang dilaporkan setakat ini. Chun et al. mengkaji reologi larutan kanji beras hidroksipropil berkepekatan rendah (5%). Keputusan menunjukkan bahawa kesan pengubahsuaian hidroksipropil pada keadaan mantap dan kelikatan dinamik larutan kanji adalah berkaitan dengan tahap penggantian, dan sejumlah kecil penggantian Propil hidroksipropil boleh mengubah sifat reologi larutan kanji dengan ketara; pekali kelikatan larutan kanji berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian, dan pergantungan suhu sifat reologinya meningkat dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil. Jumlahnya berkurangan dengan peningkatan tahap penggantian [342]. Lee et al. mengkaji kesan penggantian hidroksipropil ke atas sifat fizikal dan sifat reologi kanji ubi, dan keputusan menunjukkan bahawa keupayaan bengkak dan keterlarutan air kanji meningkat dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil; Nilai entalpi berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil; pekali kelikatan, kelikatan kompleks, tegasan hasil, kelikatan kompleks dan modulus dinamik larutan kanji semuanya berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, indeks bendalir dan faktor kehilangan Ia meningkat dengan tahap penggantian hidroksipropil; kekuatan gel gam kanji berkurangan, kestabilan beku-cairan meningkat, dan kesan sineresis berkurangan [235].
Dalam bab ini, kesan darjah penggantian hidroksipropil HPS terhadap sifat reologi dan sifat gel sistem kompaun gel sejuk dan panas HPMC/HPS telah dikaji. Situasi peralihan adalah sangat penting untuk pemahaman yang mendalam tentang hubungan antara pembentukan struktur dan sifat reologi. Di samping itu, mekanisme penggelapan sistem kompaun penyejukan balik HPMC/HPS telah dibincangkan secara awal, untuk menyediakan beberapa panduan teori untuk sistem gel penyejukan haba terbalik yang serupa.
5.1 Bahan dan Peralatan
5.1.1 Bahan eksperimen utama
5.1.2 Instrumen dan peralatan utama
5.2 Kaedah eksperimen
5.2.1 Penyediaan larutan sebatian
15% larutan kompaun HPMC/HPS dengan nisbah pengkompaunan berbeza (100/0, 50/50, 0/100) dan HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza (G80, A939, A1081) telah disediakan. Kaedah penyediaan A1081, A939, HPMC dan penyelesaian kompaunnya ditunjukkan dalam 2.2.1. G80 dan larutan sebatiannya dengan HPMC digelatinkan dengan mengacau di bawah keadaan 1500psi dan 110°C dalam autoklaf, kerana kanji asli G80 adalah amilosa tinggi (80%), dan suhu gelatinisasinya lebih tinggi daripada 100 °C, yang tidak boleh dicapai dengan kaedah gelatinisasi mandi air asal [348].
5.2.2 Sifat reologi larutan kompaun HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza
5.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Sama seperti 2.2.2.1
5.2.2.2 Kaedah ujian mod aliran
Pengapit plat selari dengan diameter 60 mm digunakan, dan jarak plat ditetapkan kepada 1 mm.
- Terdapat kaedah ujian aliran pra-ricih dan thixotropy tiga peringkat. Sama seperti 2.2.2.2.
- Kaedah ujian aliran tanpa thixotropy gelang pra-ricih dan thixotropic. Suhu ujian ialah 25 °C, a. Ricih pada kelajuan meningkat, julat kadar ricih 0-1000 s-1, masa ricih 1 min; b. Gunting malar, kadar ricih 1000 s-1, masa ricih 1 min; c. Ricih kelajuan dikurangkan, julat kadar ricih ialah 1000-0s-1, dan masa ricih ialah 1 min.
5.2.2.3 Kaedah ujian mod ayunan
Lekapan plat selari dengan diameter 60 mm telah digunakan, dan jarak plat ditetapkan kepada 1 mm.
- Sapuan pembolehubah ubah bentuk. Suhu ujian 25 °C, frekuensi 1 Hz, ubah bentuk 0.01-100 %.
- Imbasan suhu. Kekerapan 1 Hz, ubah bentuk 0.1 %, a. Proses pemanasan, suhu 5-85 °C, kadar pemanasan 2 °C/min; b. Proses penyejukan, suhu 85-5 °C, kadar penyejukan 2 °C/min. Pengedap minyak silikon digunakan di sekeliling sampel untuk mengelakkan kehilangan lembapan semasa ujian.
- Sapuan kekerapan. Variasi 0.1 %, kekerapan 1-100 rad/s. Ujian telah dijalankan pada 5 °C dan 85 °C, masing-masing, dan diseimbangkan pada suhu ujian selama 5 minit sebelum ujian.
Hubungan antara modulus penyimpanan G′ dan modulus kehilangan G″ larutan polimer dan frekuensi sudut ω mengikut undang-undang kuasa:
dengan n′ dan n″ ialah cerun log G′-log ω dan log G″-log ω, masing-masing;
G0′ dan G0″ ialah pintasan log G′-log ω dan log G″-log ω, masing-masing.
5.2.3 Mikroskop optik
5.2.3.1 Prinsip instrumen
Sama seperti 4.2.3.1
5.2.3.2 Kaedah ujian
Larutan kompaun 3% 5:5 HPMC/HPS telah dibawa keluar pada suhu berbeza 25 °C, 45 °C, dan 85 °C, dijatuhkan pada slaid kaca yang disimpan pada suhu yang sama, dan dibuang ke dalam filem nipis. larutan lapisan dan dikeringkan pada suhu yang sama. Filem-filem tersebut telah diwarnakan dengan larutan iodin 1%, diletakkan di dalam bidang mikroskop cahaya untuk pemerhatian dan diambil gambar.
5.3 Keputusan dan Perbincangan
5.3.1 Analisis kelikatan dan corak aliran
5.3.1.1 Kaedah ujian aliran tanpa thixotropy gelang pra-ricih dan thixotropic
Menggunakan kaedah ujian aliran tanpa pra-ricih dan kaedah thixotropic cincin thixotropic, kelikatan larutan sebatian HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza telah dikaji. Keputusan ditunjukkan dalam Rajah 5-1. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa kelikatan semua sampel menunjukkan arah aliran menurun dengan peningkatan kadar ricih di bawah tindakan daya ricih, menunjukkan tahap tertentu fenomena penipisan ricih. Kebanyakan larutan polimer berkepekatan tinggi atau cair mengalami penguraian yang kuat dan penyusunan semula molekul di bawah ricih, dengan itu menunjukkan tingkah laku bendalir pseudoplastik [305, 349, 350]. Walau bagaimanapun, darjah penipisan ricih larutan kompaun HPMC/HPS HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil berbeza adalah berbeza.
Rajah 5-1 Kelikatan vs. kadar ricih larutan HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidropropil HPS yang berbeza (tanpa pra-ricih, simbol pepejal dan berongga masing-masing menunjukkan kadar peningkatan dan proses kadar menurun)
Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa darjah kelikatan dan penipisan ricih sampel HPS tulen adalah lebih tinggi daripada sampel sebatian HPMC/HPS, manakala darjah penipisan ricih larutan HPMC adalah yang paling rendah, terutamanya kerana kelikatan HPS. pada suhu rendah adalah jauh lebih tinggi daripada HPMC. Di samping itu, untuk larutan kompaun HPMC/HPS dengan nisbah kompaun yang sama, kelikatan meningkat dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS. Ini mungkin kerana penambahan kumpulan hidroksipropil dalam molekul kanji memecahkan ikatan hidrogen antara molekul dan dengan itu membawa kepada perpecahan butiran kanji. Hidroksipropilasi mengurangkan dengan ketara fenomena penipisan ricih kanji, dan fenomena penipisan ricih kanji asli adalah yang paling jelas. Dengan peningkatan berterusan tahap penggantian hidroksipropil, tahap penipisan ricih HPS secara beransur-ansur menurun.
Semua sampel mempunyai gelang thixotropic pada lengkung kadar tegasan-ricih ricih, menunjukkan bahawa semua sampel mempunyai tahap thixotropy tertentu. Kekuatan thixotropic diwakili oleh saiz kawasan cincin thixotropic. Lebih thixotropic sampel adalah [351]. Indeks aliran n dan pekali kelikatan K larutan sampel boleh dikira oleh undang-undang kuasa Ostwald-de Waele (lihat persamaan (2-1)).
Jadual 5-1 Indeks kelakuan aliran (n) dan indeks ketekalan bendalir (K) semasa proses peningkatan kadar dan penurunan kadar dan kawasan gelung thixotropy larutan HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidropropil HPS berbeza pada 25 °C
Jadual 5-1 menunjukkan indeks alir n, pekali kelikatan K dan luas gelang thixotropic dari larutan kompaun HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza dalam proses peningkatan ricih dan pengurangan ricih. Ia boleh dilihat daripada jadual bahawa indeks aliran n semua sampel adalah kurang daripada 1, menunjukkan bahawa semua larutan sampel adalah cecair pseudoplastik. Bagi sistem kompaun HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang sama, indeks aliran n meningkat dengan peningkatan kandungan HPMC, menunjukkan bahawa penambahan HPMC menjadikan larutan kompaun mempamerkan ciri bendalir Newtonian yang lebih kuat. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan kandungan HPMC, pekali kelikatan K menurun secara berterusan, menunjukkan bahawa penambahan HPMC mengurangkan kelikatan larutan kompaun, kerana pekali kelikatan K adalah berkadar dengan kelikatan. Nilai n dan nilai K HPS tulen dengan darjah penggantian hidroksipropil berbeza dalam peringkat ricih meningkat kedua-duanya menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, menunjukkan bahawa pengubahsuaian hidroksipropil boleh meningkatkan pseudoplastik kanji dan mengurangkan Kelikatan larutan kanji. Sebaliknya, nilai n meningkat dengan peningkatan tahap penggantian dalam peringkat ricih menurun, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi meningkatkan kelakuan cecair Newtonian penyelesaian selepas ricih berkelajuan tinggi. Nilai n dan nilai K sistem kompaun HPMC/HPS dipengaruhi oleh kedua-dua hidroksipropilasi HPS dan HPMC, yang merupakan hasil daripada tindakan gabungan mereka. Berbanding dengan peringkat ricih yang semakin meningkat, nilai n semua sampel dalam peringkat ricih menurun menjadi lebih besar, manakala nilai K menjadi lebih kecil, menunjukkan bahawa kelikatan larutan kompaun berkurangan selepas ricih berkelajuan tinggi, dan Kelakuan bendalir Newtonian larutan kompaun telah dipertingkatkan. .
Luas cincin thixotropic berkurangan dengan peningkatan kandungan HPMC, menunjukkan bahawa penambahan HPMC mengurangkan thixotropy larutan kompaun dan meningkatkan kestabilannya. Untuk larutan sebatian HPMC/HPS dengan nisbah sebatian yang sama, luas gelang thixotropic berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi meningkatkan kestabilan HPS.
5.3.1.2 Kaedah ricih dengan kaedah pra-keratan dan tiga peringkat thixotropic
Kaedah ricih dengan pra-ricih digunakan untuk mengkaji perubahan kelikatan larutan sebatian HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza dengan kadar ricih. Keputusan ditunjukkan dalam Rajah 5-2. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa larutan HPMC menunjukkan hampir tiada penipisan ricih, manakala sampel lain menunjukkan penipisan ricih. Ini selaras dengan keputusan yang diperoleh dengan kaedah ricih tanpa pra ricih. Ia juga boleh dilihat daripada rajah bahawa pada kadar ricih yang rendah, sampel yang digantikan dengan hidroksipropil tinggi mempamerkan kawasan dataran tinggi.
Rajah 5-2 Kelikatan vs. kadar ricih larutan HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidropropil HPS yang berbeza (dengan pra-ricih)
Kelikatan ricih sifar (h0), indeks aliran (n) dan pekali kelikatan (K) yang diperolehi melalui pemasangan ditunjukkan dalam Jadual 5-2. Daripada jadual, kita dapat melihat bahawa untuk sampel HPS tulen, nilai n yang diperolehi oleh kedua-dua kaedah meningkat dengan tahap penggantian, menunjukkan bahawa kelakuan seperti pepejal larutan kanji berkurangan apabila tahap penggantian meningkat. Dengan peningkatan kandungan HPMC, nilai n semuanya menunjukkan arah aliran menurun, menunjukkan bahawa HPMC mengurangkan tingkah laku seperti pepejal penyelesaian. Ini menunjukkan bahawa keputusan analisis kualitatif kedua-dua kaedah adalah konsisten.
Membandingkan data yang diperoleh untuk sampel yang sama di bawah kaedah ujian yang berbeza, didapati bahawa nilai n yang diperoleh selepas pra-ricih sentiasa lebih besar daripada yang diperolehi dengan kaedah tanpa pra-ricih, yang menunjukkan bahawa sistem komposit yang diperolehi oleh pra-ricih. -kaedah ricih adalah pepejal-seperti tingkah laku adalah lebih rendah daripada yang diukur dengan kaedah tanpa pra-mencukur. Ini kerana keputusan akhir yang diperoleh dalam ujian tanpa pra-ricih sebenarnya adalah hasil gabungan tindakan kadar ricih dan masa ricih, manakala kaedah ujian dengan pra-ricih terlebih dahulu menghapuskan kesan thixotropic dengan ricih tinggi untuk tempoh tertentu masa. Oleh itu, kaedah ini dapat menentukan fenomena penipisan ricih dan ciri aliran sistem kompaun dengan lebih tepat.
Daripada jadual, kita juga boleh melihat bahawa untuk nisbah pengkompaunan yang sama (5:5), nilai n sistem pengkompaunan adalah hampir kepada 1, dan n pra-dicukur meningkat dengan tahap penggantian hidroksipropil Ia menunjukkan bahawa HPMC adalah fasa berterusan dalam sistem kompaun, dan HPMC mempunyai kesan yang lebih kuat ke atas sampel kanji dengan darjah penggantian hidroksipropil yang rendah, yang konsisten dengan keputusan bahawa nilai n meningkat dengan peningkatan darjah penggantian tanpa pra-ricih sebaliknya. Nilai K sistem kompaun dengan darjah penggantian yang berbeza dalam kedua-dua kaedah adalah serupa, dan tidak ada arah aliran yang jelas, manakala kelikatan ricih sifar menunjukkan arah aliran menurun yang jelas, kerana kelikatan ricih sifar adalah bebas daripada ricih. kadar. Kelikatan intrinsik boleh mencerminkan dengan tepat sifat bahan itu sendiri.
Rajah 5-3 Tiga selang thixotropy larutan campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidropropil HPS berbeza
Kaedah thixotropic tiga peringkat telah digunakan untuk mengkaji kesan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza bagi kanji hidroksipropil ke atas sifat thixotropic sistem sebatian. Ia boleh dilihat daripada Rajah 5-3 bahawa dalam peringkat ricih rendah, kelikatan larutan berkurangan dengan peningkatan kandungan HPMC, dan berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian, yang selaras dengan undang-undang kelikatan ricih sifar.
Tahap pemulihan struktur selepas masa yang berbeza dalam peringkat pemulihan dinyatakan oleh kadar pemulihan kelikatan DSR, dan kaedah pengiraan ditunjukkan dalam 2.3.2. Ia boleh dilihat daripada Jadual 5-2 bahawa dalam masa pemulihan yang sama, DSR HPS tulen adalah jauh lebih rendah daripada HPMC tulen, terutamanya kerana molekul HPMC adalah rantai tegar, dan masa kelonggarannya adalah pendek, dan struktur boleh dipulihkan dalam masa yang singkat. pulih. Walaupun HPS ialah rantaian yang fleksibel, masa kelonggarannya adalah panjang, dan pemulihan struktur mengambil masa yang lama. Dengan peningkatan darjah penggantian, DSR HPS tulen berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi meningkatkan fleksibiliti rantai molekul kanji dan menjadikan masa kelonggaran HPS lebih lama. DSR larutan sebatian adalah lebih rendah daripada sampel HPS tulen dan HPMC tulen, tetapi dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil HPS, DSR sampel sebatian meningkat, yang menunjukkan bahawa thixotropy sistem sebatian meningkat dengan peningkatan penggantian hidroksipropil HPS. Ia berkurangan dengan peningkatan tahap penggantian radikal, yang konsisten dengan keputusan tanpa pra-ricih.
Jadual 5-2 Kelikatan ricih sifar (h0), indeks kelakuan aliran (n), indeks ketekalan bendalir (K) semasa kadar peningkatan dan tahap pemulihan struktur (DSR) selepas masa pemulihan tertentu untuk larutan HPS/HPMC dengan hidropropil berbeza darjah penggantian HPS pada 25 °C
Secara ringkasnya, ujian keadaan mantap tanpa pra-ricih dan ujian thixotropy cincin thixotropic boleh menganalisis secara kualitatif sampel dengan perbezaan prestasi yang besar, tetapi untuk sebatian dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza dengan perbezaan prestasi yang kecil Hasil penyelidikan penyelesaian adalah bertentangan dengan keputusan sebenar, kerana data yang diukur adalah hasil menyeluruh pengaruh kadar ricih dan masa ricih, dan tidak boleh benar-benar mencerminkan pengaruh pembolehubah tunggal.
5.3.2 Rantau viskoelastik linear
Adalah diketahui umum bahawa untuk hidrogel, modulus penyimpanan G′ ditentukan oleh kekerasan, kekuatan dan bilangan rantai molekul berkesan, dan modulus kehilangan G′′ ditentukan oleh penghijrahan, gerakan dan geseran molekul kecil dan kumpulan berfungsi. . Ia ditentukan oleh penggunaan tenaga geseran seperti getaran dan putaran. Tanda kewujudan persilangan modulus penyimpanan G′ dan modulus kehilangan G″ (iaitu tan δ = 1). Peralihan dari larutan ke gel dipanggil titik gel. Modulus penyimpanan G′ dan modulus kehilangan G″ sering digunakan untuk mengkaji kelakuan geli, kadar pembentukan dan sifat struktur struktur rangkaian gel [352]. Mereka juga boleh mencerminkan pembangunan struktur dalaman dan struktur molekul semasa pembentukan struktur rangkaian gel. interaksi [353].
Rajah 5-4 menunjukkan lengkung sapu terikan bagi larutan kompaun HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza pada frekuensi 1 Hz dan julat terikan 0.01%-100%. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa di kawasan ubah bentuk yang lebih rendah (0.01–1%), semua sampel kecuali HPMC adalah G′ > G″, menunjukkan keadaan gel. Untuk HPMC, G′ adalah dalam bentuk keseluruhan Julat pembolehubah sentiasa kurang daripada G”, menunjukkan bahawa HPMC berada dalam keadaan penyelesaian. Di samping itu, pergantungan ubah bentuk viscoelasticity sampel yang berbeza adalah berbeza. Bagi sampel G80, pergantungan kekerapan kelikatan kelikatan lebih jelas: apabila ubah bentuk lebih besar daripada 0.3%, dapat dilihat bahawa G' beransur-ansur berkurangan, disertai dengan peningkatan ketara dalam G". peningkatan, serta peningkatan ketara dalam tan δ; dan bersilang apabila jumlah ubah bentuk ialah 1.7%, yang menunjukkan bahawa struktur rangkaian gel G80 rosak teruk selepas jumlah ubah bentuk melebihi 1.7%, dan ia berada dalam keadaan penyelesaian.
Rajah 5-4 Modulus storan (G′) dan modulus kehilangan (G″) vs. terikan untuk campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidroypropil HPS yang berbeza (Simbol pepejal dan berongga masing-masing menunjukkan G′ dan G″)
Rajah 5-5 tan δ vs. terikan untuk larutan campuran HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidropropil HPS yang berbeza
Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa kawasan viskoelastik linear HPS tulen jelas mengecil dengan penurunan darjah penggantian hidroksipropil. Dalam erti kata lain, apabila darjah penggantian hidroksipropil HPS meningkat, perubahan ketara dalam lengkung tan δ cenderung muncul dalam julat jumlah ubah bentuk yang lebih tinggi. Khususnya, kawasan viskoelastik linear G80 adalah yang paling sempit daripada semua sampel. Oleh itu, kawasan viskoelastik linear G80 digunakan untuk menentukan
Kriteria untuk menentukan nilai pembolehubah ubah bentuk dalam siri ujian berikut. Bagi sistem kompaun HPMC/HPS dengan nisbah pengkompaunan yang sama, kawasan viskoelastik linear juga mengecil dengan penurunan darjah penggantian hidroksipropil HPS, tetapi kesan pengecutan darjah penggantian hidroksipropil pada kawasan viskoelastik linear tidak begitu jelas.
5.3.3 Sifat viskoelastik semasa pemanasan dan penyejukan
Sifat viskoelastik dinamik larutan kompaun HPMC/HPS HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 5-6. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, HPMC mempamerkan empat peringkat semasa proses pemanasan: kawasan dataran tinggi awal, dua peringkat pembentukan struktur, dan kawasan dataran tinggi akhir. Pada peringkat dataran tinggi awal, G′ < G″, nilai G′ dan G″ adalah kecil, dan cenderung menurun sedikit dengan peningkatan suhu, menunjukkan kelakuan viskoelastik cecair biasa. Pembentukan terma HPMC mempunyai dua peringkat pembentukan struktur yang berbeza yang dibatasi oleh persilangan G′ dan G″ (iaitu, titik peralihan larutan-gel, sekitar 49 °C), yang konsisten dengan laporan sebelumnya. Konsisten [160, 354]. Pada suhu tinggi, disebabkan oleh persatuan hidrofobik dan persatuan hidrofilik, HPMC secara beransur-ansur membentuk struktur rentas rangkaian [344, 355, 356]. Di kawasan dataran tinggi ekor, nilai G′ dan G″ adalah tinggi, yang menunjukkan bahawa struktur rangkaian gel HPMC terbentuk sepenuhnya.
Empat peringkat HPMC ini muncul secara berurutan dalam susunan terbalik apabila suhu menurun. Persilangan G′ dan G″ beralih ke kawasan suhu rendah pada kira-kira 32 °C semasa peringkat penyejukan, yang mungkin disebabkan oleh histerisis [208] atau kesan pemeluwapan rantai pada suhu rendah [355]. Sama seperti HPMC, sampel lain semasa proses pemanasan Terdapat juga empat peringkat dalam, dan fenomena boleh balik berlaku semasa proses penyejukan. Walau bagaimanapun, dapat dilihat dari rajah bahawa G80 dan A939 menunjukkan proses yang dipermudahkan tanpa persilangan antara G' dan G", dan lengkung G80 tidak muncul. Kawasan platform di bahagian belakang.
Untuk HPS tulen, tahap penggantian hidroksipropil yang lebih tinggi boleh mengalihkan kedua-dua suhu awal dan akhir pembentukan gel, terutamanya suhu awal, iaitu 61 °C untuk G80, A939, dan A1081, masing-masing. , 62 °C dan 54 °C. Di samping itu, untuk sampel HPMC/HPS dengan nisbah pengkompaunan yang sama, apabila tahap penggantian meningkat, nilai G′ dan G″ kedua-duanya cenderung menurun, yang konsisten dengan keputusan kajian terdahulu [357, 358]. Apabila tahap penggantian meningkat, tekstur gel menjadi lembut. Oleh itu, hidroksipropilasi memecahkan struktur tertib kanji asli dan meningkatkan hidrofiliknya [343].
Untuk sampel kompaun HPMC/HPS, kedua-dua G′ dan G″ menurun dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil HPS, yang konsisten dengan keputusan HPS tulen. Lebih-lebih lagi, dengan penambahan HPMC, tahap penggantian mempunyai kesan yang ketara pada G′ Kesan dengan G” menjadi kurang ketara.
Lengkung viskoelastik semua sampel komposit HPMC/HPS menunjukkan trend yang sama, yang sepadan dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi. Dalam erti kata lain, pada suhu rendah, HPS mendominasi sifat viskoelastik sistem terkompaun, manakala pada suhu tinggi HPMC menentukan sifat viskoelastik sistem terkompaun. Keputusan ini terutamanya dikaitkan dengan HPMC. Khususnya, HPS ialah gel sejuk, yang berubah daripada keadaan gel kepada keadaan larutan apabila dipanaskan; sebaliknya, HPMC ialah gel panas, yang secara beransur-ansur membentuk gel dengan struktur rangkaian suhu yang semakin meningkat. Untuk sistem kompaun HPMC/HPS, pada suhu rendah, sifat gel sistem kompaun terutamanya disumbangkan oleh gel sejuk HPS, dan pada suhu tinggi, pada suhu hangat, penggelapan HPMC mendominasi dalam sistem kompaun.
Rajah 5-6 Modulus penyimpanan (G′), modulus kehilangan (G″) dan tan δ berbanding suhu untuk larutan campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidroipropil HPS yang berbeza
Modulus sistem komposit HPMC/HPS, seperti yang dijangkakan, adalah antara moduli HPMC tulen dan HPS tulen. Selain itu, sistem kompleks mempamerkan G′ > G″ dalam keseluruhan julat pengimbasan suhu, yang menunjukkan bahawa kedua-dua HPMC dan HPS boleh membentuk ikatan hidrogen antara molekul dengan molekul air, dan juga boleh membentuk ikatan hidrogen antara satu sama lain. Di samping itu, Pada lengkung faktor kehilangan, semua sistem kompleks mempunyai puncak tan δ pada kira-kira 45 °C, menunjukkan bahawa peralihan fasa berterusan telah berlaku dalam sistem kompleks. Peralihan fasa ini akan dibincangkan dalam 5.3.6 seterusnya. meneruskan perbincangan.
5.3.4 Kesan suhu ke atas kelikatan sebatian
Memahami kesan suhu pada sifat reologi bahan adalah penting kerana julat luas suhu yang mungkin berlaku semasa pemprosesan dan penyimpanan [359, 360]. Dalam julat 5 °C – 85 °C, kesan suhu ke atas kelikatan kompleks larutan sebatian HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 5-7. Daripada Rajah 5-7(a), dapat dilihat bahawa kelikatan kompleks HPS tulen berkurangan dengan ketara dengan peningkatan suhu; kelikatan HPMC tulen berkurangan sedikit daripada awal kepada 45 °C dengan peningkatan suhu. bertambah baik.
Lengkung kelikatan semua sampel kompaun menunjukkan arah aliran yang sama dengan suhu, mula-mula menurun dengan peningkatan suhu dan kemudian meningkat dengan peningkatan suhu. Di samping itu, kelikatan sampel terkompaun adalah lebih dekat dengan HPS pada suhu rendah dan lebih dekat dengan HPMC pada suhu tinggi. Keputusan ini juga berkaitan dengan tingkah laku penggelapan khas kedua-dua HPMC dan HPS. Lengkung kelikatan sampel terkompaun menunjukkan peralihan pantas pada 45 °C, mungkin disebabkan oleh peralihan fasa dalam sistem terkompaun HPMC/HPS. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa kelikatan sampel kompaun G80/HPMC 5:5 pada suhu tinggi adalah lebih tinggi daripada HPMC tulen, yang disebabkan terutamanya oleh kelikatan intrinsik G80 yang lebih tinggi pada suhu tinggi [361]. Di bawah nisbah pengkompaunan yang sama, kelikatan kompaun sistem pengkompaunan berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS. Oleh itu, pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam molekul kanji boleh menyebabkan pemecahan ikatan hidrogen intramolekul dalam molekul kanji.
Rajah 5-7 Kelikatan kompleks vs. suhu untuk campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidroipropil HPS yang berbeza
Kesan suhu pada kelikatan kompleks sistem kompaun HPMC/HPS mematuhi hubungan Arrhenius dalam julat suhu tertentu, dan kelikatan kompleks mempunyai hubungan eksponen dengan suhu. Persamaan Arrhenius adalah seperti berikut:
Antaranya, η* ialah kelikatan kompleks, Pa s;
A ialah pemalar, Pa s;
T ialah suhu mutlak, K;
R ialah pemalar gas, 8.3144 J·mol–1·K–1;
E ialah tenaga pengaktifan, J·mol–1.
Dipasang mengikut formula (5-3), lengkung kelikatan-suhu sistem kompaun boleh dibahagikan kepada dua bahagian mengikut kemuncak tan δ pada 45 °C; sistem kompaun pada 5 °C – 45 °C dan 45 °C – 85 ° Nilai tenaga pengaktifan E dan pemalar A yang diperoleh dengan memasangkan dalam julat C ditunjukkan dalam Jadual 5-3. Nilai pengiraan tenaga pengaktifan E adalah antara −174 kJ·mol−1 dan 124 kJ·mol−1, dan nilai pemalar A adalah antara 6.24×10−11 Pa·s dan 1.99×1028 Pa·s. Dalam julat pemasangan, pekali korelasi yang dipasang adalah lebih tinggi (R2 = 0.9071 –0.9892) kecuali sampel G80/HPMC. Sampel G80/HPMC mempunyai pekali korelasi yang lebih rendah (R2= 0.4435) dalam julat suhu 45 °C – 85 °C, yang mungkin disebabkan oleh kekerasan yang sememangnya lebih tinggi bagi G80 dan beratnya yang lebih cepat berbanding dengan kadar Penghabluran HPS yang lain [ 362]. Sifat G80 ini menjadikannya lebih cenderung untuk membentuk sebatian tidak homogen apabila dikompaun dengan HPMC.
Dalam julat suhu 5 °C – 45 °C, nilai E sampel komposit HPMC/HPS adalah lebih rendah sedikit daripada HPS tulen, yang mungkin disebabkan oleh interaksi antara HPS dan HPMC. Kurangkan pergantungan suhu kelikatan. Nilai E HPMC tulen adalah lebih tinggi daripada sampel lain. Tenaga pengaktifan untuk semua sampel yang mengandungi kanji adalah nilai positif yang rendah, menunjukkan bahawa pada suhu yang lebih rendah, penurunan kelikatan dengan suhu adalah kurang ketara dan formulasi menunjukkan tekstur seperti kanji.
Jadual 5-3 Parameter persamaan Arrhenius (E: tenaga pengaktifan; A: pemalar; R 2 : pekali penentuan) daripada Pers.(1) untuk campuran HPS/HPMC dengan darjah hidroksipropilasi HPS yang berbeza
Walau bagaimanapun, dalam julat suhu yang lebih tinggi iaitu 45 °C – 85 °C, nilai E berubah secara kualitatif antara sampel komposit HPS tulen dan HPMC/HPS, dan nilai E HPS tulen ialah 45.6 kJ·mol−1 – Dalam julat 124 kJ·mol−1, nilai E bagi kompleks berada dalam julat -3.77 kJ·mol−1– -72.2 kJ·mol−1 . Perubahan ini menunjukkan kesan kuat HPMC pada tenaga pengaktifan sistem kompleks, kerana nilai E HPMC tulen ialah -174 kJ mol−1. Nilai E HPMC tulen dan sistem terkompaun adalah negatif, yang menunjukkan bahawa pada suhu yang lebih tinggi, kelikatan meningkat dengan peningkatan suhu, dan sebatian mempamerkan tekstur tingkah laku seperti HPMC.
Kesan HPMC dan HPS pada kelikatan kompleks sistem kompaun HPMC/HPS pada suhu tinggi dan suhu rendah adalah konsisten dengan sifat viskoelastik yang dibincangkan.
5.3.5 Sifat mekanikal dinamik
Rajah 5-8 menunjukkan lengkung sapuan frekuensi pada 5 °C larutan kompaun HPMC/HPS HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa HPS tulen mempamerkan tingkah laku seperti pepejal tipikal (G′ > G″), manakala HPMC ialah tingkah laku seperti cecair (G′ < G″). Semua formulasi HPMC/HPS mempamerkan tingkah laku seperti pepejal. Bagi kebanyakan sampel, kedua-dua G′ dan G″ meningkat dengan peningkatan kekerapan, menunjukkan bahawa kelakuan seperti pepejal bahan adalah kuat.
HPMC tulen mempamerkan pergantungan frekuensi yang jelas yang sukar dilihat dalam sampel HPS tulen. Seperti yang dijangkakan, sistem kompleks HPMC/HPS menunjukkan tahap pergantungan frekuensi tertentu. Untuk semua sampel yang mengandungi HPS, n′ sentiasa lebih rendah daripada n″, dan G″ mempamerkan pergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, menunjukkan bahawa sampel ini lebih elastik daripada likat [352, 359, 363]. Oleh itu, prestasi sampel terkompaun ditentukan terutamanya oleh HPS, terutamanya kerana HPMC membentangkan keadaan larutan kelikatan yang lebih rendah pada suhu rendah.
Jadual 5-4 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidropropil HPS berbeza pada 5 °C seperti yang ditentukan daripada Persamaan. (5-1) dan (5-2)
Rajah 5-8 Modulus storan (G′) dan modulus kehilangan (G″) berbanding kekerapan untuk campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidroipropil HPS berbeza pada 5 °C
HPMC tulen mempamerkan pergantungan frekuensi yang jelas yang sukar dilihat dalam sampel HPS tulen. Seperti yang dijangkakan untuk kompleks HPMC/HPS, sistem ligan mempamerkan tahap pergantungan frekuensi tertentu. Untuk semua sampel yang mengandungi HPS, n′ sentiasa lebih rendah daripada n″, dan G″ mempamerkan pergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, menunjukkan bahawa sampel ini lebih elastik daripada likat [352, 359, 363]. Oleh itu, prestasi sampel terkompaun ditentukan terutamanya oleh HPS, terutamanya kerana HPMC membentangkan keadaan larutan kelikatan yang lebih rendah pada suhu rendah.
Rajah 5-9 menunjukkan lengkung sapu frekuensi larutan kompaun HPMC/HPS HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza pada 85°C. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, semua sampel HPS lain kecuali A1081 mempamerkan tingkah laku seperti pepejal yang tipikal. Untuk A1081, nilai G' dan G" adalah sangat hampir, dan G' adalah lebih kecil sedikit daripada G", yang menunjukkan bahawa A1081 berkelakuan sebagai bendalir.
Ini mungkin kerana A1081 ialah gel sejuk dan mengalami peralihan gel-ke-larutan pada suhu tinggi. Sebaliknya, bagi sampel dengan nisbah pengkompaunan yang sama, nilai n′, n″, G0′ dan G0″ (Jadual 5-5) semuanya menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi menurunkan pepejal- seperti tingkah laku kanji pada suhu tinggi (85°C). Khususnya, n′ dan n″ G80 adalah hampir kepada 0, menunjukkan tingkah laku seperti pepejal yang kuat; sebaliknya, nilai n′ dan n″ A1081 adalah hampir kepada 1, menunjukkan kelakuan bendalir yang kuat. Nilai n' dan n” ini adalah konsisten dengan data untuk G' dan G”. Di samping itu, seperti yang boleh dilihat dari Rajah 5-9, tahap penggantian hidroksipropil boleh meningkatkan dengan ketara pergantungan frekuensi HPS pada suhu tinggi.
Rajah 5-9 Modulus storan (G′) dan modulus kehilangan (G″) berbanding kekerapan untuk campuran HPS/HPMC dengan darjah penggantian hidroipropil HPS berbeza pada 85 °C
Rajah 5-9 menunjukkan bahawa HPMC mempamerkan kelakuan seperti pepejal tipikal (G′ > G″) pada 85°C, yang terutamanya dikaitkan dengan sifat termogelnya. Di samping itu, G′ dan G″ HPMC berbeza mengikut kekerapan Peningkatan tidak banyak berubah, menunjukkan bahawa ia tidak mempunyai pergantungan frekuensi yang jelas.
Untuk sistem kompaun HPMC/HPS, nilai n′ dan n″ kedua-duanya hampir kepada 0, dan G0′ adalah jauh lebih tinggi daripada G0 (Jadual″ 5-5), mengesahkan kelakuan seperti pepejalnya. Sebaliknya, penggantian hidroksipropil yang lebih tinggi boleh mengalihkan HPS daripada tingkah laku seperti pepejal kepada seperti cecair, fenomena yang tidak berlaku dalam larutan terkompaun. Di samping itu, untuk sistem kompaun yang ditambah dengan HPMC, dengan peningkatan kekerapan, kedua-dua G' dan G" kekal secara relatif stabil, dan nilai n' dan n" adalah hampir dengan HPMC. Kesemua keputusan ini menunjukkan bahawa HPMC mendominasi kelikatan sistem terkompaun pada suhu tinggi 85°C.
Jadual 5-5 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan penggantian hidropropil HPS berbeza pada 85 °C seperti yang ditentukan daripada Persamaan. (5-1) dan (5-2)
5.3.6 Morfologi sistem komposit HPMC/HPS
Peralihan fasa sistem kompaun HPMC/HPS dikaji oleh mikroskop optik pewarnaan iodin. Sistem kompaun HPMC/HPS dengan nisbah kompaun 5:5 telah diuji pada 25 °C, 45 °C dan 85 °C. Imej mikroskop cahaya berwarna di bawah ditunjukkan dalam Rajah 5-10. Dapat dilihat daripada rajah bahawa selepas dicelup dengan iodin, fasa HPS dicelup kepada warna yang lebih gelap, dan fasa HPMC menunjukkan warna yang lebih cerah kerana ia tidak boleh dicelup oleh iodin. Oleh itu, dua fasa HPMC/HPS boleh dibezakan dengan jelas. Pada suhu yang lebih tinggi, kawasan kawasan gelap (fasa HPS) meningkat dan kawasan kawasan terang (fasa HPMC) berkurangan. Khususnya, pada 25 °C, HPMC (warna terang) ialah fasa berterusan dalam sistem komposit HPMC/HPS, dan fasa HPS sfera kecil (warna gelap) tersebar dalam fasa berterusan HPMC. Sebaliknya, pada 85 °C, HPMC menjadi fasa tersebar yang sangat kecil dan berbentuk tidak teratur yang tersebar dalam fasa berterusan HPS.
Rajah 5-8 Morfologi campuran 1:1 HPMC/HPS yang dicelup pada 25 °C, 45 °C dan 85 °C
Dengan peningkatan suhu, perlu ada titik peralihan morfologi fasa fasa berterusan dari HPMC ke HPS dalam sistem kompaun HPMC/HPS. Secara teori, ia sepatutnya berlaku apabila kelikatan HPMC dan HPS adalah sama atau hampir sama. Seperti yang dapat dilihat daripada mikrograf 45 °C dalam Rajah 5-10, rajah fasa "pulau laut" biasa tidak muncul, tetapi fasa berterusan bersama diperhatikan. Pemerhatian ini juga mengesahkan fakta bahawa peralihan fasa fasa berterusan mungkin telah berlaku pada puncak tan δ dalam lengkung faktor-suhu pelesapan yang dibincangkan dalam 5.3.3.
Ia juga boleh dilihat daripada rajah bahawa pada suhu rendah (25 °C), beberapa bahagian fasa tersebar HPS gelap menunjukkan tahap warna terang tertentu, yang mungkin disebabkan sebahagian daripada fasa HPMC wujud dalam fasa HPS dalam bentuk fasa tersebar. tengah. Secara kebetulan, pada suhu tinggi (85 °C), beberapa zarah gelap kecil diedarkan dalam fasa tersebar HPMC berwarna terang, dan zarah gelap kecil ini ialah HPS fasa berterusan. Pemerhatian ini mencadangkan bahawa tahap mesophase tertentu wujud dalam sistem kompaun HPMC-HPS, dengan itu juga menunjukkan bahawa HPMC mempunyai keserasian tertentu dengan HPS.
5.3.7 Gambar rajah skema peralihan fasa sistem kompaun HPMC/HPS
Berdasarkan kelakuan reologi klasik larutan polimer dan titik gel komposit [216, 232] dan perbandingan dengan kompleks yang dibincangkan dalam kertas, model prinsip untuk transformasi struktur kompleks HPMC/HPS dengan suhu dicadangkan, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 5-11.
Rajah 5-11 Struktur skematik peralihan sol-gel HPMC (a); HPS (b); dan HPMC/HPS (c)
Tingkah laku gel HPMC dan mekanisme peralihan larutan-gel berkaitannya telah banyak dikaji [159, 160, 207, 208]. Salah satu yang diterima secara meluas ialah rantai HPMC wujud dalam larutan dalam bentuk berkas agregat. Kelompok ini saling berkaitan dengan membungkus beberapa struktur selulosa yang tidak tersubstitusi atau jarang larut, dan disambungkan kepada kawasan yang digantikan padat oleh pengagregatan hidrofobik kumpulan metil dan kumpulan hidroksil. Pada suhu rendah, molekul air membentuk struktur seperti sangkar di luar kumpulan metil hidrofobik dan struktur cangkerang air di luar kumpulan hidrofilik seperti kumpulan hidroksil, menghalang HPMC daripada membentuk ikatan hidrogen antara rantai pada suhu rendah. Apabila suhu meningkat, HPMC menyerap tenaga dan sangkar air dan struktur cangkerang air ini rosak, yang merupakan kinetik peralihan gel larutan. Pecah sangkar air dan cangkerang air mendedahkan kumpulan metil dan hidroksipropil kepada persekitaran berair, mengakibatkan peningkatan ketara dalam isipadu bebas. Pada suhu yang lebih tinggi, disebabkan oleh persatuan hidrofobik kumpulan hidrofobik dan persatuan hidrofilik kumpulan hidrofilik, struktur rangkaian tiga dimensi gel akhirnya terbentuk, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5-11(a).
Selepas gelatinisasi kanji, amilosa larut daripada butiran kanji untuk membentuk struktur heliks tunggal berongga, yang digulung secara berterusan dan akhirnya membentangkan keadaan gegelung rawak. Struktur heliks tunggal ini membentuk rongga hidrofobik di bahagian dalam dan permukaan hidrofilik di bahagian luar. Struktur kanji yang padat ini memberikannya kestabilan yang lebih baik [230-232]. Oleh itu, HPS wujud dalam bentuk gegelung rawak boleh ubah dengan beberapa segmen heliks terbentang dalam larutan akueus pada suhu tinggi. Apabila suhu menurun, ikatan hidrogen antara HPS dan molekul air dipecahkan dan air terikat hilang. Akhirnya, struktur rangkaian tiga dimensi terbentuk kerana pembentukan ikatan hidrogen antara rantai molekul, dan gel terbentuk, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5-11(b).
Biasanya, apabila dua komponen dengan kelikatan yang sangat berbeza dikompaun, komponen kelikatan tinggi cenderung untuk membentuk fasa terserak dan tersebar dalam fasa berterusan komponen kelikatan rendah. Pada suhu rendah, kelikatan HPMC jauh lebih rendah daripada kelikatan HPS. Oleh itu, HPMC membentuk fasa berterusan mengelilingi fasa gel HPS berkelikatan tinggi. Di tepi dua fasa, kumpulan hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebahagian daripada air terikat dan membentuk ikatan hidrogen antara molekul dengan rantai molekul HPS. Semasa proses pemanasan, rantai molekul HPS bergerak kerana menyerap tenaga yang mencukupi dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, mengakibatkan pecahnya struktur gel. Pada masa yang sama, struktur sangkar air dan struktur cangkerang air pada rantai HPMC telah dimusnahkan dan secara beransur-ansur pecah untuk mendedahkan kumpulan hidrofilik dan kelompok hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur rangkaian gel disebabkan oleh ikatan hidrogen antara molekul dan perkaitan hidrofobik, dan dengan itu menjadi fasa terserak berkelikatan tinggi yang tersebar dalam fasa berterusan HPS gegelung rawak, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5-11(c). Oleh itu, HPS dan HPMC mendominasi sifat reologi, sifat gel dan morfologi fasa gel komposit pada suhu rendah dan tinggi, masing-masing.
Pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam molekul kanji memecahkan struktur ikatan hidrogen intramolekul tertib dalamannya, supaya molekul amilosa gelatin berada dalam keadaan bengkak dan meregang, yang meningkatkan jumlah penghidratan berkesan molekul dan menghalang kecenderungan molekul kanji untuk terjerat secara rawak dalam larutan akueus [362]. Oleh itu, sifat hidroksipropil yang besar dan hidrofilik menjadikan penggabungan semula rantai molekul amilosa dan pembentukan kawasan penghubung silang sukar [233]. Oleh itu, dengan penurunan suhu, berbanding dengan kanji asli, HPS cenderung untuk membentuk struktur rangkaian gel yang lebih longgar dan lembut.
Dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil, terdapat lebih banyak serpihan heliks yang diregangkan dalam larutan HPS, yang boleh membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antara molekul dengan rantai molekul HPMC di sempadan dua fasa, dengan itu membentuk struktur yang lebih seragam. Di samping itu, hidroksipropilasi mengurangkan kelikatan kanji, yang mengurangkan perbezaan kelikatan antara HPMC dan HPS dalam perumusan. Oleh itu, titik peralihan fasa dalam sistem kompleks HPMC/HPS beralih kepada suhu rendah dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS. Ini boleh disahkan oleh perubahan mendadak dalam kelikatan dengan suhu sampel yang dibentuk semula dalam 5.3.4.
5.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, larutan kompaun HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza telah disediakan, dan kesan darjah penggantian hidroksipropil HPS ke atas sifat reologi dan sifat gel sistem kompaun gel sejuk dan panas HPMC/HPS telah disiasat oleh rheometer. Taburan fasa sistem komposit gel sejuk dan panas HPMC/HPS dikaji dengan analisis mikroskop optik pewarnaan iodin. Penemuan utama adalah seperti berikut:
- Pada suhu bilik, kelikatan dan penipisan ricih larutan kompaun HPMC/HPS menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS. Ini terutamanya kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam molekul kanji memusnahkan struktur ikatan hidrogen intramolekulnya dan meningkatkan hidrofilik kanji.
- Pada suhu bilik, kelikatan ricih sifar h0, indeks aliran n, dan pekali kelikatan K larutan kompaun HPMC/HPS dipengaruhi oleh kedua-dua HPMC dan hidroksipropilasi. Dengan peningkatan kandungan HPMC, kelikatan ricih sifar h0 berkurangan, indeks aliran n meningkat, dan pekali kelikatan K berkurangan; kelikatan ricih sifar h0, indeks aliran n dan pekali kelikatan K HPS tulen semuanya meningkat dengan hidroksil Dengan peningkatan tahap penggantian propil, ia menjadi lebih kecil; tetapi bagi sistem kompaun, kelikatan ricih sifar h0 berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian, manakala indeks aliran n dan pemalar kelikatan K meningkat dengan peningkatan darjah penggantian.
- Kaedah ricih dengan pra-ricih dan thixotropy tiga peringkat boleh menggambarkan dengan lebih tepat kelikatan, sifat aliran dan thixotropy larutan kompaun.
- Kawasan viskoelastik linear sistem kompaun HPMC/HPS mengecil dengan penurunan darjah penggantian hidroksipropil HPS.
- Dalam sistem kompaun gel sejuk-panas ini, HPMC dan HPS boleh membentuk fasa berterusan pada suhu rendah dan tinggi, masing-masing. Perubahan struktur fasa ini boleh menjejaskan dengan ketara kelikatan kompleks, sifat viskoelastik, pergantungan frekuensi dan sifat gel bagi gel kompleks.
- Sebagai fasa tersebar, HPMC dan HPS boleh menentukan sifat reologi dan sifat gel bagi sistem kompaun HPMC/HPS pada suhu tinggi dan rendah, masing-masing. Lengkung viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS adalah konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
- Tahap pengubahsuaian kimia yang berbeza bagi struktur kanji juga mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat gel. Keputusan menunjukkan bahawa kelikatan kompleks, modulus penyimpanan, dan modulus kehilangan semuanya berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS. Oleh itu, hidroksipropilasi kanji asli boleh mengganggu struktur tertibnya dan meningkatkan hidrofilik kanji, menghasilkan tekstur gel yang lembut.
- Hidroksipropilasi boleh mengurangkan kelakuan seperti pepejal larutan kanji pada suhu rendah dan kelakuan seperti cecair pada suhu tinggi. Pada suhu rendah, nilai n′ dan n″ menjadi lebih besar dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS; pada suhu tinggi, nilai n′ dan n″ menjadi lebih kecil dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS.
- Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel sistem komposit HPMC/HPS telah diwujudkan. Kedua-dua perubahan mendadak dalam lengkung kelikatan sistem terkompaun dan kemuncak tan δ dalam lengkung faktor kehilangan muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fasa berterusan bersama yang diperhatikan dalam mikrograf (pada 45 °C).
Secara ringkasnya, sistem komposit gel sejuk-panas HPMC/HPS mempamerkan morfologi dan sifat fasa terkawal suhu khas. Melalui pelbagai pengubahsuaian kimia kanji dan selulosa, sistem kompaun gel sejuk dan panas HPMC/HPS boleh digunakan untuk pembangunan dan penggunaan bahan pintar bernilai tinggi.
Bab 6 Kesan Ijazah Penggantian HPS terhadap Sifat dan Keserasian Sistem Membran Komposit HPMC/HPS
Ia boleh dilihat daripada Bab 5 bahawa perubahan struktur kimia komponen dalam sistem sebatian menentukan perbezaan sifat reologi, sifat gel dan sifat pemprosesan lain sistem sebatian. Prestasi keseluruhan mempunyai kesan yang ketara.
Bab ini memberi tumpuan kepada pengaruh struktur kimia komponen terhadap struktur mikro dan sifat makroskopik membran komposit HPMC/HPS. Digabungkan dengan pengaruh Bab 5 ke atas sifat reologi sistem komposit, sifat reologi sistem komposit HPMC/HPS diwujudkan- hubungan antara sifat filem.
6.1 Bahan dan Peralatan
6.1.1 Bahan eksperimen utama
6.1.2 Instrumen dan peralatan utama
6.2 Kaedah eksperimen
6.2.1 Penyediaan membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
Jumlah kepekatan larutan kompaun ialah 8% (b/b), nisbah kompaun HPMC/HPS ialah 10:0, 5:5, 0:10, pemplastik ialah 2.4% (b/b) polietilena glikol, Yang boleh dimakan filem komposit HPMC/HPS disediakan dengan kaedah tuangan. Untuk kaedah penyediaan khusus, lihat 3.2.1.
6.2.2 Struktur mikrodomain membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
6.2.2.1 Prinsip analisis struktur mikro bagi penyerakan sinar-X sudut kecil sinaran sinkrotron
Penyebaran Sinar-X Malaikat Kecil (SAXS) merujuk kepada fenomena serakan yang disebabkan oleh sinar X-ray yang menyinari sampel yang diuji dalam sudut kecil berhampiran dengan sinar X-ray. Berdasarkan perbezaan ketumpatan elektron skala nano antara penyerakan dan medium sekeliling, penyerakan sinar-X sudut kecil biasanya digunakan dalam kajian bahan polimer pepejal, koloid dan cecair dalam julat skala nano. Berbanding dengan teknologi pembelauan sinar-X sudut lebar, SAXS boleh mendapatkan maklumat struktur pada skala yang lebih besar, yang boleh digunakan untuk menganalisis konformasi rantai molekul polimer, struktur jangka panjang, dan struktur fasa dan pengedaran fasa sistem kompleks polimer . Sumber cahaya sinar-X Synchrotron ialah jenis sumber cahaya berprestasi tinggi baharu, yang mempunyai kelebihan ketulenan tinggi, polarisasi tinggi, nadi sempit, kecerahan tinggi, dan penyelarasan tinggi, jadi ia boleh mendapatkan maklumat struktur skala nano bahan dengan lebih cepat. dan tepat. Menganalisis spektrum SAXS bagi bahan yang diukur secara kualitatif boleh memperoleh keseragaman ketumpatan awan elektron, keseragaman ketumpatan awan elektron fasa tunggal (sisihan positif daripada teorem Porod atau Debye), dan kejelasan antara muka dua fasa (sisihan negatif daripada Porod atau teorem Debye). ), keserupaan diri penyerakan (sama ada ia mempunyai ciri fraktal), serakan penyerakan (monodispersi atau polidispersi ditentukan oleh Guinier) dan maklumat lain, dan dimensi fraktal penyerakan, jejari lilitan, dan lapisan purata unit berulang juga boleh diperoleh secara kuantitatif. Ketebalan, saiz purata, pecahan isipadu penyebar, luas permukaan tertentu dan parameter lain.
6.2.2.2 Kaedah ujian
Di Pusat Sinaran Synchrotron Australia (Clayton, Victoria, Australia), sumber sinaran sinkrotron generasi ketiga termaju di dunia (fluks 1013 foton/s, panjang gelombang 1.47 Å) telah digunakan untuk menentukan struktur domain mikro dan maklumat berkaitan komposit yang lain. filem. Corak taburan dua dimensi sampel ujian dikumpulkan oleh pengesan Pilatus 1M (kawasan 169 × 172 μm, saiz piksel 172 × 172 μm), dan sampel yang diukur adalah dalam julat 0.015 < q < 0.15 Å−1 ( q ialah vektor serakan) Lengkung serakan sinar-X sudut kecil satu dimensi dalam diperoleh daripada corak serakan dua dimensi oleh perisian ScatterBrain, dan vektor serakan q dan sudut serakan 2 ditukarkan oleh formula i / , di manakah panjang gelombang sinar-X. Semua data telah dinormalisasi sebelum analisis data.
6.2.3 Analisis termogravimetrik membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza
6.2.3.1 Prinsip analisis termogravimetrik
Sama seperti 3.2.5.1
6.2.3.2 Kaedah ujian
Lihat 3.2.5.2
6.2.4 Sifat tegangan bagi filem komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza
6.2.4.1 Prinsip analisis sifat tegangan
Sama seperti 3.2.6.1
6.2.4.2 Kaedah ujian
Lihat 3.2.6.2
Menggunakan piawaian ISO37, ia dipotong menjadi spline berbentuk dumbbell, dengan jumlah panjang 35mm, jarak antara garis penanda 12mm, dan lebar 2mm. Semua spesimen ujian telah diseimbangkan pada kelembapan 75% selama lebih daripada 3 hari.
6.2.5 Kebolehtelapan oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza
6.2.5.1 Prinsip analisis kebolehtelapan oksigen
Sama seperti 3.2.7.1
6.2.5.2 Kaedah ujian
Lihat 3.2.7.2
6.3 Keputusan dan Perbincangan
6.3.1 Analisis struktur kristal bagi filem komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza
Rajah 6-1 menunjukkan spektrum serakan sinar-X sudut kecil bagi filem komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa dalam julat skala yang agak besar q > 0.3 Å (2θ > 40), puncak ciri yang jelas muncul dalam semua sampel membran. Daripada corak serakan sinar-X bagi filem komponen tulen (Rajah 6-1a), HPMC tulen mempunyai puncak ciri serakan sinar-X yang kuat pada 0.569 Å, menunjukkan bahawa HPMC mempunyai puncak serakan sinar-X dalam sudut lebar. rantau 7.70 (2θ > 50). Puncak ciri kristal, menunjukkan bahawa HPMC mempunyai struktur kristal tertentu di sini. Kedua-dua sampel filem kanji tulen A939 dan A1081 mempamerkan puncak serakan sinar-X yang berbeza pada 0.397 Å, menunjukkan bahawa HPS mempunyai puncak ciri kristal dalam kawasan sudut lebar 5.30, yang sepadan dengan puncak kristal kanji jenis B. Jelas dapat dilihat daripada rajah bahawa A939 dengan penggantian hidroksipropil rendah mempunyai kawasan puncak yang lebih besar daripada A1081 dengan penggantian tinggi. Ini terutamanya kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam rantai molekul kanji memecahkan struktur tertib asal molekul kanji, meningkatkan kesukaran penyusunan semula dan penghubung silang antara rantai molekul kanji, dan mengurangkan tahap penghabluran semula kanji. Dengan peningkatan tahap penggantian kumpulan hidroksipropil, kesan perencatan kumpulan hidroksipropil pada penghabluran semula kanji adalah lebih jelas.
Ia boleh dilihat daripada spektrum serakan sinar-X sudut kecil bagi sampel komposit (Rajah 6-1b) bahawa filem komposit HPMC-HPS semuanya menunjukkan puncak ciri yang jelas pada 0.569 Å dan 0.397 Å, sepadan dengan kristal 7.70 HPMC. puncak ciri, masing-masing. Kawasan puncak penghabluran HPS bagi filem komposit HPMC/A939 adalah jauh lebih besar daripada filem komposit HPMC/A1081. Penyusunan semula ditindas, yang konsisten dengan variasi kawasan puncak penghabluran HPS dengan tahap penggantian hidroksipropil dalam filem komponen tulen. Kawasan puncak kristal yang sepadan dengan HPMC pada 7.70 untuk membran komposit dengan tahap penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza tidak banyak berubah. Berbanding dengan spektrum sampel komponen tulen (Rajah 5-1a), kawasan puncak penghabluran HPMC dan puncak penghabluran HPS bagi sampel komposit menurun, yang menunjukkan bahawa melalui gabungan kedua-dua, kedua-dua HPMC dan HPS boleh berkesan untuk kumpulan yang lain. Fenomena penghabluran semula bahan pemisahan filem memainkan peranan menghalang tertentu.
Rajah 6-1 Spektrum SAXS filem campuran HPMC/HPS dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
Kesimpulannya, peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS dan pengkompaunan kedua-dua komponen boleh menghalang fenomena penghabluran semula membran komposit HPMC/HPS pada tahap tertentu. Peningkatan tahap penggantian hidroksipropil HPS terutamanya menghalang penghabluran semula HPS dalam membran komposit, manakala sebatian dua komponen memainkan peranan perencatan tertentu dalam penghabluran semula HPS dan HPMC dalam membran komposit.
6.3.2 Analisis struktur fraktal serupa sendiri bagi membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
Purata panjang rantai (R) molekul polisakarida seperti molekul kanji dan molekul selulosa adalah dalam julat 1000-1500 nm, dan q berada dalam julat 0.01-0.1 Å-1, dengan qR >> 1. Menurut Formula porod, sampel filem polisakarida boleh dilihat Hubungan antara keamatan serakan sinar-X sudut kecil dan sudut serakan ialah:
Antaranya, I(q) ialah keamatan serakan sinar-X sudut kecil;
q ialah sudut serakan;
α ialah cerun Porod.
Cerun Porod α berkaitan dengan struktur fraktal. Jika α < 3, ia menunjukkan bahawa struktur bahan agak longgar, permukaan penyebar adalah licin, dan ia adalah fraktal jisim, dan dimensi fraktalnya D = α; jika 3 < α <4, ia menunjukkan bahawa struktur bahan adalah padat dan penyerak adalah permukaannya kasar, iaitu fraktal permukaan, dan dimensi fraktalnya D = 6 – α.
Rajah 6-2 menunjukkan plot lnI(q)-lnq membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa semua sampel membentangkan struktur fraktal yang serupa sendiri dalam julat tertentu, dan cerun Porod α adalah kurang daripada 3, menunjukkan bahawa filem komposit membentangkan fraktal jisim, dan permukaan filem komposit secara relatifnya. licin. Dimensi fraktal jisim membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza ditunjukkan dalam Jadual 6-1.
Jadual 6-1 menunjukkan dimensi fraktal membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada jadual bahawa untuk sampel HPS tulen, dimensi fraktal A939 digantikan dengan hidroksipropil rendah jauh lebih tinggi daripada A1081 digantikan dengan hidroksipropil tinggi, yang menunjukkan bahawa dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil, dalam membran Ketumpatan struktur serupa diri dikurangkan dengan ketara. Ini kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil pada rantai molekul kanji dengan ketara menghalang ikatan bersama segmen HPS, mengakibatkan penurunan ketumpatan struktur serupa diri dalam filem. Kumpulan hidroksipropil hidrofilik boleh membentuk ikatan hidrogen antara molekul dengan molekul air, mengurangkan interaksi antara segmen molekul; kumpulan hidroksipropil yang lebih besar mengehadkan penggabungan semula dan penghubung silang antara segmen molekul kanji, jadi dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil, HPS membentuk struktur serupa diri yang lebih longgar.
Untuk sistem kompaun HPMC/A939, dimensi fraktal HPS adalah lebih tinggi daripada HPMC, kerana kanji mengkristal semula, dan struktur yang lebih teratur terbentuk di antara rantai molekul, yang membawa kepada struktur yang serupa dalam membran. . Ketumpatan tinggi. Dimensi fraktal sampel kompaun adalah lebih rendah daripada dua komponen tulen, kerana melalui pengkompaunan, pengikatan bersama segmen molekul kedua-dua komponen dihalang oleh satu sama lain, mengakibatkan ketumpatan struktur serupa sendiri berkurangan. Sebaliknya, dalam sistem kompaun HPMC/A1081, dimensi fraktal HPS jauh lebih rendah daripada HPMC. Ini kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil dalam molekul kanji dengan ketara menghalang penghabluran semula kanji. Struktur serupa diri dalam kayu lebih longgar. Pada masa yang sama, dimensi fraktal sampel kompaun HPMC/A1081 adalah lebih tinggi daripada HPS tulen, yang juga berbeza dengan ketara daripada sistem kompaun HPMC/A939. Struktur serupa sendiri, molekul HPMC seperti rantai boleh memasuki rongga struktur longgarnya, dengan itu meningkatkan ketumpatan struktur serupa sendiri HPS, yang juga menunjukkan bahawa HPS dengan penggantian hidroksipropil tinggi boleh membentuk kompleks yang lebih seragam selepas pengkompaunan dengan HPMC. bahan-bahan. Daripada data sifat reologi, dapat dilihat bahawa hidroksipropilasi dapat mengurangkan kelikatan kanji, jadi semasa proses pengkompaunan, perbezaan kelikatan antara kedua-dua komponen dalam sistem pengkompaunan berkurangan, yang lebih kondusif untuk pembentukan yang homogen. kompaun.
Rajah 6-2 Corak lnI(q)-lnq dan lengkung muatnya untuk filem campuran HPMC/HPS dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
Jadual 6-1 Parameter struktur fraktal filem campuran HPS/HPMC dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
Bagi membran komposit dengan nisbah sebatian yang sama, dimensi fraktal juga berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian kumpulan hidroksipropil. Pengenalan hidroksipropil ke dalam molekul HPS boleh mengurangkan ikatan bersama segmen polimer dalam sistem kompaun, dengan itu mengurangkan ketumpatan membran komposit; HPS dengan penggantian hidroksipropil tinggi mempunyai keserasian yang lebih baik dengan HPMC, Lebih mudah untuk membentuk sebatian seragam dan padat. Oleh itu, ketumpatan struktur serupa diri dalam membran komposit berkurangan dengan peningkatan tahap penggantian HPS, yang merupakan hasil pengaruh bersama darjah penggantian HPS hidroksipropil dan keserasian kedua-dua komponen dalam komposit. sistem.
6.3.3 Analisis kestabilan terma bagi filem komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
Penganalisis termogravimetrik digunakan untuk menguji kestabilan terma filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza. Rajah 6-3 menunjukkan keluk termogravimetrik (TGA) dan keluk kadar penurunan berat (DTG) bagi filem komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada lengkung TGA dalam Rajah 6-3(a) bahawa sampel membran komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza. Terdapat dua peringkat perubahan termogravimetrik yang jelas dengan peningkatan suhu. Pertama, terdapat peringkat penurunan berat badan yang kecil pada 30~180 °C, yang disebabkan terutamanya oleh pemeruapan air yang diserap oleh makromolekul polisakarida. Terdapat fasa penurunan berat badan yang besar pada 300~450 °C, yang merupakan fasa degradasi haba sebenar, terutamanya disebabkan oleh degradasi haba HPMC dan HPS. Ia juga boleh dilihat daripada rajah bahawa lengkung penurunan berat HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza adalah serupa dan berbeza dengan ketara daripada HPMC. Antara dua jenis lengkung penurunan berat badan untuk sampel HPMC tulen dan HPS tulen.
Daripada lengkung DTG dalam Rajah 6-3(b), dapat dilihat bahawa suhu degradasi terma HPS tulen dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza adalah sangat hampir, dan suhu puncak degradasi haba sampel A939 dan A081 ialah 310 °C dan 305 °C, masing-masing Suhu puncak degradasi terma sampel HPMC tulen adalah lebih tinggi dengan ketara berbanding HPS, dan suhu puncaknya ialah 365 °C; Filem komposit HPMC/HPS mempunyai dua puncak degradasi haba pada lengkung DTG, sepadan dengan degradasi haba HPS dan HPMC, masing-masing. Puncak ciri, yang menunjukkan bahawa terdapat tahap pemisahan fasa tertentu dalam sistem komposit dengan nisbah komposit 5:5, yang konsisten dengan keputusan degradasi haba filem komposit dengan nisbah komposit 5:5 dalam Bab 3 . suhu puncak degradasi haba bagi sampel filem komposit HPMC/A1081 ialah 306 °C dan 363 °C, masing-masing. Suhu puncak sampel filem komposit telah dialihkan kepada suhu yang lebih rendah daripada sampel komponen tulen, yang menunjukkan bahawa kestabilan haba sampel komposit telah berkurangan. Bagi sampel dengan nisbah pengkompaunan yang sama, suhu puncak degradasi haba menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, menunjukkan bahawa kestabilan terma filem komposit menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil. Ini kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam molekul kanji mengurangkan interaksi antara segmen molekul dan menghalang penyusunan semula molekul yang teratur. Ia konsisten dengan keputusan bahawa ketumpatan struktur serupa sendiri berkurangan dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil.
Rajah 6-3 Lengkung TGA (a) dan lengkung terbitannya (DTG) (b) filem campuran HPMC/HPS dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
6.3.4 Analisis sifat mekanikal membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
Rajah 6-5 Sifat tegangan filem HPMC/HPS dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
Sifat tegangan filem komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza telah diuji oleh penganalisis sifat mekanikal pada 25 °C dan 75% kelembapan relatif. Rajah 6-5 menunjukkan modulus keanjalan (a), pemanjangan pada pecah (b) dan kekuatan tegangan (c) filem komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa bagi sistem kompaun HPMC/A1081, dengan peningkatan kandungan HPS, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit berkurangan secara beransur-ansur, dan pemanjangan pada pecah meningkat dengan ketara, yang konsisten dengan 3.3. 5 kelembapan sederhana dan tinggi. Keputusan membran komposit dengan nisbah sebatian berbeza adalah konsisten.
Untuk membran HPS tulen, kedua-dua modulus keanjalan dan kekuatan tegangan meningkat dengan penurunan darjah penggantian hidroksipropil HPS, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi mengurangkan kekakuan membran komposit dan meningkatkan kelenturannya. Ini terutamanya kerana dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, hidrofilik HPS meningkat, dan struktur membran menjadi lebih longgar, yang konsisten dengan keputusan bahawa dimensi fraktal berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian dalam sudut kecil X- ujian taburan sinar. Walau bagaimanapun, pemanjangan semasa pecah berkurangan dengan penurunan tahap penggantian kumpulan hidroksipropil HPS, yang terutamanya kerana pengenalan kumpulan hidroksipropil ke dalam molekul kanji boleh menghalang penghabluran semula kanji. Hasilnya konsisten dengan peningkatan dan penurunan.
Bagi membran komposit HPMC/HPS dengan nisbah kompaun yang sama, modulus keanjalan bahan membran meningkat dengan penurunan darjah penggantian hidroksipropil HPS, dan kekuatan tegangan dan pemanjangan pada putus kedua-duanya berkurangan dengan penurunan darjah penggantian. Perlu diingat bahawa sifat mekanikal membran komposit berbeza sepenuhnya dengan nisbah pengkompaunan dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza. Ini terutamanya kerana sifat mekanikal membran komposit bukan sahaja dipengaruhi oleh tahap penggantian HPS pada struktur membran, tetapi juga oleh keserasian antara komponen dalam sistem kompaun. Kelikatan HPS berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, adalah lebih baik untuk membentuk sebatian seragam dengan pengkompaunan.
6.3.5 Analisis kebolehtelapan oksigen bagi membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza
Pengoksidaan yang disebabkan oleh oksigen adalah peringkat awal dalam banyak cara menyebabkan kerosakan makanan, jadi filem komposit yang boleh dimakan dengan sifat penghalang oksigen tertentu boleh meningkatkan kualiti makanan dan memanjangkan jangka hayat makanan [108, 364]. Oleh itu, kadar penghantaran oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS berbeza telah diukur, dan keputusan ditunjukkan dalam Rajah 5-6. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa kebolehtelapan oksigen semua membran HPS tulen adalah jauh lebih rendah daripada membran HPMC tulen, menunjukkan bahawa membran HPS mempunyai sifat penghalang oksigen yang lebih baik daripada membran HPMC, yang konsisten dengan keputusan sebelumnya. Untuk membran HPS tulen dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza, kadar penghantaran oksigen meningkat dengan peningkatan tahap penggantian, yang menunjukkan bahawa kawasan di mana oksigen meresap dalam bahan membran meningkat. Ini selaras dengan analisis struktur mikro penyebaran sinar-X sudut kecil bahawa struktur membran menjadi lebih longgar dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil, jadi saluran resapan oksigen dalam membran menjadi lebih besar, dan oksigen dalam membran meresap Apabila kawasan bertambah, kadar penghantaran oksigen juga meningkat secara beransur-ansur.
Rajah 6-6 Kebolehtelapan oksigen filem HPS/HPMC dengan pelbagai darjah penggantian hidroksipropil HPS
Bagi membran komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza, kadar penghantaran oksigen berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil. Ini terutamanya kerana dalam sistem pengkompaunan 5:5, HPS wujud dalam bentuk fasa tersebar dalam fasa berterusan HPMC kelikatan rendah, dan kelikatan HPS berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil. Semakin kecil perbezaan kelikatan, semakin kondusif untuk pembentukan sebatian homogen, semakin berliku-liku saluran resapan oksigen dalam bahan membran, dan semakin kecil kadar penghantaran oksigen.
6.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, filem komposit boleh dimakan HPMC/HPS telah disediakan dengan menuang HPS dan HPMC dengan darjah penggantian hidroksipropil yang berbeza, dan menambah polietilena glikol sebagai pemplastik. Kesan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza pada struktur kristal dan struktur mikrodomain membran komposit dikaji oleh teknologi penyerakan sinar-X sudut kecil sinaran sinkrotron. Kesan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza pada kestabilan terma, sifat mekanikal dan kebolehtelapan oksigen membran komposit dan hukumnya telah dikaji oleh penganalisis termogravimetrik, penguji sifat mekanikal dan penguji kebolehtelapan oksigen. Penemuan utama adalah seperti berikut:
- Bagi membran komposit HPMC/HPS dengan nisbah pengkompaunan yang sama, dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, kawasan puncak penghabluran sepadan dengan HPS pada 5.30 berkurangan, manakala kawasan puncak penghabluran sepadan dengan HPMC pada 7.70 tidak banyak berubah, menunjukkan bahawa hidroksipropilasi kanji boleh menghalang penghabluran semula kanji dalam filem komposit.
- Berbanding dengan membran komponen tulen HPMC dan HPS, kawasan puncak penghabluran HPS (5.30) dan HPMC (7.70) membran komposit dikurangkan, yang menunjukkan bahawa melalui gabungan kedua-dua, kedua-dua HPMC dan HPS boleh berkesan dalam membran komposit. Penghabluran semula komponen lain memainkan peranan menghalang tertentu.
- Semua membran komposit HPMC/HPS menunjukkan struktur fraktal jisim yang serupa. Bagi membran komposit dengan nisbah kompaun yang sama, ketumpatan bahan membran menurun dengan ketara dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil; penggantian hidroksipropil HPS rendah Ketumpatan bahan membran komposit jauh lebih rendah daripada bahan komponen dua tulen, manakala ketumpatan bahan membran komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS tinggi adalah lebih tinggi daripada membran HPS tulen, iaitu terutamanya kerana ketumpatan bahan membran komposit terjejas pada masa yang sama. Kesan hidroksipropilasi HPS terhadap pengurangan pengikatan segmen polimer dan keserasian antara dua komponen sistem kompaun.
- Hidroksipropilasi HPS boleh mengurangkan kestabilan terma filem komposit HPMC/HPS, dan suhu puncak degradasi terma filem komposit beralih ke kawasan suhu rendah dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, yang disebabkan oleh kumpulan hidroksipropil dalam molekul kanji. Pengenalan mengurangkan interaksi antara segmen molekul dan menghalang penyusunan semula teratur molekul.
- Modulus keanjalan dan kekuatan tegangan membran HPS tulen berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS, manakala pemanjangan pada pecah meningkat. Ini terutamanya kerana hidroksipropilasi menghalang penghabluran semula kanji dan menjadikan filem komposit membentuk struktur yang lebih longgar.
- Modulus keanjalan filem komposit HPMC/HPS menurun dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS, tetapi kekuatan tegangan dan pemanjangan semasa pecah meningkat, kerana sifat mekanikal filem komposit tidak terjejas oleh darjah penggantian hidroksipropil HPS. Selain pengaruh, ia juga dipengaruhi oleh keserasian dua komponen sistem kompaun.
- Kebolehtelapan oksigen HPS tulen meningkat dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, kerana hidroksipropilasi mengurangkan ketumpatan kawasan amorf HPS dan meningkatkan kawasan resapan oksigen dalam membran; Membran komposit HPMC/HPS Kebolehtelapan oksigen berkurangan dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil, terutamanya kerana HPS hyperhydroxypropylated mempunyai keserasian yang lebih baik dengan HPMC, yang membawa kepada peningkatan liku-liku saluran resapan oksigen dalam membran komposit. Kebolehtelapan oksigen berkurangan.
Keputusan eksperimen di atas menunjukkan bahawa sifat makroskopik seperti sifat mekanikal, kestabilan terma dan kebolehtelapan oksigen membran komposit HPMC/HPS berkait rapat dengan struktur kristal dalaman dan struktur rantau amorfus, yang bukan sahaja dipengaruhi oleh penggantian hidroksipropil HPS, tetapi juga oleh kompleks. Pengaruh keserasian dua komponen sistem ligan.
Kesimpulan dan Tinjauan
- Kesimpulan
Dalam kertas ini, gel terma HPMC dan HPS gel sejuk dikompaun, dan sistem kompaun gel terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS dibina. Kepekatan larutan, nisbah sebatian dan kesan ricih pada sistem sebatian dikaji secara sistematik pengaruh sifat reologi seperti kelikatan, indeks aliran dan thixotropy, digabungkan dengan sifat mekanikal, sifat termomekanik dinamik, kebolehtelapan oksigen, sifat penghantaran cahaya dan kestabilan haba filem komposit disediakan dengan kaedah pemutus. Ciri-ciri komprehensif, dan pewarnaan wain iodin keserasian, peralihan fasa dan morfologi fasa sistem komposit telah dikaji oleh mikroskop optik, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik HPMC/HPS telah ditubuhkan. Bagi mengawal sifat komposit dengan mengawal struktur fasa dan keserasian sistem komposit HPMC/HPS mengikut hubungan antara sifat makroskopik dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS. Dengan mengkaji kesan HPS yang diubah suai secara kimia dengan darjah yang berbeza pada sifat reologi, sifat gel, struktur mikro dan sifat makroskopik membran, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem gel songsang sejuk dan panas HPMC/HPS telah disiasat selanjutnya. Hubungan antara kedua-duanya, dan model fizikal telah diwujudkan untuk menjelaskan mekanisme gelilasi dan faktor-faktor yang mempengaruhi dan undang-undang gel sejuk dan panas dalam sistem kompaun. Kajian yang berkaitan telah membuat kesimpulan berikut.
- Menukar nisbah pengkompaunan sistem kompaun HPMC/HPS boleh meningkatkan dengan ketara sifat reologi seperti kelikatan, kecairan dan thixotropy HPMC pada suhu rendah. Hubungan antara sifat reologi dan struktur mikro sistem sebatian telah dikaji lebih lanjut. Keputusan khusus adalah seperti berikut:
(1) Pada suhu rendah, sistem kompaun ialah struktur "pulau laut" fasa tersebar berterusan, dan peralihan fasa berterusan berlaku pada 4:6 dengan penurunan nisbah kompaun HPMC/HPS. Apabila nisbah pengkompaunan adalah tinggi (lebih banyak kandungan HPMC), HPMC dengan kelikatan rendah adalah fasa berterusan, dan HPS ialah fasa tersebar. Bagi sistem kompaun HPMC/HPS, apabila komponen kelikatan rendah ialah fasa berterusan dan komponen kelikatan tinggi ialah fasa berterusan, sumbangan kelikatan fasa berterusan kepada kelikatan sistem kompaun adalah berbeza dengan ketara. Apabila HPMC kelikatan rendah ialah fasa berterusan, kelikatan sistem kompaun terutamanya mencerminkan sumbangan kelikatan fasa berterusan; apabila HPS berkelikatan tinggi ialah fasa berterusan, HPMC sebagai fasa tersebar akan mengurangkan kelikatan HPS berkelikatan tinggi. kesan. Dengan peningkatan kandungan HPS dan kepekatan larutan dalam sistem kompaun, kelikatan dan fenomena penipisan ricih sistem kompaun meningkat secara beransur-ansur, kecairan berkurangan, dan kelakuan seperti pepejal sistem kompaun telah dipertingkatkan. Kelikatan dan thixotropy HPMC diseimbangkan dengan formulasi dengan HPS.
(2) Untuk sistem pengkompaunan 5:5, HPMC dan HPS boleh membentuk fasa berterusan pada suhu rendah dan tinggi, masing-masing. Perubahan struktur fasa ini boleh menjejaskan dengan ketara kelikatan kompleks, sifat viskoelastik, pergantungan frekuensi dan sifat gel bagi gel kompleks. Sebagai fasa tersebar, HPMC dan HPS boleh menentukan sifat reologi dan sifat gel bagi sistem kompaun HPMC/HPS pada suhu tinggi dan rendah, masing-masing. Lengkung viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS adalah konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
(3) Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel sistem komposit HPMC/HPS telah diwujudkan. Kedua-dua perubahan mendadak dalam lengkung kelikatan sistem terkompaun dan puncak delta tan dalam lengkung faktor kehilangan muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fasa berterusan bersama yang diperhatikan dalam mikrograf (pada 45 °C).
- Dengan mengkaji struktur mikro dan sifat mekanikal, sifat termomekanik dinamik, penghantaran cahaya, kebolehtelapan oksigen dan kestabilan haba membran komposit yang disediakan di bawah nisbah sebatian dan kepekatan larutan yang berbeza, digabungkan dengan teknologi mikroskop optik pewarna iodin, penyelidikan Morfologi fasa, peralihan fasa dan keserasian daripada kompleks telah disiasat, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik kompleks telah ditubuhkan. Keputusan khusus adalah seperti berikut:
(1) Tiada antara muka dua fasa yang jelas dalam imej SEM bagi filem komposit dengan nisbah pengkompaunan yang berbeza. Kebanyakan filem komposit hanya mempunyai satu titik peralihan kaca dalam keputusan DMA, dan kebanyakan filem komposit hanya mempunyai satu puncak degradasi terma dalam lengkung DTG. Ini bersama-sama menunjukkan bahawa HPMC mempunyai keserasian tertentu dengan HPS.
(2) Kelembapan relatif mempunyai kesan ketara ke atas sifat mekanikal filem komposit HPMC/HPS, dan tahap kesannya meningkat dengan peningkatan kandungan HPS. Pada kelembapan relatif yang lebih rendah, kedua-dua modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit meningkat dengan peningkatan kandungan HPS, dan pemanjangan semasa pecah filem komposit adalah jauh lebih rendah daripada filem komponen tulen. Dengan peningkatan kelembapan relatif, modulus keanjalan dan kekuatan tegangan filem komposit berkurangan, dan pemanjangan pada pecah meningkat dengan ketara, dan hubungan antara sifat mekanikal filem komposit dan nisbah pengkompaunan menunjukkan corak perubahan yang bertentangan sepenuhnya di bawah berbeza. kelembapan relatif. Sifat mekanikal membran komposit dengan nisbah pengkompaunan yang berbeza menunjukkan persilangan di bawah keadaan kelembapan relatif yang berbeza, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimumkan prestasi produk mengikut keperluan aplikasi yang berbeza.
(3) Hubungan antara struktur mikro, peralihan fasa, ketelusan dan sifat mekanikal sistem komposit HPMC/HPS telah diwujudkan. a. Titik terendah ketelusan sistem kompaun adalah konsisten dengan titik peralihan fasa HPMC daripada fasa selanjar ke fasa terserak dan titik minimum penurunan modulus tegangan. b. Modulus Young dan pemanjangan semasa putus berkurangan dengan peningkatan kepekatan larutan, yang secara sebabnya berkaitan dengan perubahan morfologi HPMC daripada fasa berterusan kepada fasa terserak dalam sistem sebatian.
(4) Penambahan HPS meningkatkan kekusutan saluran resapan oksigen dalam membran komposit, mengurangkan kebolehtelapan oksigen membran dengan ketara, dan meningkatkan prestasi penghalang oksigen membran HPMC.
- Kesan pengubahsuaian kimia HPS ke atas sifat reologi sistem komposit dan sifat menyeluruh membran komposit seperti struktur hablur, struktur rantau amorf, sifat mekanikal, kebolehtelapan oksigen dan kestabilan haba telah dikaji. Keputusan khusus adalah seperti berikut:
(1) Hydroxypropylation HPS boleh mengurangkan kelikatan sistem kompaun pada suhu rendah, meningkatkan kecairan larutan kompaun, dan mengurangkan fenomena penipisan ricih; hidroksipropilasi HPS boleh menyempitkan kawasan viskoelastik linear sistem kompaun, mengurangkan suhu peralihan fasa sistem kompaun HPMC/HPS, dan memperbaiki kelakuan seperti pepejal sistem kompaun pada suhu rendah dan kecairan pada suhu tinggi.
(2) Hydroxypropylation HPS dan peningkatan keserasian kedua-dua komponen dengan ketara boleh menghalang penghabluran semula kanji dalam membran, dan menggalakkan pembentukan struktur serupa diri yang lebih longgar dalam membran komposit. Pengenalan kumpulan hidroksipropil yang besar pada rantai molekul kanji mengehadkan pengikatan bersama dan penyusunan semula teratur segmen molekul HPS, mengakibatkan pembentukan struktur serupa diri HPS yang lebih longgar. Untuk sistem kompleks, peningkatan tahap penggantian hidroksipropil membolehkan molekul HPMC seperti rantai memasuki kawasan rongga longgar HPS, yang meningkatkan keserasian sistem kompleks dan meningkatkan ketumpatan struktur HPS yang serupa sendiri. Keserasian sistem kompaun meningkat dengan peningkatan tahap penggantian kumpulan hidroksipropil, yang konsisten dengan keputusan sifat reologi.
(3) Sifat makroskopik seperti sifat mekanikal, kestabilan terma dan kebolehtelapan oksigen membran komposit HPMC/HPS berkait rapat dengan struktur hablur dalaman dan struktur rantau amorfus. Kesan gabungan kedua-dua kesan keserasian kedua-dua komponen.
- Dengan mengkaji kesan kepekatan larutan, suhu dan pengubahsuaian kimia HPS ke atas sifat reologi sistem kompaun, mekanisme penggelaran sistem kompaun gel songsang haba sejuk HPMC/HPS telah dibincangkan. Keputusan khusus adalah seperti berikut:
(1) Terdapat kepekatan kritikal (8%) dalam sistem kompaun, di bawah kepekatan kritikal, HPMC dan HPS wujud dalam rantaian molekul bebas dan kawasan fasa; apabila kepekatan kritikal dicapai, fasa HPS terbentuk dalam larutan sebagai kondensat. Pusat gel ialah struktur mikrogel yang disambungkan oleh jalinan rantai molekul HPMC; di atas kepekatan kritikal, jalinan adalah lebih kompleks dan interaksi lebih kuat, dan penyelesaian mempamerkan tingkah laku yang serupa dengan leburan polimer.
(2) Sistem kompleks mempunyai titik peralihan fasa berterusan dengan perubahan suhu, yang berkaitan dengan kelakuan gel HPMC dan HPS dalam sistem kompleks. Pada suhu rendah, kelikatan HPMC jauh lebih rendah daripada HPS, jadi HPMC membentuk fasa berterusan mengelilingi fasa gel HPS berkelikatan tinggi. Di tepi dua fasa, kumpulan hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebahagian daripada air pengikatnya dan membentuk ikatan hidrogen antara molekul dengan rantai molekul HPS. Semasa proses pemanasan, rantai molekul HPS bergerak kerana menyerap tenaga yang mencukupi dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, mengakibatkan pecahnya struktur gel. Pada masa yang sama, struktur sangkar air dan cangkerang air pada rantai HPMC telah dimusnahkan, dan secara beransur-ansur pecah untuk mendedahkan kumpulan hidrofilik dan kelompok hidrofobik. Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur rangkaian gel disebabkan oleh ikatan hidrogen antara molekul dan persatuan hidrofobik, dan dengan itu menjadi fasa terdispersi berkelikatan tinggi yang tersebar dalam fasa berterusan HPS gegelung rawak.
(3) Dengan peningkatan darjah penggantian hidroksipropil HPS, keserasian sistem kompaun HPMC/HPS bertambah baik, dan suhu peralihan fasa dalam sistem kompaun bergerak ke suhu rendah. Dengan peningkatan tahap penggantian hidroksipropil, terdapat lebih banyak serpihan heliks yang diregangkan dalam larutan HPS, yang boleh membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antara molekul dengan rantai molekul HPMC di sempadan dua fasa, dengan itu membentuk struktur yang lebih seragam. Hydroxypropylation mengurangkan kelikatan kanji, supaya perbezaan kelikatan antara HPMC dan HPS dalam sebatian menjadi sempit, yang kondusif untuk pembentukan sebatian yang lebih homogen, dan nilai minimum perbezaan kelikatan antara kedua-dua komponen bergerak ke tahap rendah. kawasan suhu.
2. Mata inovasi
1. Reka bentuk dan bina sistem kompaun gel fasa terbalik sejuk dan panas HPMC/HPS, dan mengkaji secara sistematik sifat reologi unik sistem ini, terutamanya kepekatan larutan kompaun, nisbah kompaun, suhu dan pengubahsuaian kimia komponen. Undang-undang pengaruh sifat reologi, sifat gel dan keserasian sistem kompaun dikaji selanjutnya, dan morfologi fasa dan peralihan fasa sistem kompaun dikaji selanjutnya digabungkan dengan pemerhatian mikroskop optik pewarna iodin, dan mikro-morfologi. struktur sistem sebatian telah ditubuhkan- Sifat reologi-hubungan sifat gel. Buat pertama kalinya, model Arrhenius digunakan untuk menyesuaikan undang-undang pembentukan gel bagi gel komposit fasa terbalik sejuk dan panas dalam julat suhu yang berbeza.
2. Taburan fasa, peralihan fasa dan keserasian sistem komposit HPMC/HPS diperhatikan oleh teknologi analisis mikroskop optik pewarna iodin, dan sifat ketelusan-mekanikal telah diwujudkan dengan menggabungkan sifat optik dan sifat mekanikal filem komposit. Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik seperti sifat-morfologi fasa dan kepekatan-sifat mekanikal-morfologi fasa. Ia adalah kali pertama untuk memerhati secara langsung hukum perubahan morfologi fasa sistem sebatian ini dengan nisbah sebatian, suhu dan kepekatan, terutamanya keadaan peralihan fasa dan kesan peralihan fasa ke atas sifat sistem sebatian.
3. Struktur hablur dan struktur amorfus membran komposit dengan darjah penggantian hidroksipropil HPS yang berbeza telah dikaji oleh SAXS, dan mekanisme penggelapan dan pengaruh gel komposit telah dibincangkan dalam kombinasi dengan keputusan reologi dan sifat makroskopik seperti kebolehtelapan oksigen membran komposit. Faktor dan undang-undang, didapati buat kali pertama bahawa kelikatan sistem komposit berkaitan dengan ketumpatan struktur serupa diri dalam membran komposit, dan secara langsung menentukan sifat makroskopik seperti kebolehtelapan oksigen dan sifat mekanikal komposit. membran, dan mewujudkan hubungan reologi-struktur mikro-membran antara sifat bahan.
3. Tinjauan
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembangunan bahan pembungkus makanan yang selamat dan boleh dimakan menggunakan polimer semula jadi yang boleh diperbaharui sebagai bahan mentah telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam bidang pembungkusan makanan. Dalam makalah ini, polisakarida asli digunakan sebagai bahan mentah utama. Dengan menggabungkan HPMC dan HPS, kos bahan mentah dikurangkan, prestasi pemprosesan HPMC pada suhu rendah bertambah baik, dan prestasi penghalang oksigen membran komposit bertambah baik. Melalui gabungan analisis reologi, analisis mikroskop optik pewarna iodin dan struktur mikro filem komposit dan analisis prestasi komprehensif, morfologi fasa, peralihan fasa, pemisahan fasa dan keserasian sistem komposit gel fasa terbalik sejuk-panas telah dikaji. Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem komposit telah diwujudkan. Mengikut hubungan antara sifat makroskopik dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS, struktur fasa dan keserasian sistem komposit boleh dikawal untuk mengawal bahan komposit. Penyelidikan dalam kertas ini mempunyai kepentingan panduan yang penting untuk proses pengeluaran sebenar; mekanisme pembentukan, faktor yang mempengaruhi dan undang-undang gel komposit songsang sejuk dan panas dibincangkan, iaitu sistem komposit serupa gel songsang sejuk dan panas. Penyelidikan kertas ini menyediakan model teori untuk menyediakan panduan teori bagi pembangunan dan aplikasi bahan pintar kawalan suhu khas. Hasil kajian kertas kerja ini mempunyai nilai teori yang baik. Penyelidikan kertas ini melibatkan persilangan makanan, bahan, gel dan sebatian dan disiplin lain. Oleh kerana keterbatasan masa dan kaedah penyelidikan, penyelidikan topik ini masih mempunyai banyak perkara yang belum selesai, yang boleh diperdalam dan ditambah baik dari aspek berikut. mengembangkan:
Aspek teori:
- Untuk meneroka kesan nisbah cawangan rantai yang berbeza, berat molekul dan jenis HPS pada sifat reologi, sifat membran, morfologi fasa, dan keserasian sistem kompaun, dan untuk meneroka undang-undang pengaruhnya terhadap mekanisme pembentukan gel kompaun sistem.
- Menyiasat kesan darjah penggantian hidroksipropil HPMC, darjah penggantian metoksil, berat molekul dan sumber terhadap sifat reologi, sifat gel, sifat membran dan keserasian sistem sistem kompaun, dan menganalisis kesan pengubahsuaian kimia HPMC ke atas pemeluwapan sebatian. Peraturan pengaruh mekanisme pembentukan gel.
- Pengaruh garam, pH, plasticizer, agen penghubung silang, agen antibakteria dan sistem sebatian lain terhadap sifat reologi, sifat gel, struktur dan sifat membran serta hukumnya telah dikaji.
Permohonan:
- Optimumkan formula untuk aplikasi pembungkusan paket perasa, paket sayur-sayuran dan sup pepejal, dan kaji kesan pemeliharaan perasa, sayur-sayuran dan sup semasa tempoh penyimpanan, sifat mekanikal bahan, dan perubahan dalam prestasi produk apabila tertakluk kepada kuasa luar. , dan Keterlarutan air dan indeks kebersihan bahan. Ia juga boleh digunakan untuk makanan berbutir seperti kopi dan teh susu, serta pembungkusan kek, keju, pencuci mulut dan makanan lain yang boleh dimakan.
- Optimumkan reka bentuk formula untuk aplikasi kapsul tumbuhan ubatan botani, kaji lebih lanjut keadaan pemprosesan dan pemilihan agen tambahan yang optimum, dan sediakan produk kapsul berongga. Penunjuk fizikal dan kimia seperti kerapuhan, masa hancur, kandungan logam berat dan kandungan mikrob telah diuji.
- Untuk penggunaan segar buah-buahan dan sayur-sayuran, produk daging, dsb., mengikut kaedah pemprosesan yang berbeza untuk menyembur, mencelup, dan mengecat, pilih formula yang sesuai, dan kaji kadar buah busuk, kehilangan lembapan, penggunaan nutrien, kekerasan sayur-sayuran selepas pembungkusan semasa tempoh penyimpanan, gloss dan rasa dan penunjuk lain; warna, pH, nilai TVB-N, asid tiobarbiturik dan bilangan mikroorganisma produk daging selepas pembungkusan.
Masa siaran: 17-Okt-2022